Sonokeemiliselt paranenud Diels-Alderi reaktsioonid

Diels-Alderi reaktsioone kasutatakse laialdaselt keemilistes sünteesides, kus tuleb moodustada aatomi süsinik-süsinik sidemeid. Ultraheli ja selle sonokeemilised mõjud on väga tõhusad Diels-Alderi reaktsioonide juhtimisel ja edendamisel, mille tulemuseks on suurem saagikus, oluliselt vähenenud reaktsiooniaeg ja samal ajal osa keskkonnasõbralikust rohelisest keemiast.

Sonokeemiliselt täiustatud Diels-Alderi reaktsioon rohelise keemia jaoks

Diels-Alderi reaktsioonid on keemilised reaktsioonid, milles moodustuvad süsinikuaatomite vahelised sidemed. Diels-Alderi reaktsioon klassifitseeritakse termiliselt lubatud [4+2] tsükloaddiooniks [_π4_s + _π2_s]. Kuna ultraheli abil orgaaniline süntees on roheline ja tõhus sünteetiline tee, mis suurendab reaktsioonikiirust, saagikust ja reaktsioonide selektiivsust, on ultrahelitöötlus lihtne ja usaldusväärne tehnika, mida kasutatakse laialdaselt laborites ja tööstuslikus tootmises. Sageli hõlbustab sonokeemiliselt propageeritud tee orgaanilist muundamist ümbritsevates tingimustes, mis muidu nõuavad drastilisi temperatuuri ja rõhu tingimusi, mis aitab säästa energiakulusid ja muudab keemilise sünteesi säästmisprotseduuriks.

Ultraheli Diels-Alderi reaktsioon, kasutades sügavaid eutektilisi lahusteid

Sügavad eutektilised lahustid (DES) on Lewise või Brønstedi hapete ja aluste lahused, mis moodustavad eutektilise segu. Kuna sügavad eutektilised lahustid on mittesüttivad, madala aururõhu ja toksilisusega ning on sageli valmistatud looduslikest ühenditest, on need säästlikum ja keskkonnasõbralikum lahusti alternatiiv. Ultraheli ja sügavad eutektilised lahustid töötavad teadaolevalt sünergiliselt koos ja seetõttu kasutatakse neid nii keemiliseks sünteesiks kui ka ultraheli ekstraheerimiseks. Sügavate eutektiliste lahustite kasutamine on kasulik ka ultraheli edendatud Diels-Alderi reaktsioonides. Näiteks kasutatakse ultrahelitöötlust Diels-Alderi reaktsiooni edendamiseks, kasutades N-etüülmaleimiidi dienofiilina, muutes dieeni olemust sügavates eutektilistes lahustites (DES) nii tavapärase kuumutamise kui ka ultraheli aktiveerimise korral.
Ultraheli aktiveerimise kasutamine koos sügavate eutektiliste lahustitega osutus kasulikuks, pakkudes head saagikust drastiliselt vähendatud reaktsiooniaegadel.

Ultraheli täiustatud Diels-Alderi reaktsioon.
kava kohandatud väljaandest Marullo et al., 2020

Diels-Alderi reaktsiooni üldine protseduur, kasutades DES-i ja ultrahelitöötlust

Ultraheli edendatud Diels-Alderi reaktsioonid viidi läbi, sisestades ultraheli sondi (sonotrode / sarv) reaktsioonianumasse. Kasutades ultraheli sondi, mille läbimõõt on 0,5 cm, oli nominaalne väljundvõimsus 70 W. Reaktsioonid viidi läbi 40 ° C juures, rakendades ultrahelitöötluse inpulse režiimi 5 sek ON ja 20 sek OFF tsüklitega. Ultraheli intensiivistunud Diels-Alderi reaktsioon andis hea saagikuse palju lühema aja jooksul kui vaiksetes tingimustes (vastavalt 70 min ja 24 h sonokeemiliste ja vaiksete reaktsioonide puhul).
Sonokeemiliselt intensiivistunud Diels-Alderi reaktsiooni energiatõhususe hindamiseks võrreldi vaikse ja ultraheliga edendatud Diels-Alderi reaktsiooni energiatarbimist. Arvutused andsid vaikse reaktsiooni tarbimiseks 35 094 kJ / g ja ultraheli abil toimuva reaktsiooni jaoks 28,4 kJ / g (ultraheli sarv väljundvõimsusega 70 W netoenergia). Selle tulemuseks on 99% energiast, mis on säästetud sonokeemiliselt juhitud Diels-Alderi reaktsiooni jaoks. Kõik need tähelepanekud viitavad tugevalt sellele, et sügavate eutektiliste lahustite (DES) ja ultraheli kiirituse kombineeritud kasutamine on tõhus ja energiasäästlik metoodika oluliste sünteetiliste protsesside, näiteks Diels-Alderi reaktsiooni jaoks. (Marullo et al., 2020)

Erinevate sügavate eutektiliste lahustite mõju koos ultrahelitöötlusega

Parimad tulemused ultraheliga edendatud Diels-Alderi reaktsiooni jaoks saavutati, kui lahustitena kasutatakse sügavaid eutektilisi lahusteid [ChCl]:[Fru] ja [TBACl]:[EG]. [ChCl]:[Fru] ja [TBACl]:[EG] kasutamine lahustitena vähendas märkimisväärselt reaktsiooniaega ja parandas märkimisväärselt saagist ([TBACl]:[EG] 73% ja 87% ning [ChCl]:[Fru] 23 ja 75% vastavalt vaiksetes ja sonokeemilistes tingimustes).
Mõnel juhul, nimelt kui [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly] ja [AcChCl]:[EG] kasutatakse lahustitena, on saagised võrreldavad vaiksetes tingimustes saadud saagistega, kuid keemilise protsessi kiirus paraneb ultrahelitöötlusega siiski drastiliselt.
Sonikatsioon toimib väga hästi madala aururõhu ja viskoossete lahustitega, nagu ioonsed vedelikud (IL), kuna need tingimused hõlbustavad rohkem inetnse kavitatsiooniefektide teket. Kuna sügavatel eutektilistel lahustitel on ioonsete vedelikega sarnased füüsikalised omadused, saab neid sobivalt kasutada koos ultraheliga. Sügavate eutektiliste lahustite (DES) ja ultrahelitöötluse kombineeritud koosmõju vähendab oluliselt Diels-Alderi reaktsiooni energeetilist nõudlust. Reaktsiooniaja vähenemist 24 tunnilt 70 minutile võib täheldada, pakkudes samal ajal väga head saagist. Protsessi efektiivsuse osas tähendab see, et sügavate eutektiliste lahustite (DES) ja ultraheli kombineeritud kasutamine võimaldab töödelda 10 korda suuremat kogust materjale kui vaiksetes tingimustes. (Marullo et al., 2020)

Oksabitsükliliste alkeenide ultraheli Diels-Alder reaktsioon

Wei ja kolleegid (2004) näitasid, et ultraheliuuring soodustas Diels-Alderi reaktsiooni asendatud furaanidega reaktiivsete dienofiilidega, nagu dimetüülatsetüleendikarboksülaat (DMAD) ja dimetüülmaleaat, mis andis funktsionaliseeritud oksabitsüklilised alkeenid hea saagikuse. Regiospecific furano Diels-Alderi ultraheliga edendatud reaktsioon 2-vinüülfuraanide tsükloadditsioon DMAD-ga andis funktsionaliseeritud oksabitsüklilised alkeenid hea saagisega.

Sonokeemiliselt täiustatud tsükloadditsioonireaktsioonid

Bravo ja kolleegid (2006) kirjeldasid sonokeemiliste tsükloadditsioonide seeriat, mis hõlmasid reaktsioonikeskkonnana kas tsüklopentadieeni või 1,3-tsükloheksadieeni koos karbonüüldienofiilidega imidasooliumil põhinevas ioonses vedelikus. Nad näitasid, et ultraheliuuring parandab tõhusalt neid tsükloadditsioonireaktsioone, mille tulemuseks on suurem saagikus ja / või vähenenud reaktsiooniaeg võrreldes vastavate vaiksete reaktsioonidega. Näiteks lihtsate α,β- küllastumata dienofiilide, nagu metüülvinüülketoon või akroleiin, puhul on ultraheli aktiveerimise mõju ilmne. Näiteks põhjustab metüülvinüülketoon 89% saagist 1 tunni jooksul pärast kerget ultrahelitöötlust, samas kui vaikne reaktsioon andis sama reaktsiooniaja jooksul ainult 52%.

Ultrasonikaatorid mis tahes suuruses sonokeemiliselt edendatud Diels-Lepa reaktsioonide jaoks

Hielscher Ultrasonics projekteerib, toodab ja levitab suure jõudlusega ultraheli sondi tüüpi homogenisaatoreid ja sonokeemilisi seadmeid integreerimiseks keemilistesse süsteemidesse, nagu sünteesi- ja katalüüsireaktsioonid. Hielscheri ultrasonikaatoreid kasutatakse kogu maailmas usaldusväärse vahendina keemiliste reaktsioonide edendamiseks, intensiivistamiseks, kiirendamiseks ja parandamiseks.
Hielscher Ultrasonics’ Ultraheli protsessorid on saadaval igas suuruses alates väikestest laboriseadmetest kuni suurte tööstuslike protsessoriteni partii- ja voolukeemia rakenduste jaoks. Ultraheli amplituudi täpne reguleerimine – Sonokeemiliste rakenduste kõige olulisem parameeter – võimaldab kasutada Hielscheri ultrasonikaatoreid madalatel kuni väga kõrgetel amplituudidel ja täpsustada amplituudi täpselt konkreetse keemilise reaktsioonisüsteemi nõutavate ultraheli protsessi tingimustele.
Hielscheri ultraheli generaatoril on nutikas tarkvara, millel on automaatne andmete protokollimine. Kõik olulised töötlemisparameetrid, nagu ultraheli energia, temperatuur, rõhk ja aeg, salvestatakse automaatselt sisseehitatud SD-kaardile niipea, kui seade on sisse lülitatud.
Protsesside jälgimine ja andmete salvestamine on olulised protsesside pideva standardimise ja toote kvaliteedi jaoks. Automaatselt salvestatud protsessiandmetele juurde pääsedes saate vaadata varasemaid ultrahelitöötluse käike ja hinnata tulemust.
Teine kasutajasõbralik funktsioon on meie digitaalsete ultraheli süsteemide brauseri kaugjuhtimispult. Brauseri kaugjuhtimispuldi kaudu saate oma ultraheli protsessorit käivitada, peatada, reguleerida ja jälgida eemalt kõikjalt.
Võtke meiega kohe ühendust, et saada lisateavet meie suure jõudlusega ultraheli homogenisaatorite kohta, mis võivad parandada teie orgaanilist sünteesireaktsiooni, näiteks Diels-Alderi reaktsioone, Mannichi reaktsioone või Michaeli lisamist paljude teiste seas!

Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest: