Diels-Alder reakce jsou široce používány pro chemické syntézy, kde musí být vytvořeny atomové uhlíkové vazby. Ultrazvuku a její sonochemické účinky jsou vysoce účinné při řízení a podpoře reakcí Diels-Alder, což má za následek vyšší výnosy, výrazně sníženou reakční dobu a zároveň je součástí ekologické zelené chemie.

Sonochemicky vylepšená Diels-Alder reakce pro zelenou chemii

Diels-Alderovy reakce jsou chemické reakce, ve kterých se tvoří vazby mezi atomy uhlíku. Diels-Alderova reakce je klasifikována jako tepelně povolená cykloaddition [4+2] [_π4_S + _π2_S]. Vzhledem k tomu, že organická syntéza s ultrazvukem je zelená a účinná syntetická cesta, která zvyšuje reakční rychlosti, výnosy a selektivitu reakcí, sonikace je jednoduchá a spolehlivá technika široce používaná v laboratořích a průmyslové výrobě. Sonochemicky podporovaná cesta často usnadňuje organickou transformaci za okolních podmínek, které jinak vyžadují drastické podmínky teploty a tlaku, což pomáhá šetřit náklady na energii a mění chemickou syntézu na postup spořiče.

Ultrazvuková Diels-Alder reakce pomocí hlubokých eutektických rozpouštědel

Hluboká eutektická rozpouštědla (DES) jsou roztoky Lewisových nebo Brønstedových kyselin a bází, které tvoří eutektickou směs. Vzhledem k tomu, že hluboká eutektická rozpouštědla jsou nehořlavá, mají nízký tlak par a toxicitu a jsou často vyrobena z přírodních sloučenin, jsou spořicí, šetrnější alternativou rozpouštědla šetrnější k životnímu prostředí. Ultrazvuku a hluboké eutektické rozpouštědla je známo, že pracují synergicky společně, a proto se používají pro chemickou syntézu, stejně jako v ultrazvukové extrakce. Použití hlubokých eutektických rozpouštědel je prospěšné i v ultrazvukem podporovaných reakcích Diels-Alder. Například, použití ultrazvuku se používá k podpoře Diels-Alder reakce pomocí N-ethylmaleimid jako dienofil, změna povahy dienu v hlubokých eutektických rozpouštědlech (DES) při konvenčním ohřevu a ultrazvukové aktivace.
Použití ultrazvukové aktivace v kombinaci s hlubokými eutektická rozpouštědla se ukázala jako prospěšná a poskytovala dobré výnosy v drasticky snížených reakčních časech.

Ultrazvukem vylepšená Reakce Diels-Alder.
režim upravený z Marulla a kol., 2020

Obecný postup pro Diels-Alder reaction pomocí DES a sonikace

Ultrazvukem propagované Reakce Diels-Alder byly provedeny vložením ultrazvukové sondy (sonotroda / roh) do reakční nádoby. Pomocí ultrazvukové sondy s hrotem průměru 0,5 cm byl nominální výstupní výkon 70 W. Reakce byly provedeny při 40 ° C při použití použití ultrazvuku vpulsním režimu s cykly 5 sec ON a 20 s OFF. Ultrazvukem zesílená Diels-Alderova reakce dala dobré výnosy v mnohem kratším čase než za tichých podmínek (70 min a 24 h pro sonochemické a tiché reakce).
Aby bylo možné vyhodnotit energetickou účinnost sonochemicky zesílené Diels-Alder reakce, spotřeba energie pro tiché a ultrazvukem propagované Diels-Alder reakce byly porovnány. Výpočty poskytly spotřebu 35,094 kJ / g pro tichou reakci a 28.4 kJ / g pro ultrazvukem asistovanou reakci (ultrazvukový roh s výstupním výkonem 70 W čisté energie), respektive. Výsledkem je 99% energie ušetřené pro sonochemicky řízenou Diels-Alder reakci. Všechna tato pozorování silně naznačují, že kombinované použití hlubokých eutektických rozpouštědel (DES) a ultrazvuku ozařování je efektivní a energeticky úsporná metodika pro důležité syntetické procesy, jako je Diels-Alderova reakce. (Marullo a kol., 2020)

Účinek různých hlubokých eutetických rozpouštědel v kombinaci se sonikací

Nejlepší výsledky pro ultrazvukem propagované Diels-Alder reakce byly dosaženy, když hluboké eutektické rozpouštědla [ChCl]:[Fru] a [TBACl]:[EG] se používají jako rozpouštědla. Použití [ChCl]:[Fru] a [TBACl]:[EG] jako rozpouštědel přineslo významné snížení reakční doby a významné zlepšení výtěžnosti (pro [TBACl]:[EG] 73% a 87% a pro [ChCl]:[Fru] 23 a 75% za tichých a sonochemických podmínek).
V některých případech, a to když se [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly] a [AcChCl]:[EG] používají jako rozpouštědla, jsou výnosy srovnatelné s výnosy získanými za tichých podmínek, ale rychlost chemického procesu je stále drasticky zlepšena sonikací.
Použití ultrazvuku funguje velmi dobře s nízkým tlakem par a viskózní rozpouštědla, jako jsou iontové kapaliny (ILs), protože tyto podmínky usnadňují vytváření více inetnse kavitace účinky. Vzhledem k tomu, hluboká eutektická rozpouštědla mají podobné fyzikální vlastnosti jako iontové kapaliny, mohou být vhodně použity ve spojení s ultrazvuku. Kombinovaná souhra hlubokých eutektických rozpouštědel (DES) a použití ultrazvuku výrazně snižuje energetickou poptávku po Dielsově-olšové reakci. Sigmificantní snížení reakční doby z 24 h na 70 min lze pozorovat při zajištění velmi dobrých výnosů. Pokud jde o účinnost procesu, to znamená, že kombinované použití hlubokých eutektických rozpouštědel (DES) a ultrazvuku umožňuje zpracovat množství materiálů 10krát vyšší než za tichých podmínek. (Marullo a kol., 2020)

Ultrazvuková Diels-Alder reakce oxabicyklických alkenů

Wei a kolegové (2004) ukázali, že ultrazvuku podporoval Diels-Alder reakce substituovaných furanů s reaktivními dienofily, jako je dimethyl acetylenedicarboxylát (DMAD) a dimethyl maleát poskytoval funkcionalizované oxabicyklické alkeny v dobrých výnosech. Ultrazvukem podporovaná reakce regiospecific furano Diels-Alder cykloaddition 2-vinylových furanů s DMAD zařízenými funkcionalizovanými oxabicyklickými alkeny v dobrém výnosu.

Sonochemicky vylepšené cykloaddition reakce

Bravo a jeho kolegové (2006) popsali jako reakční médium řadu sonochemických cykloaddicí zahrnujících buď cyklopentadien nebo 1,3-cyklohexadin s karbonyl dienofily v iontové kapalině na bázi imidazolia. Prokázali, že ultrazvuku účinně zlepšuje tyto cykloaddition reakce, což má za následek vyšší výnosy a / nebo snížené reakční časy ve srovnání s odpovídajícími tichými reakcemi. Například pro jednoduché α,β- nenasycené dienofily, jako je methyl vinyl keton nebo akrolein účinky ultrazvukové aktivace jsou zřejmé. Například methyl vinyl keton vede k 89% výtěžku během 1 h mírného použití ultrazvuku, zatímco tichá reakce poskytla pouze 52% ve stejné reakční době.

Ultrasonicators v jakékoli velikosti pro sonochemicky propagované Diels-Alder Reakce

Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrábí a distribuuje vysoce výkonné ultrazvukové sondy typu homogenizátory a sonochemické zařízení pro integraci do chemických systémů, jako je syntéza a katalýza reakce. Hielscher ultrasonicators se používají po celém světě jako spolehlivý nástroj k podpoře, zesilování, zrychlení a zlepšení chemických reakcí.
Hielscher Ultrazvuk’ ultrazvukové procesory jsou k dispozici v jakékoli velikosti od malých laboratorních zařízení až po velké průmyslové procesory pro dávkové a průtokové chemické aplikace. Přesné nastavení ultrazvukové amplitudy – nejdůležitější parametr pro sonochemické aplikace – umožňuje provozovat Hielscher ultrasonicators s nízkými až velmi vysokými amplitudami a doladit amplitudu přesně na požadované ultrazvukové procesní podmínky specifického systému chemické reakce.
Hielscherův ultrazvukový generátor je vybaven inteligentním softwarem s automatickým protokolování dat. Všechny důležité parametry zpracování, jako je ultrazvuková energie, teplota, tlak a čas, jsou automaticky uloženy na vestavěné SD kartě, jakmile je zařízení zapnuto.
Monitorování procesů a zaznamenávání dat je důležité pro kontinuální standardizaci procesů a kvalitu produktu. Přístupem k automaticky zaznamenaným procesním datům můžete revidovat předchozí spuštění ultrazvuku a vyhodnotit výsledek.
Další uživatelsky přívětivou funkcí je dálkové ovládání prohlížeče našich digitálních ultrazvukových systémů. Prostřednictvím dálkového ovládání prohlížeče můžete spustit, zastavit, upravit a monitorovat ultrazvukový procesor vzdáleně odkudkoli.
Kontaktujte nás nyní a dozvíte se více o našich vysoce výkonných ultrazvukových homogenizátorech může zlepšit vaši organickou syntézu reakce, jako jsou Reakce Diels-Alder, Mannich reakce nebo Michael přidání mezi mnoha dalšími!

Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators: