Tecnologia d'ultrasons Hielscher

Ultrasons induït i fase millorada Transfer Catalysis

Alta ultrasons de potència és ben conegut per la seva contribució a diverses reaccions químiques. Aquest és l'anomenat sonoquímica. Les reaccions heterogènies - i especialment les reaccions de transferència de fase - són camps d'aplicació altament potencials per als ultrasons de potència. A causa de l'energia mecànica i sonoquímica aplicat als reactius, les reaccions poden ser iniciat, la velocitat de reacció pot ser millorada significativament, així com majors taxes de conversió, rendiments més alts, i millors productes es pot aconseguir. L'escalabilitat lineal d'ultrasò i la disponibilitat d'ultrasons fiable industrial equipament fan d'aquesta tècnica una solució interessant per a la producció química.
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Cell flux ultrasònic de vidre

la catàlisi de transferència de fase

La catàlisi de transferència de fase (PTC) és una forma especial de catàlisi heterogènia i es coneix com una metodologia pràctica per a la síntesi orgànica. Mitjançant l'ús d'un catalizador de transferència de fase, és possible solubilitzar reactius iònics, que solen ser solubles en una fase aquosa però insolubles en una fase orgànica. Això vol dir que PTC és una solució alternativa per superar el problema d'heterogeneïtat en una reacció en la qual la interacció entre dues substàncies situada en diferents fases d'una barreja està inhibida a causa de la incapacitat d'unir els reactius. (Esen et al., 2010). Els avantatges generals de la catàlisi de transferència de fase són els escassos esforços per a la preparació, procediments experimentals simples, condicions de reacció suaus, altes taxes de reacció, altes selectivitats i l'ús de reactius de baix cost i ambientalment benignes com l'amoni quaternari sals i dissolvents, i la possibilitat de realitzar preparats a gran escala (Ooi et al., 2007).
Una varietat de reaccions líquid-líquid i líquid-sòlid s'han intensificat i fet selectiu mitjançant l'ús de fase simple de transferència (PT) catalitzadors com ara compostos d'amoni quaternari, polietilè glicol-400, etc., que permeten que les espècies iòniques de ser transportats des de la fase aquosa a fase orgànica. Per tant, els problemes associats amb molt baixa solubilitat dels reactius orgànics en la fase aquosa poden ser superats. En les indústries de plaguicides i productes farmacèutics, PTC s'utilitza àmpliament i ha canviat els fonaments dels negocis. (Sharma 2002)

ultrasons de potència

L'aplicació d'ultrasons de potència és una eina molt coneguda per a crear extremadament fi emulsions. En química tals emulsions de mida fi extremadament s'utilitzen per millorar les reaccions químiques. Això vol dir que l'àrea de contacte interfacial entre dos o més líquids immiscibles esdevé dramàticament ampliada i proporciona d'aquesta manera un curs millor, més completa i / o més ràpid de la reacció.
Per a la catàlisi de transferència de fase – Es necessita suficient energia cinètica per iniciar la reacció - el mateix que per a altres reaccions químiques.
Això té diversos efectes positius pel que fa a la reacció química:

  • Una reacció química que normalment no es produirà a causa del seu baix consum d'energia cinètica pot començar per ultrasons.
  • Les reaccions químiques poden ser accelerats per PTC assistida per ultrasons.
  • L'evitació completa de catalitzador de transferència de fase.
  • Les matèries primeres es poden utilitzar més eficient.
  • Els subproductes poden ser reduïts.
  • Substitució de base forta perillosos cost intensiu amb base inorgànica de baix cost.

Per aquests efectes, PTC és una metodologia de química de gran valor per a la síntesi orgànica a partir de dos i més immiscibles reactius: transferència de fase catàlisi (PTC) permet utilitzar matèria primera dels processos químics més eficient i per produir de forma més rendible. La millora de les reaccions químiques per PTC és una eina important per a la producció de substàncies químiques que es poden millorar mitjançant l'ús d'ultrasons de forma espectacular.

Ultrasonic cavitation in a glass column

La cavitació en el líquid

Exemples de reaccions de PTC ultrasónicamente promogudes

  • Síntesi de nous N'- (4,6-disustituido-pirimidin-2-il) -N- (5-aril-2-furoil) derivats de tiourea utilitzant PEG-400 sota ultrasonicación. (Ken et al. 2005)
  • La síntesi assistida per ultrasons d'àcid mandèlic per PTC en líquid iònic mostra una millora significativa en els rendiments de reacció en condicions ambientals. (Hua et al. 2011)
  • Kubo et al. (2008) informen de la C-alquilació assistida per ultrasons de fenilacetonitrilo en un ambient lliure de dissolvent. L'efecte dels ultrasons per promoure la reacció es va atribuir a la extremadament àmplia zona interfacial entre les dues fases líquides. Ultrasons es tradueix en una velocitat de reacció molt més ràpida que la barreja mecànica.
  • La sonicació durant la reacció de tetraclorur de carboni amb magnesi per a la generació de resultats diclorocarbeno en un major rendiment de gem-diclorociclopropano en presència d'olefines. (Lin et al. 2003)
  • El ultrasò proporciona l'acceleració de la reacció de Cannizzaro de P-chlorobenzaldehyde sota condicions de transferència de fase. Dels tres catalitzadors de transferència de fase – clorur de benciltrietilamonio (TEBA), Aliquat i 18-corona-6 -, que han estat provats per Poláčková et al. (1996) TEBA va resultar ser el més eficaç. Ferrocenecarbaldehyde i P-dimethylaminobenzaldehyde van donar, en condicions similars, com el producte principal de 1,5-diaril-1,4-3-onas pentadien-.
  • Lin-Xiao et al. (1987) han demostrat que la combinació d'ultrasons i PTC promou amb eficàcia la generació de diclorocarbeno a partir de cloroform en el temps més curt amb un millor rendiment i menys quantitat de catalitzador.
  • Yang et al. (2012) han investigat la síntesi verd, ultrasónicamente assistida de benzil 4-hidroxibenzoat usant 4,4'-bis (tributylammoniomethyl) -1,1'-bifenil diclorur de (QCL2) Com catalitzador. Mitjançant l'ús de qcl2, Han desenvolupat un nou de doble lloc de catàlisi de transferència de fase. Aquest sòlid-líquid catàlisi de transferència de fase (SLPTC) s'ha dut a terme com a procés per lots amb ultrasonicación. Sota intensa sonicació, 33% de la Q2 afegit + que conté 45,2% Q (Ph (OH) COO)2 ha transferit a la fase orgànica per reaccionar amb bromur de benzil, es va millorar per tant la velocitat de reacció global. S'obté aquest tipus de reacció millorat 0,106 min-1 sota 300W d'irradiació ultrasònica, mentre que sense sonicació una taxa de 0,0563 min-1 es va observar. D'aquesta manera, l'efecte sinèrgic de catalitzador de transferència de fase de doble lloc amb ultrasò en la catàlisi de transferència de fase s'ha demostrat.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

Imatge 1: El UP200Ht és un homogeneïtzador d'ultrasons de gran abast de 200 watts

Ultrasonic Millora de la asimètrica fase de reacció de transferència de

Amb l'objectiu d'establir un mètode pràctic per a la síntesi asimètrica dels àcids a-aminoàcids i els seus derivats Maruoka i Ooi (2007) van investigar "si la reactivitat de les sals d'amoni quaternari quirals N-espiro podria millorar-se i les seves estructures simplifica. Atès que la irradiació ultrasònica produeix l'homogeneïtzació, És a dir, molt fi emulsions, Augmenta en gran l'àrea interfacial sobre el qual es pot produir la reacció, el que podria oferir acceleració de la velocitat substancial en les reaccions de transferència de fases líquid-líquid. De fet, la sonicació de la barreja de reacció de 2, iodur de metil, i (S, S) subunitat -naphtyl (1% en mols) en toluè / KOH aquós al 50% a 0 DEGC durant 1 h va donar lloc al producte d'alquilació corresponent en el 63% rendiment amb el 88% ee; el rendiment químic i enantioselectivitat van ser comparables amb els d'una reacció duta a terme per simple agitació de la mescla durant vuit hores (0 DEGC, 64%, 90% ee) ". (Maruoka et al 2007; .. P 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

Esquema 1: Ultrasons millora la velocitat de reacció durant la síntesi asimètrica dels àcids alfa-amino [Maruoka et al. 2007]

Un altre tipus de reacció d'una catàlisi asimètrica és la reacció de Michael. L'addició de Michael de dietil nacetil-aminomalonato a chalcona està influenciada positivament per ultrasons que es tradueix en un augment del 12% del rendiment (de 72% obtingut durant la reacció en silenci fins al 82% tenia ultrasons). El temps de reacció és sis vegades més ràpid sota els ultrasons de potència en comparació amb la reacció sense ultrasò. L'excés enantiomèric (ee) no ha canviat i era per a ambdues reaccions - amb i sense ultrasons - en 40% ee. (Mirza-Aghayan et al. 1995)
Li et al. (2003) van demostrar que la reacció de Michael de chalconas com acceptors amb diversos compostos de metilè actius, com malonat de dietil, nitrometà, ciclohexanona, acetoacetat d'etil i acetilacetona com a donants catalitzades per KF resultats d'alúmina / bàsics en adductes amb alt rendiment d'aquí a un temps més curt baix ultrasons irradiació. En un altre estudi, Li et al. (2002) han demostrat l'èxit de la síntesi assistida per ultrasons de chalconas catalitzades per KF-A2la3.
Aquestes reaccions PTC anteriors mostren només una petita gamma de la potencial i les possibilitats d'irradiació ultrasònica.
La prova i l'avaluació dels ultrasons sobre possibles millores en PTC és molt simple. dispositius ultrasònics de laboratori com de Hielscher UF200 ः t (200 watts) i els sistemes de sobretaula com ara Hielscher de UIP1000hd (1000 watts) permeten primers assajos. (Veure foto 1 i 2)
Ultrasònic millorat asimètrica d'addició de Michael (clic per ampliar!)

Esquema 2: assistida per ultrasons asimètrica addició de Michael de dietil N-acetil-aminomalonato a chalcona [Török et al. 2001]

Producció eficient de competir en el mercat químic

L'ús d'ultrasons catàlisi de transferència de fase es beneficiarà d'una o més diverses avantatges beneficioses:

  • la inicialització de les reaccions que d'altra manera no són factibles
  • augment de rendiment
  • retallar de costosos dissolvents, anhidres, apróticos
  • reducció del temps de reacció
  • temperatures de reacció més baixes
  • preparació simplificada
  • ús de metall alcalí aquós en lloc de alcóxidos de metalls alcalins, amida de sodi, hidrur de sodi o sodi metàl·lic
  • ús de matèries primeres més barates, especialment oxidants
  • canvi de la selectivitat
  • canvi de relacions de productes (per exemple O- / C-alquilació)
  • aïllament simplificat i purificació
  • augmentar el rendiment mitjançant la supressió de reaccions secundàries
  • simple, lineal escala fins al nivell de la producció industrial, fins i tot amb un rendiment molt alt
UIP1000hd de sobretaula homogeneïtzador ultrasònic

Programa d'instal·lació amb processador 1000W ultrasons, cel de flux, el tanc i la bomba de

prova senzilla i sense riscos d'efectes d'ultrasons en Química

Per veure com les influències d'ultrasò materials i reaccions específiques, les primeres proves de viabilitat es poden dur a terme en petita escala. De mà o de peu-muntat dispositius de laboratori en l'interval de 50 a 400 watts permetre la sonicació de les mostres petites i de mida mitjana en el vas de precipitats. Si els primers resultats mostren realitzacions possibles, el procés pot desenvolupat i optimitzat al banc superior amb un processador ultrasònic industrial, per exemple, UIP1000hd (1000W, 20 kHz). sistemes de sobretaula d'ultrasons de Hielscher amb 500 watts a 2000 watts són els dispositius ideals per a R&D i optimització. Aquests sistemes ultrasònics - dissenyades per al cubilet i el tractament amb ultrasons en línia – donar un control total sobre el paràmetre del procés més important: Amplitud, pressió, temperatura, viscositat, i la concentració.
El control precís dels paràmetres permet la reproductibilitat exacta i escalabilitat lineal dels resultats obtinguts. Després de provar diverses configuracions, la configuració trobar que millor es pot utilitzar per funcionar contínuament (24h / 7d) en condicions de producció. El PC-Control opcional (interfície de programari) també facilita l'enregistrament dels assajos individuals. Per a la sonicació de líquids inflamables o dissolvents en entorns perillosos (ATEX, FM) la UIP1000hd està disponible en una versió amb certificació ATEX: UIP1000-Ex.

beneficis generals d'aplicació d'ultrasons en química:

  • Una reacció pot accelerar-se o menys condicions de forçament pot ser necessari si s'aplica sonicació.
  • períodes d'inducció sovint es redueixen significativament com ho són les exotermias normalment associats amb tals reaccions.
  • sonochemical reaccions sovint s'inicien per ultrasons sense la necessitat d'additius.
  • El nombre de passos que normalment es requereixen en una ruta sintètica de vegades pot ser reduït.
  • En algunes situacions una reacció pot ser dirigida a una via alternativa.

Contacti amb nosaltres / Demana més informació

Parlar amb nosaltres sobre els seus requisits de processament. Anem a recomanar els paràmetres de configuració i de processament més adequats per al seu projecte.





Tingueu en compte que Política de privacitat.


Literatura / Referències

  1. Esen, Ilker et al. (2010): cadena llarga dicatiónico fase de transferència de catalitzadors en les reaccions de condensació d'aldehids aromàtics en aigua sota ultrasònic efecte. Butlletí de la Societat Química de Corea 31/8, 2010; pp. 2289-2292.
  2. Hua, Q. et al. (2011): síntesi d'àcid mandèlic mitjançant catàlisi de transferència de fase ultrasónicamente promogut en un líquid iònic. En: Ultrasons Sonochemistry Vol. 18/05, 2011; pp. 1035-1037.
  3. Li, J.-T. et al. (2003): La reacció de Michael catalitzada per KF alúmina / bàsic sota irradiació d'ultrasò. Ultrasons Sonochemistry 10, 2003. pp. 115-118.
  4. Lin, Haixa et al. (2003): un procediment Facile per a la Generació de diclorocarbeno de la reacció de tetraclorur de carboni i magnesi usant ultrasònic irradiació. En: Molècules 8, 2003; pp. 608 -613.
  5. Lin-Xiao, Xu et al. (1987): Un mètode pràctic nou per a la generació d'dichlorocebene per irradiació ultrasònica i de transferència de fase catàlisi. En: Acta Chimica Sínica, Vol. 5/4, 1987; pp. 294-298.
  6. Ken, Shao-Yong et al. (2005): transferència de fase catalitzada síntesi sota irradiació ultrasònica i bioactivitat de N'- (4,6-disustituido-pirimidin-2-il) -N- (5-aril-2-furoil) derivats de tiourea. En: Indian Journal of Chemistry Vol. 44B, 2005; pp. 1957-1960.
  7. Kubo, Masaki et al. (2008): Cinètica de Dissolvent C-alquilació de Phenylacetonitrile Ús d'irradiació ultrasònica. Diari d'Enginyeria Química de Japó, vol. 41, 2008; pp. 1031-1036.
  8. Maruoka, Keiji et al. (2007): Els avenços recents en la catàlisi asimètrica de transferència de fases. En: Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; pp. 4222-4266.
  9. Mason, Timothy et al. (2002): sonoquímica aplicada: els usos dels ultrasons de potència en la química i el processament. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  10. Mirza-Aghayan, M. et al (1995): Ultrasò Efectes sobre la irradiació en la reacció asimètrica Michael. Tetrahedron: Asymmetry 6/11, 1995; pp. 2643-2646.
  11. Poláčková, Viera et al. (1996): Ultrasound-promogut Cannizzaro de reacció sota condicions de transferència de fase. En: Ultrasons Sonochemistry Vol. 3/1, 1996; pp. 15-17.
  12. Sharma, el Sr. M. (2002): Estratègies de dur a terme reaccions a petita escala. enginyeria de la selectivitat i la intensificació de processos. En: Química Pura i Aplicada, vol. 74/12, 2002; pp. 2265-2269.
  13. Török, B. et al. (2001): reaccions asimètriques en sonoquímica. Ultrasons Sonochemistry 8, 2001; pp. 191-200.
  14. Wang, Maw-Ling et al. (2007): Ultrasò de transferència de fase assistida epoxidació catalítica de 1,7-octadieno - Un estudi cinètic. En: Ultrasons Sonochemistry Vol. 14/1, 2007; pp. 46-54.
  15. Yang, H.-M.; Chu, W.-M. (2012): assistida per ultrasons Fase-Transfer Catàlisi: verd Síntesi de Substituït Benzoato amb el Catalitzador Novell Dual-Site Fase-Transfer en Solid-Liquid System. En: Procedint s de 14º Confederació d'Àsia Pacífic del Congrés d'Enginyeria Química APCChE 2012.


Fets que cal saber

homogeneïtzadors de teixit ultrasònic es refereixen sovint com sonicador de sonda, lyser sònica, disruptor d'ultrasons, molí d'ultrasons, sono-ruptor, sonicador, Dismembrator sònica, disruptor cel·lular, dispersador ultrasònic o de dissolució. Els diferents termes són el resultat de les diverses aplicacions que poden complir-se mitjançant ultrasons.