Ηχοχημικά βελτιωμένες αντιδράσεις Diels-Alder

Οι αντιδράσεις Diels-Alder χρησιμοποιούνται ευρέως για χημικές συνθέσεις, όπου πρέπει να σχηματιστούν ατομικοί δεσμοί άνθρακα-άνθρακα. Υπερήχους και sonochemical επιδράσεις της είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική στην οδήγηση και την προώθηση Diels-Alder αντιδράσεις με αποτέλεσμα υψηλότερες αποδόσεις, σημαντικά μειωμένο χρόνο αντίδρασης και ταυτόχρονα είναι μέρος της φιλικής προς το περιβάλλον πράσινης χημείας.

Ηχοχημικά ενισχυμένη αντίδραση Diels-Alder για πράσινη χημεία

Οι αντιδράσεις Diels-Alder είναι χημικές αντιδράσεις, στις οποίες σχηματίζονται δεσμοί μεταξύ ατόμων άνθρακα. Η αντίδραση Diels-Alder ταξινομείται ως θερμικά επιτρεπόμενη [4+2] κυκλοπροσθήκη [_π4_s + _π2_s]. Δεδομένου ότι η οργανική σύνθεση με υπερήχους είναι μια πράσινη και αποτελεσματική συνθετική οδός, η οποία ενισχύει τους ρυθμούς αντίδρασης, τις αποδόσεις και την επιλεκτικότητα των αντιδράσεων, κατεργασία με υπερήχους είναι μια απλή και αξιόπιστη τεχνική που χρησιμοποιείται ευρέως στα εργαστήρια και τη βιομηχανική παραγωγή. Συχνά, η ηχητικά προωθούμενη οδός διευκολύνει τον οργανικό μετασχηματισμό σε συνθήκες περιβάλλοντος που διαφορετικά απαιτούν δραστικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, γεγονός που βοηθά στην εξοικονόμηση ενεργειακού κόστους και μετατρέπει τη χημική σύνθεση σε διαδικασία εξοικονόμησης.

Υπερήχων Diels-Alder αντίδραση χρησιμοποιώντας βαθιά ευτηκτικούς διαλύτες

Οι εν τω βάθει ευτηκτικοί διαλύτες (DES) είναι διαλύματα οξέων Lewis ή Brønsted και βάσεων που σχηματίζουν ένα ευτηκτικό μείγμα. Δεδομένου ότι οι βαθιά ευτηκτικοί διαλύτες είναι μη εύφλεκτοι, έχουν χαμηλές τάσεις ατμών και τοξικότητα και συχνά παρασκευάζονται από φυσικές ενώσεις, είναι μια ασφαλέστερη, πιο φιλική προς το περιβάλλον εναλλακτική λύση διαλύτη. Υπερήχους και βαθιά ευτηκτική διαλύτες είναι γνωστό ότι λειτουργούν συνεργιστικά μαζί και ως εκ τούτου χρησιμοποιούνται για χημική σύνθεση, καθώς και σε υπερήχων εκχύλιση. Η χρήση βαθιών ευτηκτικών διαλυτών είναι ευεργετική σε υπερηχητικά προωθημένες αντιδράσεις Diels-Alder, πάρα πολύ. Για παράδειγμα, κατεργασία με υπερήχους χρησιμοποιείται για την προώθηση της αντίδρασης Diels-Alder χρησιμοποιώντας Ν-αιθυλομηλεϊμίδιο ως διενόφιλο, αλλάζοντας τη φύση του διενίου σε βαθιούς ευτηκτικούς διαλύτες (DES) τόσο υπό συμβατική θέρμανση όσο και με υπερηχητική ενεργοποίηση.
Η χρήση υπερηχητικής ενεργοποίησης σε συνδυασμό με βαθιούς ευτηκτικούς διαλύτες αποδείχθηκε ευεργετική παρέχοντας καλές αποδόσεις σε δραστικά μειωμένους χρόνους αντίδρασης.

Υπερηχητικά βελτιωμένη αντίδραση Diels-Alder.
πρόγραμμα προσαρμοσμένο από Marullo et al., 2020

Γενική διαδικασία για την αντίδραση Diels-Alder χρησιμοποιώντας DES και υπερήχηση

Υπερήχων προωθούνται Diels-Alder αντιδράσεις πραγματοποιήθηκαν με την εισαγωγή του υπερηχητικού καθετήρα (sonotrode / κέρατο) στο δοχείο αντίδρασης. Χρησιμοποιώντας έναν υπερηχητικό καθετήρα με άκρη διαμέτρου 0,5 cm, η ονομαστική ισχύς εξόδου ήταν 70 W. Οι αντιδράσεις πραγματοποιήθηκαν στους 40 ° C εφαρμόζοντας λειτουργία παλμού υπερήχων με κύκλους ON 5 sec και 20 sec OFF. Η υπερηχητικά εντατικοποιημένη αντίδραση Diels-Alder έδωσε καλές αποδόσεις σε πολύ μικρότερο χρονικό διάστημα από ό, τι υπό σιωπηλές συνθήκες (70 λεπτά και 24 ώρες για sonochemical και σιωπηλές αντιδράσεις, αντίστοιχα).
Προκειμένου να αξιολογηθεί η ενεργειακή απόδοση της ηχητικά ενισχυμένης αντίδρασης Diels-Alder, συγκρίθηκε η κατανάλωση ενέργειας για την αθόρυβη και την υπερηχητικά προωθημένη αντίδραση Diels-Alder. Οι υπολογισμοί έδωσαν κατανάλωση 35.094 kJ / g για την σιωπηλή αντίδραση και 28,4 kJ / g για υπερηχητικά υποβοηθούμενη αντίδραση (υπερηχητικό κέρατο με ισχύ εξόδου 70 W καθαρής ενέργειας), αντίστοιχα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την εξοικονόμηση 99% της ενέργειας για την υπερηχοχημική αντίδραση Diels-Alder. Όλες αυτές οι παρατηρήσεις υποδηλώνουν έντονα ότι η συνδυασμένη χρήση βαθιών ευτηκτικών διαλυτών (DES) και ακτινοβολίας υπερήχων είναι μια αποτελεσματική μεθοδολογία εξοικονόμησης ενέργειας για σημαντικές συνθετικές διεργασίες όπως η αντίδραση Diels-Alder. (Marullo κ.ά., 2020)

Η επίδραση διαφόρων βαθιών ευτηκτικών διαλυτών σε συνδυασμό με υπερήχους

Καλύτερα αποτελέσματα για υπερήχων προωθείται Diels-Alder αντίδραση επιτεύχθηκαν, όταν οι βαθιές ευτηκτικές διαλύτες [ChCl]: [Fru] και [TBACl]: [EG] χρησιμοποιούνται ως διαλύτες. Η χρήση των [ChCl]:[Fru] και [TBACl]:[EG] ως διαλυτών παρείχε σημαντικές μειώσεις στο χρόνο αντίδρασης καθώς και σημαντικές βελτιώσεις στην απόδοση (για [TBACl]:[EG] 73% και 87% και για [ChCl]:[Fru] 23 και 75% υπό αθόρυβες και sonochemical συνθήκες, αντίστοιχα).
Σε ορισμένες περιπτώσεις, δηλαδή όταν [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly], και [AcChCl]:[EG] χρησιμοποιούνται ως διαλύτες, οι αποδόσεις είναι συγκρίσιμες με εκείνες που λαμβάνονται υπό σιωπηλές συνθήκες, αλλά ο ρυθμός της χημικής διαδικασίας εξακολουθεί να βελτιώνεται δραστικά με υπερήχους.
Κατεργασία με υπερήχους λειτουργεί πολύ καλά με χαμηλή τάση ατμών και ιξώδεις διαλύτες όπως ιοντικά υγρά (ILs), δεδομένου ότι αυτές οι συνθήκες διευκολύνουν τη δημιουργία περισσότερων inetnse αποτελέσματα σπηλαίωσης. Δεδομένου ότι οι βαθιοί ευτηκτικοί διαλύτες διαθέτουν παρόμοιες φυσικές ιδιότητες με τα ιοντικά υγρά, μπορούν να χρησιμοποιηθούν κατάλληλα σε συνδυασμό με υπερήχους. Η συνδυασμένη αλληλεπίδραση των βαθιών ευτηκτικών διαλυτών (DES) και της υπερήχησης μειώνει σημαντικά την ενεργειακή ζήτηση της αντίδρασης Diels-Alder. Σημαντικές μειώσεις του χρόνου αντίδρασης από 24 ώρες σε 70 λεπτά μπορούν να παρατηρηθούν ενώ παρέχουν πολύ καλές αποδόσεις. Όσον αφορά την αποτελεσματικότητα της διαδικασίας, αυτό σημαίνει ότι η συνδυασμένη χρήση βαθιών ευτηκτικών διαλυτών (DES) και υπερήχων επιτρέπει την επεξεργασία μιας ποσότητας υλικών 10 φορές υψηλότερη από ό, τι υπό σιωπηλές συνθήκες. (Marullo κ.ά., 2020)

Υπερήχων Diels-Alder αντίδραση των οξαδικυκλικών αλκενίων

Ο Wei και οι συνεργάτες του (2004) έδειξαν ότι η υπερήχους προώθησε την αντίδραση Diels-Alder των υποκατεστημένων φουρανίων με αντιδραστικά διενόφιλα όπως το διμεθυλακετυλενδικαρβοξυλικό (DMAD) και το μηλεϊνικό διμεθύλιο που παρέχονται λειτουργικά οξαδικυκλικά αλκένια σε καλές αποδόσεις. Η υπερηχητικά προωθημένη αντίδραση του regiospecific furano Diels-Alder cycloadd των 2-βινυλικών φουρανίων με DMAD παρείχε λειτουργικά οξαδικυκλικά αλκένια σε καλή απόδοση.

Ηχοχημικά βελτιωμένες αντιδράσεις κυκλοπροσθήκης

Ο Bravo και οι συνεργάτες του (2006) περιέγραψαν μια σειρά ηχοχημικών κυκλοπροσθηκών που περιλαμβάνουν είτε κυκλοπενταδιένιο είτε 1,3-κυκλοεξαδιένιο με καρβονυλοδιενόφιλα σε ιοντικό υγρό με βάση το ιμιδαζόλιο ως μέσο αντίδρασης. Έδειξαν ότι υπερήχους βελτιώνει αποτελεσματικά αυτές τις αντιδράσεις κυκλοπροσθήκης με αποτέλεσμα υψηλότερες αποδόσεις ή / και μειωμένους χρόνους αντίδρασης σε σύγκριση με τις αντίστοιχες σιωπηλές αντιδράσεις. Για παράδειγμα, για απλά α,β- ακόρεστα διενόφιλα όπως μεθυλοβινυλοκετόνη ή ακρολεΐνη, τα αποτελέσματα της ενεργοποίησης υπερήχων είναι προφανή. Για παράδειγμα, η μεθυλοβινυλοκετόνη προκαλεί απόδοση 89% εντός 1 ώρας ήπιας υπερήχησης, ενώ η σιωπηλή αντίδραση παρείχε μόνο 52% εντός του ίδιου χρόνου αντίδρασης.

Υπερήχων σε οποιοδήποτε μέγεθος για Sonoχημικά προωθούνται Diels-Alder αντιδράσεις

Hielscher Υπέρηχοι σχεδιάζει, κατασκευάζει και διανέμει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές τύπου καθετήρα και sonochemical εξοπλισμό για την ενσωμάτωση σε χημικά συστήματα όπως η σύνθεση και αντιδράσεις κατάλυσης. Hielscher υπερήχων χρησιμοποιούνται παγκοσμίως ως αξιόπιστο εργαλείο για την προώθηση, εντατικοποίηση, επιτάχυνση και βελτίωση των χημικών αντιδράσεων.
Hielscher Ultrasonics’ Οι επεξεργαστές υπερήχων είναι διαθέσιμοι σε οποιοδήποτε μέγεθος από μικρές εργαστηριακές συσκευές έως μεγάλους βιομηχανικούς επεξεργαστές για εφαρμογές χημείας παρτίδας και ροής. Ακριβής ρύθμιση του πλάτους υπερήχων – Η πιο σημαντική παράμετρος για sonochemical εφαρμογές – επιτρέπει τη λειτουργία Hielscher υπερήχων σε χαμηλά έως πολύ υψηλά πλάτη και να τελειοποιήσει το πλάτος ακριβώς στις απαιτούμενες συνθήκες υπερήχων διαδικασία του συγκεκριμένου συστήματος χημικών αντιδράσεων.
Η γεννήτρια υπερήχων της Hielscher διαθέτει ένα έξυπνο λογισμικό με αυτόματο πρωτόκολλο δεδομένων. Όλες οι σημαντικές παράμετροι επεξεργασίας όπως η υπερηχητική ενέργεια, η θερμοκρασία, η πίεση και ο χρόνος αποθηκεύονται αυτόματα σε μια ενσωματωμένη κάρτα SD μόλις ενεργοποιηθεί η συσκευή.
Η παρακολούθηση της διαδικασίας και η καταγραφή δεδομένων είναι σημαντικές για τη συνεχή τυποποίηση της διαδικασίας και την ποιότητα των προϊόντων. Με την πρόσβαση στα αυτόματα καταγεγραμμένα δεδομένα διαδικασίας, μπορείτε να αναθεωρήσετε προηγούμενες εκτελέσεις υπερήχων και να αξιολογήσετε το αποτέλεσμα.
Ένα άλλο φιλικό προς το χρήστη χαρακτηριστικό είναι το τηλεχειριστήριο του προγράμματος περιήγησης των ψηφιακών συστημάτων υπερήχων μας. Μέσω απομακρυσμένου ελέγχου προγράμματος περιήγησης μπορείτε να ξεκινήσετε, να σταματήσετε, να ρυθμίσετε και να παρακολουθείτε τον υπερηχητικό επεξεργαστή σας από οπουδήποτε.
Επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για να μάθετε περισσότερα σχετικά με μας υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές μπορεί να βελτιώσει οργανική αντίδραση σύνθεσης σας, όπως αντιδράσεις Diels-Alder, αντιδράσεις Mannich ή προσθήκη Michael μεταξύ πολλών άλλων!

Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας: