واکنش های Diels-توسکا بهبود یافته از نظر سونوشیمیایی
واکنشهای Diels-Alder به طور گسترده ای برای سنتزهای شیمیایی استفاده می شود ، جایی که پیوندهای کربن-کربن اتمی باید تشکیل شود. امواج فراصوت و اثرات سونوشیمیایی آن در رانندگی و ترویج واکنش های Diels-Alder بسیار موثر است و در نتیجه بازده بالاتر، زمان واکنش قابل توجهی کاهش می یابد و در عین حال بخشی از شیمی سبز سازگار با محیط زیست است.
واکنش Diels-توسکا با سونوشیمیایی افزایش یافته برای شیمی سبز
واکنشهای Diels-Alder واکنشهای شیمیایی هستند که در آنها پیوندهایی بین اتم های کربن ایجاد می شود. واکنش Diels-Alder به عنوان یک سیکلوافزودنی مجاز حرارتی [4+2] طبقه بندی می شود [π4s + πH2Ss]. از آنجا که سنتز آلی به کمک سونوگرافی یک مسیر مصنوعی سبز و کارآمد است که باعث افزایش سرعت واکنش، بازده و انتخاب پذیری واکنش ها می شود، فراصوت یک تکنیک ساده و قابل اعتماد است که به طور گسترده ای در آزمایشگاه ها و تولید صنعتی استفاده می شود. اغلب، مسیر ترویج سونوشیمیایی تبدیل آلی را در شرایط محیطی تسهیل می کند که در غیر این صورت به شرایط شدید دما و فشار نیاز دارد، که به صرفه جویی در هزینه های انرژی کمک می کند و سنتز شیمیایی را به یک روش صرفه جویی تبدیل می کند.
مافوق صوت از نوع پروب مانند UP400St به طور گسترده ای برای تقویت و تسریع واکنش های آلی مانند واکنش Diels-Alder از طریق اثرات سونوشیمیایی استفاده می شود.
واکنش التراسونیک Diels-Alder با استفاده از حلال های یوتکتیک عمیق
حلال های یوتکتیک عمیق (DES) محلول هایی از اسیدها و بازهای لوئیس یا برونستد هستند که مخلوطی یوتکتیک را تشکیل می دهند. از آنجایی که حلال های یوتکتیک عمیق غیر قابل اشتعال هستند، دارای فشار بخار و سمیت کم هستند و اغلب از ترکیبات طبیعی ساخته می شوند، جایگزین حلال صرفه جویی کننده و سازگار با محیط زیست هستند. سونوگرافی و حلال های یوتکتیک عمیق شناخته شده به کار هم افزایی با هم و بنابراین برای سنتز شیمیایی و همچنین در استخراج مافوق صوت استفاده می شود. استفاده از حلال های یوتکتیک عمیق در واکنش های Diels-توسکا به صورت اولتراسونیک ترویج شده نیز مفید است. به عنوان مثال، فراصوت استفاده می شود برای ترویج واکنش Diels-توسکا با استفاده از N-ethylmaleimide به عنوان دینوفیل، تغییر ماهیت diene در حلال های یوتکتیک عمیق (DES) تحت هر دو گرمایش معمولی و فعال سازی مافوق صوت.
با استفاده از فعال سازی اولتراسونیک در ترکیب با حلال های یوتکتیک عمیق ثابت مفید ارائه بازده خوب در زمان واکنش به شدت کاهش می یابد.
واکنش Diels - توسکا را بهبود بخشیده است.
طرح اقتباس شده از مارولو و همکاران، 2020
رویه کلی واکنش Diels-Alder با استفاده از DES و Sonication
واکنش های Diels-توسکا با قرار دادن پروب اولتراسونیک (sonotrode / شاخ) در رگ واکنش انجام شد. با استفاده از یک پروب اولتراسونیک با نوک قطر 0.5 سانتی متر، توان خروجی اسمی 70 وات بود. واکنش ها در 40 درجه سانتی گراد با استفاده از حالت ضربه فراصوت با 5 ثانیه ON و 20 ثانیه چرخه OFF انجام شد. واکنش Diels-توسکا تشدید شده با التراسونیک در مدت زمان بسیار کوتاه تری نسبت به شرایط خاموش (به ترتیب 70 دقیقه و 24 ساعت برای واکنش های سونوشیمیایی و خاموش) عملکرد خوبی داد.
به منظور ارزیابی بازده انرژی واکنش Diels-Alder تشدید شده از نظر سونوشیمیایی، مصرف انرژی برای واکنش Silent و Diels-Alder ترویج شده توسط فراصوت مقایسه شد. محاسبات به ترتیب مصرف 35,094 کیلوژول بر گرم برای واکنش خاموش و 28.4 کیلوژول بر گرم برای واکنش به کمک اولتراسونیک (شاخ اولتراسونیک با توان خروجی 70 وات انرژی خالص) را نشان داد. این منجر به صرفه جویی 99 درصدی انرژی برای واکنش Diels-Alder با سونوشیمیایی می شود. همه این مشاهدات به شدت نشان می دهد که استفاده ترکیبی از حلال های یوتکتیک عمیق (DES) و تابش فراصوت یک روش کارآمد و صرفه جویی در انرژی برای فرآیندهای مصنوعی مهم مانند واکنش Diels-Alder است. (مارولو و همکاران، 2020)
اثر انواع حلال های یوتکتیک عمیق در ترکیب با فراصوت
بهترین نتایج برای واکنش Diels-توسکا التراسونیک ترویج به دست آمد, زمانی که حلال های یوتکتیک عمیق [ChCl]:[Fru] و [TBACl]:[EG] به عنوان حلال استفاده می شود. استفاده از [ChCl]:[Fru] و [TBACl]:[EG] به عنوان حلال ها باعث کاهش قابل توجهی در زمان واکنش و همچنین بهبود قابل توجهی در عملکرد (به ترتیب برای [TBACl]:[EG] 73٪ و 87٪ و برای [ChCl]:[Fru] 23 و 75٪ در شرایط خاموش و سونوشیمیایی) شد.
در برخی موارد، یعنی زمانی که [TBPCl]:[EG]، [ChCl]:[Gly]، و [AcChCl]:[EG] به عنوان حلال استفاده می شود، بازده قابل مقایسه با کسانی است که در شرایط خاموش به دست آمده است، اما میزان فرآیند شیمیایی هنوز هم به شدت با فراصوت بهبود یافته است.
فراصوت با فشار بخار کم و حلال های چسبناک مانند مایعات یونی (ILs) بسیار خوب کار می کند زیرا این شرایط تولید اثرات حفره ای inetnse را تسهیل می کند. از آنجا که حلال های یوتکتیک عمیق دارای خواص فیزیکی مشابه به مایعات یونی، آنها را می توان مناسب در رابطه با امواج فراصوت استفاده می شود. تعامل ترکیبی از حلال های یوتکتیک عمیق (DES) و فراصوت به طور قابل توجهی کاهش می یابد تقاضای انرژی از واکنش Diels-توسکا. کاهش سیگمی در زمان واکنش از 24 ساعت تا 70 دقیقه را می توان مشاهده کرد و در عین حال بازده بسیار خوبی را ارائه داد. با توجه به بهره وری فرآیند، این بدان معنی است که استفاده ترکیبی از حلال های یوتکتیک عمیق (DES) و فراصوت اجازه می دهد تا برای پردازش مقداری از مواد 10 برابر بالاتر از شرایط خاموش. (مارولو و همکاران، 2020)
واکنش التراسونیک Diels-Alder آلکن های Oxabicyclic
وی و همکاران (2004) نشان داد که امواج فراصوت ترویج واکنش Diels-توسکا از فوران های جایگزین با دینوفیل های واکنشی مانند دی متیل استیلندی کربوکسیلات (DMAD) و دی متیل مالات ارائه آلکن های اگزابیسیکلیک عامل دار در بازده خوب. واکنش اولتراسونیک ترویج فورانو regiospecific Diels-توسکا cycloadd فوران 2 وینیلیک با DMAD ارائه آلکن های اکسابیک عملکردی در عملکرد خوب.
واکنش های Cycloaddition بهبود یافته از نظر سونوشیمیایی
براوو و همکارانش (2006) مجموعه ای از سیکلوافزودنهای سونوشیمیایی را توصیف کردند که شامل سیکلوپنتادین یا 1،3-سیکلوهگزادین با کربونیل دینوفیل ها در یک مایع یونی مبتنی بر ایمیدازولیم به عنوان محیط واکنش است. آنها نشان دادند که امواج فراصوت به طور موثر بهبود این واکنش های cycloaddition و در نتیجه بازده بالاتر و / یا کاهش زمان واکنش در مقایسه با واکنش های خاموش مربوطه. به عنوان مثال، برای α،β- دینوفیل های اشباع نشده مانند متیل وینیل کتون یا آکرولاین اثرات فعال سازی اولتراسونیک آشکار است. مثلا, متیل وینیل کتون باعث می شود به افزایش 89٪ عملکرد در 1 ساعت از فراصوت خفیف, در حالی که واکنش خاموش فراهم تنها 52٪ در همان زمان واکنش.
مافوق صوت در هر اندازه برای واکنش های Diels-توسکا ترویج سونوشیمیایی
Hielscher مافوق صوت طراحی، تولید و توزیع هموژنایزرهای نوع پروب مافوق صوت با کارایی بالا و تجهیزات سونوشیمیایی برای ادغام به سیستم های شیمیایی مانند سنتز و واکنش های کاتالیز. مافوق صوت Hielscher در سراسر جهان به عنوان ابزار قابل اعتماد برای ترویج، تشدید، سرعت بخشیدن و بهبود واکنش های شیمیایی استفاده می شود.
شرکت Hielscher Ultrasonics
’ پردازنده های اولتراسونیک در هر اندازه از دستگاه های آزمایشگاهی کوچک گرفته تا پردازنده های صنعتی بزرگ برای کاربردهای دسته ای و شیمی جریان در دسترس هستند. تنظیم دقیق دامنه اولتراسونیک – مهمترین پارامتر برای کاربردهای سونوشیمیایی – اجازه می دهد تا برای کار اولتراسونیک Hielscher در دامنه های کم تا بسیار بالا و به تنظیم دقیق دامنه دقیقا به شرایط فرآیند مافوق صوت مورد نیاز از سیستم واکنش شیمیایی خاص.
ژنراتور مافوق صوت Hielscher از ویژگی های یک نرم افزار هوشمند با پروتکل داده های خودکار. تمام پارامترهای مهم پردازش مانند انرژی اولتراسونیک، دما، فشار و زمان به محض روشن شدن دستگاه به طور خودکار در یک کارت SD داخلی ذخیره می شوند.
نظارت بر فرآیند و ثبت داده ها برای استانداردسازی مداوم فرآیند و کیفیت محصول مهم است. با دسترسی به داده های فرآیند به طور خودکار ضبط شده، می توانید فراصوت قبلی را تجدید نظر کنید و نتیجه را ارزیابی کنید.
یکی دیگر از ویژگی های کاربر پسند، کنترل از راه دور مرورگر سیستم های اولتراسونیک دیجیتال ما است. از طریق کنترل مرورگر از راه دور می توانید پردازنده اولتراسونیک خود را از راه دور از هر کجا شروع، توقف، تنظیم و نظارت کنید.
با ما تماس بگیرید در حال حاضر برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد هموژنایزرهای اولتراسونیک با کارایی بالا ما می تواند واکنش سنتز آلی خود را مانند واکنش های Diels-توسکا ، واکنش های Mannich یا علاوه بر مایکل در میان بسیاری دیگر بهبود بخشد!
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 1 تا 500 میلی لیتر | 10 تا 200 میلی لیتر در دقیقه | UP100H |
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000hdT |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000 |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا برای مخلوط کردن برنامه های کاربردی، پراکندگی، امولسیون و استخراج در آزمایشگاه، خلبان و مقیاس صنعتی.
ادبیات / منابع
- Salvatore Marullo, Alessandro Meli, Francesca D’Anna (2020): A Joint Action of Deep Eutectic Solvents and Ultrasound to Promote Diels-Alder Reaction in a Sustainable Way. ACS Sustainable Chem. Eng. 8, 2020. 4889-4899.
- Wei K, Gao H, Li WZ. (2004): Facile Synthesis of Oxabicyclic Alkenes by Ultrasonication-Promoted Diels-Alder Cycloaddition of Furano Dienes. Journal of Organic Chemistry 69(17), 2004. 5763-5765.
- Bravo, José; Lopez, Ignacio; Cintas, Pedro; Silvero, Guadalupe; Arévalo, María (2006): Sonochemical cycloadditions in ionic liquids. Lessons from model cases involving common dienes and carbonyl dienophiles. Ultrasonics Sonochemistry 13, 2006.. 408-414.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Suslick, Kenneth S.; Didenko, Yuri ; Fang, Ming M.; Hyeon, Taeghwan; Kolbeck, Kenneth J.; McNamara, William B.; Mdleleni, Millan M.; Wong, Mike (1999): Acoustic cavitation and its chemical consequences. In: Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences Vol. 357, No. 1751, 1999. 335-353.
حقایقی که ارزش دانستن دارند
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا از ازمایشگاه ها تا اندازه صنعتی.