Hielscher ultrazvuková technologie

Ultrazvukem indukované a Enhanced Phase Přenos Catalysis

Vysoký výkon ultrazvuk je dobře známý pro jeho příspěvek k různým chemickým reakcím. Jedná se o takzvaný Sonochemie, Heterogenní reakce - a hlavně reakce fázového přenosu - jsou velmi potenciální oblasti použití pro napájení ultrazvuku. V důsledku mechanického a sonochemická energie aplikované na reakčních složek, je možno získat zahájena reakce, rychlost reakce mohou být významně zvýšeny, stejně jako vyšší míru konverze, vyšší výnosy, a může být dosaženo lepších výrobků. Lineární škálovatelnost ultrazvuku a dostupnost spolehlivých ultrazvukové Průmyslový zařízení, aby tato technika zajímavé řešení pro chemickou výrobu.
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Ultrazvukový sklo Flow Cell

katalýza fázového přenosu

Phase Transfer Catalysis (PTC) je zvláštní forma heterogenní katalýzy a je známá jako praktická metodika pro organickou syntézu. Použitím katalyzátoru fázového přenosu je možné solubilizovat iontové reakční složky, které jsou často rozpustné ve vodné fázi, ale nerozpustné v organické fázi. To znamená, že PTC je alternativním řešením k překonání problému heterogenity v reakci, při níž je inhibice interakce mezi dvěma látkami umístěnými v různých fázích směsi z důvodu neschopnosti reakčních činidel spojit se. (Esen et al., 2010) Obecnými výhodami katalýzy fázového přenosu jsou malé snahy o přípravu, jednoduché experimentální postupy, mírné reakční podmínky, vysoká reakční rychlost, vysoká selektivita a použití nenákladných a ekologicky neškodných činidel, jako je kvartérní amonium solí a rozpouštědel a možnost provádět přípravky ve velkém měřítku (Ooi et al., 2007).
Různé kapalina-kapalina a kapalina-pevná látka reakce byla intenzivnější a také selektivní pomocí jednoduchého přenosu fáze (PT) katalyzátory, jako jsou kvartérní sloučeniny, polyethylenglykol-400 a podobně, které umožňují druhy iontů, které mají být ferried z vodné fáze do Organická fáze. Tak lze překonat problémy spojené s velmi nízkou rozpustností organických reakčních složek ve vodné fázi. V pesticidů a farmaceutickém průmyslu, PTC je používán značně a změnila základy podnikání. (Sharma 2002)

Power ultrazvuk

Použití elektrické energie ultrazvuku je dobře známý nástroj pro vytváření extrémně jemný emulze, V chemii jsou tyto velmi jemné velikosti emulze využít pro zvýšení chemické reakce. To znamená, že mezifázové kontaktní plocha mezi dvěma nebo více nemísitelných kapalin se stane dramaticky zvětšený a poskytuje tím lepší, úplné a / nebo rychlejší průběh reakce.
Pro katalýzu fázového přenosu – stejně jako u jiných chemických reakcí - dostatek kinetické energie potřebné k zahájení reakce.
To má různé pozitivní účinky, pokud jde o chemickou reakci:

  • Chemická reakce, která bude za normálních okolností dojít z důvodu jeho nízké kinetické energie může začít tím, že ultrazvuku.
  • Chemické reakce mohou být urychlena ultrazvukem asistované PTC.
  • Kompletní vyhýbání se katalyzátoru fázového přenosu.
  • Suroviny mohou být použity účinnější.
  • Vedlejší produkty mohou být sníženy.
  • Výměna nákladnou nebezpečného silné báze s levným anorganické báze.

Těmito účinky, PTC je neocenitelnou chemické metodologie pro organické syntézy ze dvou a více nemísitelných reaktantů: katalýzy fázového přenosu (PTC) umožňuje efektivněji využívat surovinu chemických procesů a vyrábět hospodárněji. Zvýšení chemické reakce PTC je důležitým nástrojem pro chemickou výrobu, která může být zlepšena použitím ultrazvuku dramaticky.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Kavitace v kapalině

Příklady ultrazvukem podporovaných PTC reakcích

  • Syntéza nových N‘- (4,6-disubstituovaný-pyrimidin-2-yl) -N- (5-aryl-2-furoyl) deriváty thiomočoviny s použitím PEG-400 v ultrazvuku. (Ken et al., 2005)
  • Ultrazvukem asistované syntéza kyseliny mandlové podle PTC v iontové kapalině ukazuje významně zlepšuje výtěžky reakčních podmínkách okolního prostředí. (Hua et al., 2011)
  • Kubo a kol. (2008) uvádí, ultrazvukem asistované C-alkylace fenylacetonitrilu v prostředí bez rozpouštědla. Účinek ultrazvuku na podporu reakce byla přičítána k extrémně velké mezifázové plochy mezi oběma kapalnými fázemi. Ultrazvuku má za následek mnohem rychlejší reakční rychlost než mechanické míchání.
  • Sonikace během reakce tetrachlormethanu s hořčíkem pro generování výsledků dichlorokarben ve vyšším výtěžku gem-dichlorocyclopropane v přítomnosti olefinů. (Lin et al., 2003)
  • Ultrazvuk poskytuje zrychlení Cannizzaro reakce P-chlorobenzaldehyde za podmínek fázového přenosu. Ze tří katalyzátorů fázového přenosu – benzyltriethylamoniumchloridu (TEBA) Aliquatu a 18-crown-6 -, které byly testovány POLÁČKOVÁ et al. Bylo zjištěno (1996) TEBA být nejúčinnější. Ferrocenecarbaldehyde a P-dimethylaminobenzaldehyde dal, za podobných podmínek, 1,5-diaryl-1,4-pentadien-3-ony, jako hlavního produktu.
  • Lin-Xiao et al. (1987) ukázali, že kombinace ultrazvuku a PTC účinně podporuje tvorbu dichlorokarben z chloroformu v kratším čase s lepším výtěžkem a menší množství katalyzátoru.
  • Yang et al. (2012) zkoumali zelené, ultrazvukem asistované syntézu benzyl-4-hydroxybenzoátu pomocí 4,4'-bis (tributylammoniomethyl) -1,1 '-bifenyl dichloridu (QCl2), Jako katalyzátoru. Použitím QCl2, Že vyvinuli nový dual-site katalýzy fázového přenosu. Tato pevná látka-kapalina katalýzy fázového přenosu (SLPTC) byla provedena jako vsádkový proces s ultrazvukem. V rámci intenzivního ultrazvuku, 33% přidaného Q2 + obsahující 45,2% Q (Ph (OH) COO)2 se převede do organické fáze nechá reagovat s benzylbromidem, a proto je celková reakční rychlost byla zvýšena. Tato zlepšená reakční rychlost se získá 0,106 min-1 pod 300 W ultrazvuku, zatímco bez ultrazvuku rychlostí 0,0563 min-1 Bylo pozorováno. Tím bylo prokázáno, synergický efekt dual-site katalyzátoru fázového přenosu s ultrazvukem v katalýze fázového přenosu.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

Obrázek 1: UP200Ht je 200 wattů silný ultrazvukový homogenizátor

Ultrazvukové Zvýšení Asymmetric fáze reakce přenosu

S cílem stanovit praktický způsob asymetrické syntézy a-aminokyselin a jejich derivátů, Maruoka a Ooi (2007) zkoumali, „zda reaktivita N-spiro chirálních kvarterní amonné soli lze zvýšit a zjednodušit jejich struktury. Vzhledem k tomu, ultrazvuku vytváří homogenizace, To znamená, že velmi jemná emulze, Se výrazně zvyšuje mezifázové oblasti, ve které může dojít, je reakce, která by mohla přinést podstatné zrychlení rychlosti v reakcích fázového přenosu kapalina-kapalina. Ve skutečnosti, sonikace reakční směsi 2, methyljodidu, a (S, S) -naphtyl podjednotky (1 mol%) v toluenu / 50% vodného roztoku hydroxidu draselného při teplotě 0 .degree.C po dobu 1 h vedla k odpovídajícím alkylovaného produktu v 63% získá se s 88% ee; chemický výtěžek a enantioselektivity byly srovnatelné s těmi, které z reakce, prováděné jednoduchým mícháním směsi po dobu osmi hodin (0 ° C, 64%, 90% ee).“(Maruoka et al 2007,. str. 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

Schéma 1: ultrazvuku zvyšuje reakční rychlost při asymetrické syntézy a-aminokyselin [Maruoka et al. 2007]

Další typ reakce asymetrické katalýzy je Michaelova reakce. Michaelova adice diethyl Nacetyl-aminomalonátu na chalkonu je pozitivně ovlivněna ultrazvuku, což vede ke zvýšení o 12% výtěžku (72% ze získaných během tiché reakce až do 82% v ultrazvuku). Reakční doba je šestkrát rychlejší při výkonu ultrazvuku ve srovnání s reakcí bez ultrazvuku. Enantiomerní přebytek (ee) se nezměnil a byl pro obě reakce - s a bez ultrazvuku - při 40% ee. (Mirza-Aghayan et al., 1995)
Li a kol. (2003) prokázali, že Michaelova reakce chalkonů jako akceptorů s různými aktivními methylenovými sloučeninami, jako je diethylmalonátu, nitromethan, cyklohexanon, ethyl acetoacetátu a acetylacetonu jako donory katalyzovaných KF / základní výsledky oxidu hlinitého v aduktů ve vysokém výtěžku v kratším čase pod vlivem ultrazvuku ozáření. V jiné studii, Li a kol. (2002) ukázali, úspěšnou ultrazvukem asistované syntézu chalkonů katalyzovaných KF-Al2Ó3,
Tyto PTC reakce výše ukazují pouze malý rozsah potenciálu a možností ozáření ultrazvukem.
Testování a vyhodnocování ultrazvuku týkající se možných vylepšení v PTC je velmi jednoduché. Ultrazvukové laboratorní zařízení, jako je Hielscher Uf200 ः t (200 W) a bench-top systémy, jako je Hielscher UIP1000hd (1000 W) umožňují první zkoušky. (Viz obrázek 1 a 2)
Ultrazvukový zlepšila asymetrickou Michaelovu adici (Klikněte pro zvětšení!)

Schéma 2: ultrazvukem asistované asymetrickou Michaelovu adici diethyl-N-acetyl-aminomalonátu na chalkonu [Torok a kol. 2001]

Efektivní výroba soutěží na chemickém trhu

Pomocí ultrazvukového katalýzu fázového přenosu, budete těžit z jednoho nebo více různých prospěšných výhod:

  • inicializace reakcí, které jsou jinak není možné
  • Zvýšení výnosu
  • snížit drahých, bezvodých, aprotických rozpouštědlech
  • snížení reakční doby
  • nižší reakční teploty
  • zjednodušený příprava
  • Použití vodného alkalického kovu místo alkoxidy alkalických kovů, amid sodný, hydrid sodný nebo kovového sodíku
  • použití levnějších surovin, zejména oxidanty
  • posun selektivity
  • změna poměrů produktu (např. O- / C-alkylace)
  • zjednodušený Izolace a čištění
  • zvýšení výnosu tím, že potlačí vedlejší reakce
  • jednoduché lineární scale-up na průmyslové úrovni produkce, a to i s velmi vysokou propustností
UIP1000hd Bench-Top Ultrazvukové homogenizátory

Nastavení s 1000W ultrazvukovým procesorem, průtokovou komoru, nádrž a čerpadlo

Jednoduché a bezrizikové testování ultrazvukových efektů v chemii

Chcete-li vidět, jak ultrazvukové vlivy specifické materiály a reakce, mohou být první zkoušky proveditelnosti provádí v malém měřítku. Ruční nebo zasunutý laboratorních přístrojů v rozmezí 50 až 400 wattů umožňují ultrazvuku malých a středních vzorků v kádince. V případě, že první výsledky ukazují potenciální výsledky, proces může vyvinuty a optimalizovány v bench-top s průmyslovým ultrazvukovým procesorem, např. UIP1000hd (1000W, 20 kHz). ultrazvukové bench-top systémy Hielscher uživateli 500 wattů na 2000 W jsou ideální zařízení pro výzkum&D a optimalizace. Tyto ultrazvukové systémy - určené pro kádinky a inline použití ultrazvuku – dát plnou kontrolu nad nejdůležitějších parametrů procesu: amplituda, tlak, teplota, viskozita, a koncentrace.
Přesná kontrola nad parametry umožňují, aby Přesná reprodukovatelnost a lineární škálovatelnost získaných výsledků. Po testování různých nastavovaných konfigurace zjištěno, že je nejlepší, může být použit ke spuštění nepřetržitě (24h / 7d) za výrobních podmínek. Volitelný PC-Control (software interface) také usnadňuje nahrávání jednotlivých pokusů. Pro použití ultrazvuku hořlavých kapalin nebo rozpouštědel v prostředí s nebezpečím výbuchu (ATEX, FM) Tento UIP1000hd Je k dispozici v certifikovaném provedení ATEX: UIP1000-Exd,

Všeobecné výhody plynoucí z ultrazvuku v chemii:

  • Reakce může být urychlena, nebo může být požadováno méně nutí podmínky, pokud je použita sonikace.
  • Indukční periody se často výrazně sníženy, jsou exotermy normálně spojená s těmito reakcemi.
  • Sonochemická reakce jsou často iniciována pomocí ultrazvuku bez potřeby přísad.
  • Počet kroků, které jsou obvykle vyžadovány v syntetickým způsobem může být někdy snižuje.
  • V některých případech může být reakce zaměřen na alternativní dráhy.

Kontakt / požádat o další informace

Promluvte si s námi o vaše požadavky na zpracování. Doporučíme nejvhodnější nastavení a zpracování parametrů pro váš projekt.





Uvědomte si prosím naši Zásady ochrany osobních údajů,


Literatura / Reference

  1. Esen, Ilker a kol. (2010): dlouhým řetězcem Dicationic Phase transfer katalyzátory v kondenzační reakce aromatické aldehydy ve vodě pod účinků ultrazvuku. Bulletin korejské chemické společnosti 31/8, 2010; str. 2289-2292.
  2. Hua, Q. a kol. (2011): ultrazvukem podporovaná syntéza kyseliny mandlové pomocí katalýzy fázového přenosu v iontové kapalině. V: Ultrasonics Sonochemistry Sv. 18/5 2011; str. 1035-1037.
  3. Li, J.-T. a kol. (2003): Michaelova reakce, katalyzovaná KF / bazického oxidu hlinitého v ultrazvukové záření. Ultrazvuk Sonochemistry 10, 2003. str. 115-118.
  4. Lin, Haixa a kol. (2003): povrchní Postup pro generaci dichlorokarben z reakce tetrachlormethan a hořčíku za použití ultrazvuku. In: molekul 8, 2003; str. 608 -613.
  5. Lin-Xiao, Xu et al. (1987): Román praktický způsob pro generování dichlorocebene ultrazvukovým zářením a katalýzy fázového přenosu. V: Acta Chimica Sinica, sv. 5/4, 1987; str. 294-298.
  6. Ken, Shao-Yong et al. (2005): přítomnosti katalyzátoru fázového přenosu syntézu za působení ultrazvuku a biologickou N‘- (4,6-disubstituovaný-pyrimidin-2-yl) -N- (5-aryl-2-furoyl) deriváty thiomočoviny. V: Indian Journal of Chemistry sv. 44B, 2005; str. 1957-1960.
  7. Kubo, Masaki a spol. (2008): kinetika Bezrozpouštědlová C-alkylace fenylacetonitril pomocí ultrazvuku. Chemical Engineering Journal Japan, Vol. 41, 2008; str. 1031-1036.
  8. Maruoka, Keiji a kol. (2007): Recent Advances in Asymetrické katalýzy fázového přenosu. In: Angew. Chem. Int. Vyd., Sv. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; str. 4222 do 4266.
  9. Mason, Timothy a kol. (2002): Applied sonochemie: že využívání energie ultrazvuku v chemii a zpracování. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  10. Mirza-Aghayan, M. a kol (1995): Ultrazvukové Ozařovací Účinky na asymetrickém Michaelovy reakce. Tetrahedron: Asymmetry 6/11, 1995; str. 2643-2646.
  11. Poláčková, Viera a kol. (1996): Ultrazvuk-podporoval Cannizzarova reakce za podmínek fázového přenosu. V: Ultrasonics Sonochemistry Sv. 3/1, 1996; str. 15-17.
  12. Sharma, M. M. (2002): Strategie provádění reakce v malém měřítku. Selektivita strojírenství a proces intenzifikace. V: čisté a aplikované chemie, sv. 74/12, 2002; str. 2265-2269.
  13. Török, B. a kol. (2001): Asymetrické reakce v sonochemistry. Ultrazvuk Sonochemistry 8, 2001; str. 191-200.
  14. Wang, Maw-Ling a kol. (2007): Ultrazvuková asistované fázového přenosu katalytická epoxidace 1,7-- A kinetické studie. V: Ultrasonics Sonochemistry Sv. 14/1 2007; str. 46-54.
  15. Yang, H.-M .; Chu, W.-M. (2012): Ultrazvuková-Asistovaná katalýzy fázového přenosu: Green syntézu substituovaných benzoátu s Novel Dual-Site katalyzátor fázového přenosu v pevné a kapalné systému. V: Vycházeje ze dne 14Th Asijsko-tichomořská konfederace chemického inženýrství Kongres APCChE 2012.


Fakta Worth Knowing

Ultrazvukové tkáně homogenizátory jsou často označovány jako sonikátoru sondy, zvuku lyser, ultrazvukové disruptor, ultrazvukové brusky, sono-ruptor, Sonifier, zvuku Dismembrator, buněčné disruptoru, ultrazvukového dispergačního zařízení nebo rozpouštěcí zóny. Rozdílné podmínky vyplývají z různých aplikací, které mohou být splněny pomocí ultrazvuku.