واکنش های دیلز-آلدر بهبود یافته سونوشیمیایی
واکنش های دیلز-آلدر به طور گسترده ای برای سنتز های شیمیایی استفاده می شوند، جایی که پیوندهای کربن-کربن اتمی باید تشکیل شوند. امواج فراصوت و اثرات سونوشیمیایی آن بسیار موثر در رانندگی و ترویج واکنش های دیلز آلدر و در نتیجه بازده بالاتر، به طور قابل توجهی کاهش زمان واکنش و در عین حال بخشی از شیمی سبز سازگار با محیط زیست است.
سونوشیمیایی افزایش واکنش دیلز آلدر برای شیمی سبز
واکنش های دیلز-آلدر واکنش های شیمیایی هستند که در آن پیوندهای بین اتم های کربن تشکیل می شوند. واکنش دیلز-آلدر به عنوان یک سیکللودیت مجاز حرارتی [۴+۲] طبقه بندی می شود [π4بازدید کنندگان + πH2Sبازدید کنندگان]. از آنجا که سنتز آلی به کمک سونوگرافی یک مسیر مصنوعی سبز و کارآمد است، که نرخ واکنش، بازده، و انتخاب واکنش ها را افزایش می دهد، 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 sonochemically تسهیل تحول آلی در شرایط محیط است که در غیر این صورت نیاز به شرایط شدید دما و فشار، که کمک می کند تا برای صرفه جویی در هزینه های انرژی و تبدیل سنتز شیمیایی به یک روش محافظ.
مافوق صوت نوع کاوشگر مانند UP400St به طور گسترده ای برای enahnce و سرعت بخشیدن به واکنش های آلی مانند واکنش Diels-Alder از طریق اثرات سونوشیمیایی استفاده می شود.
واکنش دیلز آلدر مافوق صوت با استفاده از حلال های یوتکتیک عمیق
حلال های عمیق یوتکتیک (DES) محلول هایی از اسیدها و بازهای لوئیس یا برنستد هستند که مخلوط یوتکتیک را تشکیل می دهند. از آنجا که حلال های عمیق یوتکتیک غیر قابل اشتعال هستند، دارای فشارها و سمیت بخار پایین هستند، و اغلب از ترکیبات طبیعی ساخته می شوند، آنها یک محافظ، جایگزین حلال سازگار با محیط زیست تر هستند. امواج فراصوت و حلال های عمیق eutectic شناخته شده به کار هم افزایی با هم و در نتیجه برای سنتز شیمیایی و همچنین در استخراج مافوق صوت استفاده می شود. استفاده از حلال های عمیق eutectic مفید است در واکنش های دیلز آلدر مافوق صوت ترویج, بیش از حد. به عنوان مثال، فراصوت استفاده می شود برای ترویج واکنش دیلز آلدر با استفاده از N-ethylmaleimide به عنوان dienophile، تغییر ماهیت diene در حلال های یوتکتیک عمیق (DES) تحت هر دو گرمایش معمولی و فعال سازی مافوق صوت.
با استفاده از فعال سازی مافوق صوت در ترکیب با حلال های یوتکتیک عمیق ثابت مفید ارائه بازده خوب در زمان واکنش به شدت کاهش یافته است.
Ultrasonically بهبود واکنش Diels−Alder.
scheme adapted from Marullo et al., 2020
روش کلی واکنش دیلز-آلدر با استفاده از DES و فراصوت
واکنش های دیلز-آلدر با ترویج مافوق صوت با قرار دادن کاوشگر مافوق صوت (sonotrode / شاخ) در رگ واکنش انجام شد. با استفاده از یک کاوشگر مافوق صوت با نوک قطر 0.5 سانتی متر، قدرت خروجی اسمی 70 W. واکنش در 40 درجه سانتی گراد با استفاده از حالت ورودی فراصوت با 5 ثانیه ON و 20 ثانیه خاموش چرخه انجام شد. واکنش دیلز-آلدر که به صورت مافوق صوت تشدید شده بود، بازده خوبی در زمان بسیار کوتاه تری نسبت به شرایط خاموش (به ترتیب ۷۰ دقیقه و ۲۴ ساعت برای واکنش های سونوشیمیایی و خاموش) داد.
به منظور ارزیابی کارایی انرژی واکنش دیلز-آلدر با تشدید سونوشیمیایی، مصرف انرژی برای خاموش و واکنش دیلز-آلدر با ترویج مافوق صوت مقایسه شد. محاسبات داد مصرف 35،094 kJ / گرم برای واکنش خاموش و 28.4 کیلو جی / گرم برای واکنش مافوق صوت کمک (شاخ مافوق صوت با قدرت خروجی 70 W انرژی خالص) ، به ترتیب. این نتیجه در 99٪ از انرژی ذخیره شده برای واکنش دیلز آلدر سونوشیمیایی محور. تمام این مشاهدات به شدت نشان می دهد که استفاده ترکیبی از حلال های یوتکتیک عمیق (DES) و تابش فراصوت یک متدولوژی کارآمد و صرفه جویی در انرژی برای فرایندهای مصنوعی مهم مانند واکنش دیلز آلدر است. (Marullo et al., 2020)
اثر حلال های مختلف یوتکتیک عمیق در ترکیب با فراصوت
بهترین نتایج برای واکنش دیلز آلدر با ترویج مافوق صوت به دست آمد، زمانی که حلال های یوتکتیک عمیق [ChCl]:[Fru] و [TBACl]:[EG] به عنوان حلال استفاده می شود. با استفاده از [ChCl]:[Fru] و [TBACl]:[EG] به عنوان حلال کاهش قابل توجهی در زمان واکنش و همچنین بهبود قابل توجهی در عملکرد (برای [TBACl]:[EG] 73٪ و 87٪، و برای [ChCl]:[Fru] 23 و 75٪ در شرایط خاموش و سونوشیمیایی است.
در برخی موارد، یعنی زمانی که [TBPCl]:[EG]، [ChCl]:[Gly]، و [AcChCl]:[EG] به عنوان حلال مورد استفاده قرار می گیرند، بازده قابل مقایسه با عملکردهای به دست آمده در شرایط خاموش است، اما میزان فرایند شیمیایی هنوز با فراصوت به شدت بهبود می یابد.
فراصوت به خوبی با فشار بخار پایین و حلال های لزجی مانند مایعات یونی (ILs) کار می کند از آنجا که این شرایط تسهیل تولید اثرات حفره ذاتی بیشتر. از آنجا که حلال های عمیق یوتکتیک دارای خواص فیزیکی مشابه به مایعات یونی, آنها را می توان مناسب در رابطه با امواج فراصوت استفاده می شود. تداخل ترکیبی حلال های عمیق یوتکتیک (DES) و فراصوت به طور قابل توجهی تقاضای پرانرژی واکنش دیلز-آلدر را کاهش می دهد. کاهش Sigmificant در زمان واکنش از 24 ساعت به 70 دقیقه را می توان مشاهده کرد در حالی که استطاعت بازده بسیار خوب است. در رابطه با کارایی فرایند، این بدان معنی است که استفاده ترکیبی از حلال های یوتکتیک عمیق (DES) و فراصوت اجازه می دهد تا به پردازش مقدار مواد 10 برابر بالاتر از تحت شرایط خاموش. (Marullo et al., 2020)
واکنش دیلز آلدر مافوق صوت آلکن های Oxabicyclic
وی و همکاران (2004) نشان داد که فراصوت ترویج واکنش دیلز آلدر از فوران جایگزین با دینوفیل واکنشی مانند دی متیل استیلن دی آربوکسیلات (DMAD) و دی متیل مالات استطاعت آلکن های اکسابی سیکلیک عملکردی در عملکرد خوب است. واکنش مافوق صوت ترویج regiospecific furano Diels - آلدر cycloaddition از فوران 2 - vinylic با DMAD مبله تابعی آلکن oxabicyclic در عملکرد خوب است.
سونوشیمیایی بهبود واکنش های Cycloaddition
براوو و همکارانش (۲۰۰۶) مجموعه ای از سیکللودیت های سونوشیمیایی را توصیف کردند که شامل سیکلوپنتادین یا ۱٬۳-سیکلوهکسان با کربنیل دی نوفیل ها در یک مایع یونی مبتنی بر ایمیدازولیوم به عنوان محیط واکنش بود. آنها نشان داد که امواج فراصوت می کند به طور موثر بهبود این واکنش های cycloaddition و در نتیجه بازده بالاتر و / یا کاهش زمان واکنش زمانی که با واکنش های خاموش مربوطه مقایسه. به عنوان مثال، برای α،β- دینوفیل های اشباع نشده مانند متیل وینیل کتون یا آکرولین اثرات فعال سازی مافوق صوت آشکار است. به عنوان مثال، متیل وینیل کتون می دهد افزایش به 89٪ عملکرد در عرض 1 ساعت از فراصوت خفیف, در حالی که واکنش خاموش استطاعت تنها 52٪ در همان زمان واکنش.
سونوگرافی در هر اندازه برای واکنش های Sonochemically ترویج Diels آلدر
Hielscher Ultrasonics طراحی، تولید و توزیع با عملکرد بالا پروب مافوق صوت نوع هموژنیزرها و تجهیزات سونوشیمیایی برای ادغام به سیستم های شیمیایی مانند سنتز و واکنش کاتالیزور. سونوگرافی 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 مافوق صوت در هر اندازه از دستگاه های آزمایشگاه کوچک به پردازنده های بزرگ صنعتی برای برنامه های کاربردی شیمی دسته ای و جریان در دسترس هستند. تنظیم دقیق دامنه مافوق صوت – مهم ترین پارامتر برای کاربردهای سونوشیمیایی – اجازه می دهد تا به کار Hielscher ultrasonicators در دامنه های کم به بسیار بالا و به ریز لحن دامنه دقیقا به شرایط فرایند مافوق صوت مورد نیاز از سیستم واکنش شیمیایی خاص.
ژنراتور مافوق صوت Hielscher ویژگی یک نرم افزار هوشمند با پروتکل داده های خودکار. تمام پارامترهای پردازش مهم مانند انرژی مافوق صوت، دما، فشار و زمان به طور خودکار بر روی یک کارت SD ساخته شده به محض روشن شدن دستگاه ذخیره می شود.
نظارت بر فرایند و ثبت داده ها برای استانداردسازی مداوم فرایند و کیفیت محصول مهم است. با دسترسی به داده های فرایند ثبت شده به طور خودکار، می توانید در اجراهای فراصوت قبلی تجدید نظر کنید و نتیجه را ارزیابی کنید.
یکی دیگر از ویژگی های کاربر پسند کنترل مرورگر از راه دور از سیستم های مافوق صوت دیجیتال ما است. از طریق کنترل مرورگر از راه دور شما می توانید شروع، توقف، تنظیم و نظارت بر پردازنده مافوق صوت خود را از راه دور از هر نقطه.
تماس با ما در حال حاضر برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد هموژنیزرهای مافوق صوت با عملکرد بالا ما می تواند واکنش سنتز آلی خود را مانند واکنش های Diels آلدر، واکنش مانیچ و یا علاوه بر مایکل در میان بسیاری دیگر را بهبود بخشد!
جدول زیر به شما می دهد که نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی ultrasonicators ما:
| دسته ای دوره | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 1 تا 500ML | 10 تا پوست 200ml / دقیقه | UP100H |
| 10 به 2000mL | 20 تا 400ML / دقیقه | UP200Ht، UP400St |
| 00.1 به 20L | 00.2 به 4L / دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L / دقیقه | UIP4000hdT |
| خب | 10 تا 100L / min و | UIP16000 |
| خب | بزرگتر | خوشه UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
Hielscher مافوق صوت تولید هموژنایزر مافوق صوت با عملکرد بالا برای مخلوط کردن برنامه های کاربردی، پراکنده، تقلید و استخراج در آزمایشگاه، خلبان و مقیاس صنعتی است.
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.
آمار ارزشمند دانستن
Hielscher Ultrasonics تولید هموژنیزرهای مافوق صوت با کارایی بالا از ازمایشگاه ها تا اندازه صنعتی.