Hielscher ултразвукова технология

Ултразвука и Enhanced катализ с фазов преход

Висока мощност ултразвук е добре известен със своя принос към различни химични реакции. Това е така наречената Sonochemistry, Хетерогенни реакции - и особено реакции фазов трансфер - са много потенциални области на приложение за мощност ултразвук. Поради механичното и sonochemical енергията приложена към реагентите, може да бъде да се инициира реакции, скоростта на реакция може да бъде значително подобрена, както и по-високи проценти на реализация, по-високи добиви и по-добри продукти могат да бъдат постигнати. Линейният скалируемостта на ултразвук и наличието на надеждна ултразвукова индустриален оборудване направи тази техника интересно решение за химическо производство.
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Cell Ултразвукова Стъкло Flow

междуфазов катализ

Катализата на фазовите трансфери (PTC) е специална форма на хетерогенна катализа и е известна като практическа методология за органичен синтез. Чрез използване на катализатор за фазов трансфер става възможно да се разтворят йонните реагенти, които често са разтворими във водна фаза, но неразтворими в органична фаза. Това означава, че PTC е алтернативно решение за преодоляване на проблема с хетерогенността при реакция, при която взаимодействието между две вещества, разположени в различни фази на дадена смес, се възпрепятства поради неспособността на реагентите да се обединят. (Esen et al., 2010) Основните предимства на катализата на фазов трансфер са малкото усилие за подготовка, прости експериментални процедури, леки реакционни условия, високи скорости на реакция, висока селективност и използване на евтини и екологично незначими реагенти като кватернерни амоний соли и разтворители, както и възможността за провеждане на мащабни препарати (Ooi et al., 2007).
Разнообразие от течност-течност, и течни вещество реакции са интензивно и се селективно чрез използване на прост фаза-трансфер (PT) катализатори като quats, полиетилен гликол-400 и т.н., които позволяват йонни видове да се превозват от водна фаза с Органичната фаза. По този начин, проблемите, свързани с изключително ниска разтворимост на органичните реагентите във водната фаза могат да бъдат преодолени. В пестициди и фармацевтични промишлености, PTC се използва широко и се е променило основите на бизнеса. (Шарма 2002)

Мощност ултразвук

Прилагането на мощност ултразвук е добре познат инструмент за създаване на изключително фин Емулсии, В химията такива изключително фина размер емулсии се използват за подобряване на химични реакции. Това означава, че повърхностна площ на контакт между две или повече несмесващи се течности става значително увеличен и осигурява по този начин по-добре, по-пълно и / или по-бързо протичане на реакцията.
За катализатор на фазовия пренос – Необходима е достатъчно кинетична енергия, за да започне реакцията - същата като за други химични реакции.
Това има различни положителни ефекти по отношение на химичната реакция:

  • Химична реакция, която обикновено няма да се случи поради ниската му кинетична енергия може да стане с помощта на ултразвук.
  • Химичните реакции могат да се ускорят с ултразвук с помощта на PTC.
  • Пълна избягване на катализатор на фазовия пренос.
  • Суровините могат да се използват по-ефективни.
  • Странични продукти могат да бъдат намалени.
  • Замяна на разходите интензивно опасни силна основа с евтин неорганична основа.

Чрез тези ефекти, PTC е безценен химична методика за органичен синтез от две и повече несмесващи реагенти: трансфер фаза катализа (PTC) дава възможност да се използва суровина от химични процеси по-ефективно и да произвежда икономически по-ефективно. Засилването на химичните реакции от PTC е важен инструмент за производство на химикали, които могат да бъдат подобрени чрез използването на ултразвук драстично.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Кавитация в течна

Примери за ултразвуково насърчавани PTC реакции

  • Синтез на нови N '- (4,6-дизаместен-пиримидин-2-ил) -N- (5-арил-2-фуроил) тиокарбамидни производни, използвайки PEG-400 при ултразвук. (Кен и др. 2005 г.)
  • В ултразвуково подпомага синтеза на бадемова киселина от PTC в йонна течност показва значително повишаване на добивите на реакцията при стайни условия. (Hua и др. 2011 г.)
  • Kubo и сътр. (2008) докладва ултразвука подпомага C-алкилиране на фенилацетонитрил в среда без разтворител. Ефектът на ултразвук за насърчаване на реакцията се дължи на изключително голяма повърхностна площ между двете течни фази. Ultrasonication води до много по-бърза скорост на реакцията, отколкото механично смесване.
  • Sonication по време на реакцията на въглероден тетрахлорид с магнезиев за генериране на резултатите dichlorocarbene в по-висок добив на гем-dichlorocyclopropane в присъствието на олефини. (Lin и др. 2003 г.)
  • Блокада осигурява ускоряване на реакцията Cannizzaro на р-chlorobenzaldehyde при условия на фазов трансфер. От три катализатори фаза – бензилтриетиламониев хлорид (ТЕВА), Aliquat и 18-краун-6 -, които са тествани от Polácková и сътр. (1996) ТЕВА е установено, че са най-ефективни. Ferrocenecarbaldehyde и р-dimethylaminobenzaldehyde даде, при подобни условия, 1,5-диарил-1,4-пентадиен-3-они като основен продукт.
  • Lin-Xiao и сътр. (1987) показват, че комбинацията на ултразвук и PTC насърчава ефективно генериране на dichlorocarbene от хлороформ в кратко време с по-добър добив и по-малко количество катализатор.
  • Yang и сътр. (2012) изследват зелено, ултразвуково с помощта на синтеза на бензил 4-хидроксибензоат се използва 4,4'-бис (tributylammoniomethyl) -1,1'-бифенил дихлорид (QCL2) Като катализатор. Чрез използването на QCL2Те са разработили нова двойна сайт фазопренасящ катализатор. Това твърдо вещество-течност фазопренасящ катализатор (SLPTC) е проведено като периодичен процес с ултразвук. При интензивно ултразвук, 33% от добавената Q2 + съдържащ 45,2% от Q (Ph (ОН) COO)2 е прехвърлен в органичната фаза, за да реагира с бензил бромид, следователно общият процент на реакцията се засилва. Тази подобрена скорост на реакцията се получава 0.106 мин-1 при 300W на ултразвуково облъчване, докато без ултразвук скорост 0,0563 мин-1 бе наблюдаван. По този начин, синергичния ефект на фазопренасящ катализатор двойна сайт с ултразвук в катализа фазов трансфер е доказана.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

Снимка 1: UP200Ht е 200 вата мощен ултразвуков хомогенизатор

Подобрение Ултразвуково асиметрични фазов трансфер реакция

С цел създаване на практически метод за асиметричен синтез на а-аминокиселини и техни производни Maruoka и Ooi (2007) изследват "дали реактивността на N-спиро хирални кватернерни амониеви соли могат да бъдат подобрени и техните структури опростени. Тъй като ултразвуково облъчване произвежда хомогенизиране, Което е много добре ЕмулсииТова значително увеличава повърхностна площ, върху която може да се появи на реакцията, които могат да доставят значително ускорение скорост в реакциите фаза-трансфер на течност-течност. Всъщност, ултразвук на реакционната смес на две, метил йодид, и (S, S) нафтил субединица (1 мол%) в толуен / 50% воден разтвор на КОН при 0 ° С за 1 час, довела до съответния алкилиране продукт в 63% се получава с 88% ее; химическата добива и енантиоселективността са сравними с тези от реакционната извършва чрез просто разбъркване на сместа в продължение на осем часа (0 ° С, 64%, 90% ее). "(Maruoka сътр 2007. стр. 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

Схема 1: Ultrasonication подобрява скоростта на реакцията по време на асиметричен синтез на а-амино киселини [Maruoka сътр. 2007]

Друг тип реакция на асиметрична катализа е реакцията Майкъл. Добавянето Michael на диетил п-ацетил-аминомалонат халкон да е положително повлияни от ултразвук, което води до увеличаване с 12% на добива (от 72%, получен по време на тих реакцията до 82% по ултразвук). Времето за реакция е шест пъти по-бързо под властта ултразвук в сравнение с реакцията без ултразвук. Енантиомерният излишък (ее) не се е променила и е за двете реакции - с и без ултразвук - при 40% ее. (Мирза-Aghayan и др. 1995)
Li и др. (2003) показват, че реакцията Michael на халкони като акцептори с различни активни метиленови съединения като диетилов малонат, нитрометан, циклохексанон, етил ацетоацетат и ацетилацетон като донори катализирани от KF / основни резултати триоксид в адукти с висок добив в по-кратък период от време при ултразвук облъчване. В друго проучване, Li и др. (2002) показват успешното ултразвук с помощта на синтеза на халкони катализирани от KF-Al2Най-3,
Тези реакции РТС-горе показват само малък обхват на потенциала и възможностите на ултразвуково облъчване.
Тестването и оценката на ултразвук относно възможните подобрения в PTC е много проста. Ултразвукови лабораторни устройства като Hielscher е Uf200 ः т (200 вата) и стенд-добрите системи като Hielscher на UIP1000hd (1000 вата) позволяват първите изпитания. (Вижте фигура 1 и 2)
Ултразвуков подобрен асиметричен допълнение Майкъл (Кликнете за увеличение!)

Схема 2: ултразвуково подпомага асиметричен Michael прибавяне на диетилов N-ацетил-аминомалонат халкон на [Török и сътр. 2001]

Ефективно производство, конкуриращи се на Химическа пазар

Използването на ултразвуков катализа фаза трансфер ще се възползвате от една или повече различни полезни предимства:

  • инициализация на реакции, които в противен случай не е възможно
  • увеличаване на добива
  • намалят на скъпи, безводни, апротонни разтворители
  • намаляване на времето за реакция
  • по-ниски реакционни температури
  • опростена подготовка
  • използване на воден разтвор на алкален метал вместо алкоксиди на алкални метали, натриев амид, натриев хидрид или метален натрий
  • използване на по-евтини суровини, особено оксиданти
  • промяна на селективността
  • промяна на съотношенията на продукта (например О- / C-алкилиране)
  • опростена изолиране и пречистване
  • увеличаване на добива чрез потискане на странични реакции
  • проста, линейна скала-до промишлен ниво производство, дори и с много висока пропускателна способност
UIP1000hd Bench-Top Ултразвуков хомогенизатор

Setup с 1000W ултразвукови процесор, поток клетки, резервоар и помпа

Прост и без риск тестване на ултразвукови ефекти по химия

За да видите как ехографски влияния специфични материали и реакции, първите тестове за осъществимост могат да бъдат проведени в малък мащаб. Ръчен или стои монтиран лабораторни устройства в диапазона от 50 до 400 w позволява обработка с ултразвук на малките и средни проби в стъкленицата. Ако първите резултати показват потенциалните постижения, процесът може да разработи и оптимизиран в стенд-отгоре с промишлен ултразвуков процесор, например UIP1000hd (1000 W, 20 kHz). ултразвукови пейка-добрите системи Hielscher с 500 ват да 2000 вата са идеални средства за R&D и оптимизация. Тези ултразвукови системи - предназначени за чаша и инлайн звукообработка – получаване на пълен контрол над най-важният параметър процес: амплитуда, налягане, температура, вискозитет и концентрация.
Най-точен контрол върху параметрите дава възможност за Точната възпроизводимост и линейни мащабиране на получените резултати. След тестване на различни настройки, конфигурацията намерено, че е най-добре може да се използва да тече непрекъснато (24h / 7d) при производствени условия. Предлаганата като опция PC-контрол (софтуер интерфейс) улеснява записването на отделните проучвания. За соникация на запалими течности или разтворители в опасни среди (ATEX, FM) на UIP1000hd е налична в версия ATEX сертифицирани: UIP1000-Exd,

Общи ползи от помощта на ултразвук по химия:

  • Реакция може да се ускори или може да се изисква по-малко принуждават условия, ако се прилага ултразвук.
  • Индукционните периоди често са значително намалени, както са екзотерми обикновено свързани с такива реакции.
  • Sonochemical реакции често се инициират от ултразвук без нуждата от добавки.
  • Броят на стъпките, които обикновено са необходими по синтетичен път понякога може да бъде намалена.
  • В някои ситуации на реакцията може да бъде насочена към алтернативен път.

Свържете се с нас / Попитай за повече информация

Свържете се с нас за вашите изисквания за обработка. Ние ще ви препоръча най-подходящите настройки и обработка на параметрите за вашия проект.





Моля, обърнете внимание, че нашите Правила за поверителност,


Позоваването литература /

  1. Есен, Илкер и сътр. (2010): дълговерижни Dicationic фаза катализатори в реакции на кондензация на ароматни алдехиди във вода при Ултразвуково ефект. Бюлетин на корейски химическо общество 31/8, 2010; стр. 2289-2292.
  2. Hua, Р. и др. (2011): ултразвуково-повишен синтез на бадемова киселина с фазов пренос катализа в йонна течност. В: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 18/5, 2011; стр. 1035-1037.
  3. Li, J.-T. и др. (2003): Реакцията на Michael катализирана от KF / основен алуминиев оксид под ултразвуково облъчване. Ultrasonics Sonochemistry 10, 2003. стр. 115-118.
  4. Lin, Haixa и сътр. (2003): съгласно един лесен ред за създаване на Dichlorocarbene от реакцията на въглероден тетрахлорид и магнезиев използване ултразвуковото въздействие. В: Молекулите 8, 2003; стр. 608 -613.
  5. Lin-Xiao, Xu et др. (1987): Нов практически метод за генериране на dichlorocebene чрез ултразвуково облъчване и фазов трансфер катализа. В: Acta Chimica Sinica, Vol. 5/4, 1987; стр. 294-298.
  6. Ken, Shao-Yong и сътр. (2005): прехвърляне фаза катализира синтеза под ултразвуково облъчване и биоактивност на N '- (4,6-дизаместен-пиримидин-2-ил) -N- (5-арил-2-фуроил) тиокарбамидни производни. В: индийски вестник Chemistry Vol. 44Б, 2005; стр. 1957-1960.
  7. Kubo, Masaki и сътр. (2008): Динамика без разтворители, C-алкилиране на фенилацетонитрил Използване на ултразвуковото въздействие. Инженерна химия вестник Япония, Vol. 41, 2008; стр. 1031-1036.
  8. Maruoka, Кейджи и сътр. (2007): Напредъкът в Асиметрична Фаза-катализ. В: Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; стр. 4222-4266.
  9. Mason, Timothy и сътр. (2002): Приложни sonochemistry: използването на мощност ултразвук в областта на химията и обработка. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  10. Мирза-Aghayan, М. и др (1995): ултразвук за облъчване Ефекти върху реакцията асиметричното Майкъл. Tetrahedron: Asymmetry 6/11, 1995; стр. 2643-2646.
  11. Polácková, Viera и сътр. (1996): Блокада повишен Cannizzaro реакция при условия на фазов трансфер. В: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 3/1, 1996; стр. 15-17.
  12. Sharma, M. M. (2002): стратегии за провеждане на реакции в малък мащаб. Селективност и конструирането на интензификация. В: чиста и приложна химия, Vol. 74/12, 2002; стр. 2265-2269.
  13. Török, Б. и др. (2001): Асиметричните реакции в sonochemistry. Ultrasonics Sonochemistry 8, 2001; стр. 191-200.
  14. Wang, паст-Ling и сътр. (2007): Блокада подпомага смяна на фазата каталитичен епоксидиране на 1,7-октодиен - А кинетичната проучване. В: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 14/1, 2007; стр. 46-54.
  15. Yang, H.-М .; Чу, W.-M. (2012): Блокада Assisted фазопренасящ катализ: Green Синтез на заместени бензоат с Novel Dual-Site фазопренасящ катализатор в твърдо-течно система. В: Изхождайки от 14тата Asia Pacific Конфедерацията по инженерна химия Конгреса APCChE 2012 година.


Факти заслужава да се знае

хомогенизатори ултразвукови тъкан често се отнасят като сонда соникатор, звуков lyser, ултразвук дисруптор ултразвукови мелница, Sono-ruptor, Sonifier, звуков dismembrator, клетъчен разрушител ултразвукови диспергиращо или с разтворител. Различните условия са резултат от различните приложения, които могат да бъдат изпълнени чрез ултразвук.