التراسونیک ناشی و فاز پیشرفته تجزیه انتقال

سونوگرافی با قدرت بالا است که به خوبی شناخته شده برای سهم خود را به واکنش های شیمیایی مختلف. این به اصطلاح آوا شیمی. واکنش ناهمگن - و به خصوص واکنشهای انتقال فاز - زمینه نرم افزار بسیار بالقوه برای سونوگرافی قدرت. با توجه به انرژی مکانیکی و sonochemical اعمال شده به معرف، واکنش می تواند از آغاز، سرعت واکنش را می توان به طور قابل توجهی افزایش یافته است، و همچنین نرخ تبدیل بالاتر، بازده بالاتر، و محصولات بهتر می تواند به دست آورد. مقیاس پذیری خطی از اولتراسوند و در دسترس بودن مافوق صوت قابل اعتماد . تجهیزات این روش یک راه حل جالب برای تولید مواد شیمیایی.

Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

التراسونیک شیشه ای جریان همراه

تجزیه انتقال فاز

کاتالیزوری انتقال فاز (PTC) یک فرم خاص کاتالیز ناهمگن است و به عنوان یک روش عملی برای سنتز آلی شناخته شده است. با استفاده از یک کاتالیزور انتقال فاز، می توان واکنش دهنده های یونی را حل کرد، که اغلب در فاز آبی حل می شود اما در یک فاز آلی قابل حل نیست. این بدان معنی است که PTC یک راه حل جایگزین برای غلبه بر مشکل ناهمگونی در یک واکنش است که در آن تعامل بین دو ماده در فازهای مختلف مخلوط به علت عدم توانایی واکنش دهنده ها به هم می خورد. (Esen و همکاران، 2010) مزایای عمومی کاتالیز انتقال فاز، تلاش های کمی برای آماده سازی، روش های تجربی ساده، شرایط واکنش خفیف، سرعت واکنش بالا، selectivities بالا و استفاده از واکنش های ارزان قیمت و محیط زیست مطلوب، مانند آمونیوم کواترنری نمک ها و حلال ها و امکان انجام تهیه مقیاس بزرگ (Ooi et al 2007).
انواع واکنش های مایع مایع و مایع جامد اند، تشدید شده است و انتخابی با استفاده از ساده فاز انتقال (PT) کاتالیست مانند quats، پلی اتیلن گلیکول 400، و غیره، که اجازه می دهد گونه های یونی از فاز آبی به عبور می شود ساخته شده فاز آلی. بنابراین، مشکلات مرتبط با حلالیت بسیار کم از واکنش دهنده آلی در فاز آبی را می توان غلبه بر. در آفت کش ها و صنایع دارویی، PTC گسترده است استفاده می شود و اصول کسب و کار تغییر کرده است. (شارما 2002)

سونوگرافی قدرت

استفاده از امواج فراصوت یک ابزار به خوبی شناخته شده برای ایجاد بسیار خوب است امولسیون. در شیمی مانند امولسیون اندازه خوب بسیار استفاده می شود به منظور افزایش واکنش های شیمیایی. این بدان معنی است که سطح تماس سطحی بین دو یا غیر قابل امتزاج بیشتر مایعات به طور چشمگیری بزرگ میشود و در نتیجه فراهم می کند البته بهتر، کامل تر و / یا سریعتر از واکنش.
برای تجزیه انتقال فاز – همان است که برای دیگر واکنش های شیمیایی - به اندازه کافی انرژی جنبشی مورد نیاز برای شروع واکنش.
این دارای اثرات مثبت های مختلف در مورد واکنش شیمیایی:

یک واکنش شیمیایی که به طور معمول به دلیل انرژی جنبشی کم آن را به رخ نمی دهد می توانید آغاز شده توسط امواج فراصوت.
واکنش های شیمیایی را می توان با التراسونیک کمک PTC شتاب.
اجتناب کامل از کاتالیزور انتقال فاز.
مواد اولیه می تواند کارآمد تر استفاده می شود.
سیرابی می توان کاهش داد.
تعویض پایه قوی خطرناک هزینه فشرده با پایه معدنی ارزان است.

توسط این اثرات، PTC یک روش شیمیایی ارزشمند برای سنتز آلی از دو و غیر قابل امتزاج بیشتر رجنتس است: انتقال فاز تجزیه (PTC) قادر به استفاده از مواد اولیه فرایندهای شیمیایی موثر تر و برای تولید بیشتر مقرون به صرفه. افزایش واکنش های شیمیایی توسط PTC یک ابزار مهم برای تولید مواد شیمیایی است که می تواند با استفاده از سونوگرافی بهبود یافته به طور چشمگیری است.

کاویتاسیون در مایع

نمونه هایی برای واکنش های PTC التراسونیک ترویج

سنتز N جدید - (4،6-آمونیوم-پیریمیدین-2-ایل) -N- (5-آریل-2-furoyl) مشتقات طهر با استفاده از PEG-400 تحت امواج فراصوت. (کن و همکاران، 2005).
سنتز التراسونیک کمک ماندلیک اسید های PTC در مایع یونی افزایش قابل توجهی در بازده واکنش تحت شرایط محیط را نشان می دهد. (هوآ و همکاران 2011)
کوبو و همکاران (2008) گزارش التراسونیک کمک C-الکیل دار phenylacetonitrile در یک محیط عاری از حلال. اثر اولتراسوند برای ترویج واکنش به این منطقه سطحی بسیار بزرگ بین دو فاز مایع نسبت داده شد. امواج فراصوت نتایج در یک سرعت واکنش بسیار سریع تر از اختلاط مکانیکی.
روش فراصوت در طول واکنش تتراکلرید کربن با منیزیم برای تولید نتایج dichlorocarbene در عملکرد بالاتر از گوهر dichlorocyclopropane در حضور الفین. (لین و همکاران. 2003)
سونوگرافی فراهم می کند شتاب از واکنش کانیزارو از پ-chlorobenzaldehyde تحت شرایط انتقال فاز. سه کاتالیزور انتقال فاز – benzyltriethylammonium کلرید (TEBA)، Aliquat و 18-تاج-6 - که توسط Polácková و همکاران آزمایش شده است. (1996) TEBA می شود موثر ترین پیدا شد. Ferrocenecarbaldehyde و پ-dimethylaminobenzaldehyde داد، تحت شرایط مشابه، 1،5-diaryl-1،4-pentadien-3-آنهایی که به عنوان محصول اصلی.
لین-شیائو و همکاران (1987) نشان داده اند که ترکیبی از امواج فراصوت و PTC ترویج موثر نسل dichlorocarbene از کلروفرم در زمانی کوتاه تر با عملکرد بهتر و به مقدار کمتر از کاتالیزور.
یانگ و همکاران (2012) سبز، سنتز التراسونیک به کمک از بنزیل 4-hydroxybenzoate با استفاده از 4،4'-بیس (tributylammoniomethyl) -1،1'-فنیل دی را بررسی کرده اند (QCl_H2S) به عنوان کاتالیزور. با استفاده از QCl_H2S، آنها یک دو سایت فاز انتقال تجزیه رمان را توسعه داده اند. این جامد و مایع تجزیه فاز انتقال (SLPTC) شده است به عنوان فرآیند گروهی با امواج فراصوت انجام شده است. تحت فراصوت شدید، 33٪ از Q2 اضافه شده + حاوی 45.2٪ از Q (PH (OH) COO)_H2S به فاز آلی منتقل شده به واکنش نشان می دهند با بنزیل برمید، از این رو سرعت واکنش کلی افزایش یافته بود. این سرعت واکنش بهبود یافته 0.106 دقیقه گرفته شد^-1 تحت 300W از امواج فراصوت، در حالی که بدون اعمال فراصوت نرخ 0.0563 دقیقه^-1 مشاهده شد. بدین ترتیب، اثر هم افزایی دو سایت کاتالیزور فاز انتقال با اولتراسوند در تجزیه انتقال فاز نشان داده شده است.

The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

تصویر 1: UP200Ht همگن 200 وات قدرتمند مافوق صوت است

افزایش التراسونیک نامتقارن فاز واکنش انتقال

با هدف ایجاد یک روش عملی برای سنتز نامتقارن از اسیدهای آمینه یک و مشتقات آنها Maruoka و اویی (2007) مورد بررسی قرار "آیا از واکنش نمک N-اسپیرو چهارتایی آمونیوم کایرال می تواند افزایش یافته و ساختار آنها ساده است. از آنجا که از امواج فراصوت تولید یکسان سازی، است که، بسیار خوب امولسیون، تا حد زیادی این منطقه سطحی که بیش از واکنش می تواند رخ دهد، که می تواند شتاب نرخ قابل توجهی در واکنش های فاز انتقال مایع مایع ارائه افزایش می دهد. در واقع، فراصوت از مخلوط واکنش 2، متیل یدید، و (S، S) زیرواحد -naphtyl (1 مول درصد) در تولوئن / 50٪ KOH آبی در 0 degC به مدت 1 ساعت افزایش به کالا الکیل دار مربوطه در 63٪ داد عملکرد با 88٪ EE؛ عملکرد شیمیایی و enantioselectivity مقایسه با کسانی که از یک واکنش توسط همزدن ساده از مخلوط به مدت هشت ساعت (0 degC، 64٪، 90٪ EE) انجام شد ". (Maruoka و همکاران 2007؛ ص 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

طرح 1: امواج فراصوت در طول سنتز نامتقارن از اسیدهای آمینه α-[Maruoka و همکاران افزایش سرعت واکنش. 2007]

یکی دیگر از نوع واکنش یک تجزیه نامتقارن واکنش مایکل است. مایکل علاوه بر این از دی اتیل N-acetyl-aminomalonate به کالکون مثبت توسط امواج فراصوت که منجر به افزایش 12٪ از عملکرد (از 72٪ به دست آمده در طول واکنش سکوت تا 82٪ تحت امواج فراصوت) را تحت تاثیر قرار. زمان واکنش شش برابر سریعتر تحت امواج فراصوت در مقایسه با واکنش بدون سونوگرافی است. بیش از حد enantiomeric (EE) تغییر نکرده است و برای هر دو واکنش بود - با و بدون سونوگرافی - در 40٪ EE. (میرزا-آقایان و همکاران، 1995).
لی و همکاران (2003) نشان داد که واکنش مایکل از chalcones عنوان acceptors با ترکیبات مختلف متیلن فعال مانند دیاتیل مالونات، نیترومتان، سیکلوهگزانون، اتیل استواستات و اکاک به عنوان اهداکنندگان توسط KF / نتایج آلومینا اساسی در ترکیب های در عملکرد بالا در مدت زمان کوتاه تر تحت سونوگرافی کاتالیز تابش. در مطالعه دیگری، لی و همکاران (2002) موفق سنتز التراسونیک کمک از chalcones کاتالیست KF-آل نشان داده اند_H2Sاميد₃.
این واکنش PTC بالا نشان می دهد تنها یک محدوده کوچک از پتانسیل ها و امکانات از امواج فراصوت.
تست و ارزیابی از اولتراسوند در مورد پیشرفت ممکن است در PTC بسیار ساده است. دستگاه های آزمایشگاه سونوگرافی مانند Hielscher UP200Ht (200 وات) و سیستم های رومیزی همراه مانند Hielscher UIP1000hd (1000 وات) اجازه می دهد اولین محاکمه. (تصویر 1 و 2 را ببینید)

التراسونیک بهبود نامتقارن مایکل (برای بزرگنمایی کلیک کنید!)

طرح 2: التراسونیک کمک نامتقارن مایکل علاوه بر این از دی اتیل N استیل aminomalonate به کالکون [توروک و همکاران 2001]

تولید کارآمد رقابت در بازار مواد شیمیایی

با استفاده از اولتراسونیک تجزیه انتقال فاز شما سود حاصل از یک یا چند مزیت های مختلف سودمند:

مقدار دهی اولیه از واکنش هایی که در غیر این صورت امکان پذیر نیست
افزایش عملکرد
کاهش از گران قیمت، بی آب، حلال aprotic
کاهش زمان واکنش
دمای واکنش پایین
آماده سازی ساده شده
استفاده از آبی فلز قلیایی به جای alkoxides فلز قلیایی سدیم آمید، هیدرید سدیم یا سدیم فلزی
استفاده از مواد اولیه ارزان تر، به خصوص اکسیدان
تغییر مکان از انتخاب
تغییر نسبت کالا (به عنوان مثال O- / C-الکیل دار)
انزوای ساده و تصفیه
افزایش عملکرد با سرکوب واکنش های جانبی
ساده، خطی مقیاس بالا به سطح تولید صنعتی، حتی با توان بسیار بالا

راه اندازی با 1000W پردازنده مافوق صوت، سلول جریان، مخزن و پمپ

تست ساده و بدون ریسک اثر التراسونیک در شیمی

برای دیدن چگونگی تحت تاثیر سونوگرافی مواد و واکنش های خاص، آزمایش امکان سنجی اول را می توان در مقیاس کوچک انجام شده است. دستی و یا ایستاده نصب دستگاه های آزمایشگاهی در محدوده 50 تا 400 وات برای فراصوت از نمونه های کوچک و متوسط در بشر اجازه می دهد. اگر نتایج را اول نمایش می دهد دستاوردهای بالقوه، این روند می تواند توسعه یافته و در نیمکت بالا با پردازنده مافوق صوت صنعتی، به عنوان مثال، بهینه سازی شده UIP1000hd (1000W، 20KHZ). سیستم های رومیزی همراه اولتراسونیک Hielscher با ۵۰۰ وات تا ۲۰۰۰ وات دستگاه ایده آل برای R هستند&D و بهینه سازی. این سیستم مافوق صوت - طراحی شده برای بشر و فراصوت درون خطی – به کنترل کامل بر مهم ترین پارامتر فرآیند: دامنه، فشار، دما، ویسکوزیته، و غلظت.
کنترل دقیق بر پارامترهای اجازه می دهد تا برای تکرارپذیری دقیق و مقیاس پذیری خطی نتایج به دست آمده. پس از آزمایش های مختلف تنظیم، تنظیمات پیدا شده است به بهترین باشد می توان استفاده کرد به طور مداوم اجرا (از 24h / 7D) تحت شرایط تولید. اختیاری PC-کنترل (رابط نرم افزار) نیز ضبط از فردی محاکمه تسهیل می کند. برای فراصوت از مایعات قابل اشتعال یا حلال در محیط های خطرناک (ATEX، FM) و UIP1000hd در نسخه-ATEX گواهی در دسترس است: UIP1000-بدینوسیله.

مزایای عمومی از امواج فراصوت در شیمی:

واکنش ممکن است شتاب و یا شرایط مجبور کمتر ممکن است لازم باشد اگر فراصوت استفاده شده است.
دوره القایی اغلب به طور قابل توجهی کاهش می یابد به عنوان exotherms به طور معمول با چنین واکنشهایی در ارتباط است.
واکنش Sonochemical اغلب توسط اولتراسوند بدون نیاز به مواد افزودنی آغاز شده است.
تعداد مراحل که به طور معمول در یک مسیر مصنوعی مورد نیاز می تواند گاهی اوقات کاهش می یابد.
در برخی شرایط یک واکنش را می توان به یک مسیر جایگزین است.

ادبیات / منابع

اسن، ایلکر و همکاران (2010): بلند زنجیره Dicationic فاز انتقال کاتالیزورها در واکنشهای کندانسه معطر آلدئیدها در آب تحت تاثیر التراسونیک. بولتن انجمن کره ای شیمیایی 31/8، 2010؛ صص 2289-2292.
هوآ، Q. و همکاران (2011): التراسونیک-ترویج سنتز اسید ماندلیک شده توسط تجزیه انتقال فاز در یک محلول یونی. در: فرا صوت آواشیمی جلد 18/5، 2011؛ صص 1035-1037.
لی، J.-T. و همکاران (2003): واکنش مایکل تحت تابش امواج فراصوت کاتالیست KF / آلومینا اساسی است. فرا صوت آواشیمی 10، 2003. صص 115-118.
لین، Haixa و همکاران (2003): روشی آسان برای تولید Dichlorocarbene از واکنش تتراکلرید کربن و منیزیم با استفاده از امواج فراصوت. در: مولکولهای 8، 2003؛ صص 608 -613.
لین-شیائو، زو و همکاران. (1987): یک روش عملی رمان برای تولید dichlorocebene توسط امواج فراصوت و تجزیه انتقال فاز. در: مجله Chimica در سینیکا، جلد. 5/4، 1987؛ صص 294-298.
کن، شائو یونگ و همکاران (2005): انتقال فاز سنتز کاتالیز امواج فراصوت و زیست فعالی از N '- (4،6-آمونیوم-پیریمیدین-2-ایل) -N- (5-آریل-2-furoyl) مشتقات طهر. در: مجله هند شیمی جلد 44B، 2005؛ صص 1957-1960.
کوبو، ماساکی و همکاران (2008): سینتیک حلال C-الکیل دار Phenylacetonitrile با استفاده از امواج فراصوت. مهندسی شیمی مجله ژاپن، جلد. 41، 2008؛ صص 1031-1036.
Maruoka، کیجی و همکاران (2007): پیشرفت های اخیر در نامتقارن تجزیه فاز انتقال. در: Angew. شیمی. بین المللی. اد، جلد. 46، ویلی VCH، واینهایم، 2007؛ صص 4222-4266.
میسون، تیموتی و همکاران (2002): آواشیمی کاربردی: استفاده از امواج فراصوت در شیمی و پردازش. ویلی-VCH، واینهایم، 2002.
میرزا-آقایان، م (1995): دستگاه سونوگرافی اثر تابش در واکنش نامتقارن مایکل. چهار ضلعی: عدم تقارن 06/11، 1995؛ صص 2643-2646.
Polácková، ویرا و همکاران (1996): سونوگرافی ترویج Cannizzaro واکنش در شرایط فاز انتقال. در: فرا صوت آواشیمی جلد 3/1، 1996؛ صص 15-17.
شارما، محمد مهدی (2002): استراتژی از انجام واکنش در مقیاس کوچک است. مهندسی انتخاب و روند تشدید. در: شیمی محض و کاربردی، جلد. 74/12، 2002؛ صص 2265-2269.
توروک، B. همکاران (2001): واکنش نامتقارن در آواشیمی. فرا صوت آواشیمی 8، 2001؛ صص 191-200.
وانگ، شکم لینگ و همکاران (2007): به کمک اولتراسوند فاز انتقال اپوکسیداسیون کاتالیزوری از 1،7-octadiene - یک مطالعه جنبشی. در: فرا صوت آواشیمی جلد 14/1، 2007؛ صص 46-54.
یانگ، H.-M .؛ چو، W.-M. (2012): فراصوت با استفاده تجزیه فاز انتقال: سبز سنتز جایگزین بنزوات با کاتالیست رمان دو سایت فاز انتقال در سیستم های جامد و مایع. در: مجموعه مقالات بازدید کنندگان از 14^هفتم آسیا و اقیانوسیه کنفدراسیون کنگره مهندسی شیمی APCChE 2012.

پست های مرتبط

آمار ارزشمند دانستن

اسیاب بافت التراسونیک اغلب به عنوان sonicator پروب، lyser صوتی، مختل سونوگرافی، چرخ مافوق صوت، سونو ruptor، sonifier، dismembrator صوتی، disrupter همراه، پخش مافوق صوت و یا حلال نامیده می شود. شرایط متفاوت از برنامه های مختلف است که می تواند توسط روش فراصوت انجام شود.