Sonokemiallisesti parannetut diels-alder-reaktiot

Diels-Alder-reaktioita käytetään laajalti kemiallisissa synteesissä, joissa on muodostettava atomihiili-hiili-sidoksia. Ultrasonication ja sen sonokemialliset vaikutukset ovat erittäin tehokas ajaa ja edistää Diels-Alder reaktioita, mikä johtaa suurempi saanto, merkittävästi lyhentää reaktioaikaa ja samalla olla osa ympäristöystävällistä vihreää kemiaa.

Sonokemiallisesti tehostettu diels-alder-reaktio vihreään kemiaan

Diels-Alder-reaktiot ovat kemiallisia reaktioita, joissa muodostuu hiiliatomien välisiä sidoksia. Diels-Alder-reaktio luokitellaan termisesti sallituksi [4+2] sykloadditioniksi [_π4_S + _π2_S]. Koska ultraääniavusteinen orgaaninen synteesi on vihreä ja tehokas synteettinen reitti, joka parantaa reaktioita, saantoja ja reaktioiden valikoivuutta, sonikaatio on yksinkertainen ja luotettava tekniikka, jota käytetään laajalti laboratorioissa ja teollisessa tuotannossa. Usein sonokemiallisesti mainostettu reitti helpottaa orgaanista muuntamista ympäristöolosuhteissa, jotka muuten vaativat rajuja lämpötila- ja paineolosuhteita, mikä auttaa säästämään energiakustannuksia ja muuttaa kemiallisen synteesin säästäjämenettelyksi.

Ultraääni diels-alder reaktio käyttäen syvä eutektisiä liuottimia

Syvät eutektiset liuottimat (DES) ovat Lewisin tai Brønstedin happojen ja pohjaliuosten liuoksia, jotka muodostavat eutektisen seoksen. Koska syvät eutektiset liuottimia ei voida syttyä, niillä on alhainen höyrynpaine ja myrkyllisyys ja ne valmistetaan usein luonnollisista yhdisteistä, ne ovat säästäjä, ympäristöystävällisempi liuotinvaihtoehto. Ultrasonication ja syvät eutektiset liuottimia tiedetään toimivan synergistisesti yhdessä ja siksi niitä käytetään kemialliseen synteesiin sekä ultraääniuutokseen. Syvien eutektisten liuottimien käytöstä on hyötyä myös ultraäänellä edistetyissä Diels-Alder-reaktioissa. Esimerkiksi sonikaatiota käytetään edistämään Diels-Alder-reaktiota käyttämällä N-etyalalalimidia dienofiilina, mikä muuttaa syvän eutektisten liuottimien (DES) dieenin luonnetta sekä tavanomaisessa lämmityksessä että ultraääniaktivoinnissa.
Ultraääniaktivoinnin käyttö yhdessä syvän eutektisten liuottimisten kanssa osoittautui hyödylliseksi, mikä tarjosi hyvän tuoton huomattavasti lyhennetyissä reaktioajoissa.

Ultraäänellä parantunut Diels−Alder-reaktio.
marullo et ai., 2020

Yleinen menettely diels-alder-reaktiossa DES: n ja sonikaatiota käyttäen

Ultraäänellä edistetyt Diels-Alder-reaktiot suoritettiin työntämällä ultraäänianturi (sonotrode / horn) reaktioastiaan. Käyttämällä ultraäänianturia, jonka halkaisija on 0,5 cm, nimellinen lähtöteho oli 70 W. Reaktiot suoritettiin 40 °C: ssa sonikaatiotulotilassa 5 sekunnin ON- ja 20 sekunnin OFF-sykleillä. Ultraäänellä voimistunut Diels-Alder-reaktio antoi hyvän tuoton paljon lyhyemmässä ajassa kuin hiljaisissa olosuhteissa (70 min ja 24 h sonokemiallisille ja hiljaisissa reaktioissa).
Sonokemiallisesti tehostetun Diels-Alder-reaktion energiatehokkuuden arvioimiseksi verrattiin hiljaisen ja ultraäänellä edistetyn Diels-Alder-reaktion energiankulutusta. Laskelmien mukaan hiljaisen reaktion kulutus oli 35 094 kJ/g ja ultraääniavusteisen reaktion (ultraäänisarvi, jonka lähtöteho on 70 W nettoenergiaa) 28,4 kJ/g. Tämä johtaa 99%: iin energiaa, joka säästetään sonokemiallisesti ajavaan Diels-Alder-reaktioon. Kaikki nämä havainnot viittaavat vahvasti siihen, että syvän eutektisten liuottimien (DES) ja ultrasonication-säteilytyksen yhteiskäyttö on tehokas ja energiaa säästävä menetelmä tärkeissä synteettisissä prosesseissa, kuten Diels-Alder-reaktiossa. (Marullo ym., 2020)

Erilaisten syvän eutektisen liuottimen vaikutus yhdessä sonikaatioon

Ultraäänellä edistetystä Diels-Alder-reaktiosta saavutettiin parhaat tulokset, kun liuottimina käytetään syviä eutektisiä liuottimia [ChCl]:[Fru] ja [TBACl]:[EG]. [ChCl]:[Fru] ja [TBACl]:[EG] käyttö liuottimina lykkäisi merkittävästi reaktioaikaa ja lisäsi merkittävästi tuottoa ([TBACl]:[EG]73% ja [ChCl]:[Fru] 23 ja 75% hiljaisissa ja sonokemiallisissa olosuhteissa).
Joissakin tapauksissa eli silloin, kun liuottimia [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly] ja [AcChCl]:[EG] käytetään liuottimina, saanto on verrattavissa hiljaisissa olosuhteissa saatuihin saantoihin, mutta sonikaatio parantaa kemiallisen prosessin tahtia edelleen huomattavasti.
Sonikaatio toimii erittäin hyvin alhaisen höyrynpaineen ja viskoosien liuottimien, kuten ionisten nesteiden (ILs) kanssa, koska nämä olosuhteet helpottavat inetnse-kavitaatiovaikutusten syntymistä. Koska syvällä eutektisella liuottimella on samanlaiset fyysiset ominaisuudet kuin ioninesteillä, niitä voidaan käyttää asianmukaisesti yhdessä ultrasonicationin kanssa. Syvien eutektisten liuottimien (DES) ja sonikaatioiden yhdistetty keskinäinen pelaaminen vähentää merkittävästi Diels-Alder-reaktion energistä kysyntää. Reaktioajan sigmificantti vähennys 24 h - 70 min voidaan havaita samalla kun se tarjoaa erittäin hyvän tuoton. Prosessitehokkuuden osalta tämä tarkoittaa sitä, että syvän eutektisen liuottimen (DES) ja ultrasonicationin yhteiskäyttö mahdollistaa 10 kertaa suuremman materiaalimäärän kuin hiljaisissa olosuhteissa. (Marullo ym., 2020)

Oxabicyclic Alkenesin ultraääni diels-alder-reaktio

Wei ja kollegat (2004) osoittivat, että ultrasonication edisti korvattavien furaanien Diels–Alder-reaktiota reaktiivisilla dienofiileillä, kuten dimetyyliasetyleenidiarkonylaatilla (DMAD) ja dimetyyli maleaatilla, jotka tarjosivat funktionalisoituja oksabicyclic-alkeeneja hyvässä saannossa. Ultraäänellä edistetty reaktio regiospecific furano Diels-Alder cycloaddition 2-vinyyli furans DMAD kalustettu funktionalisoitu oksabicyclic alkeenit hyvä saanto.

Sonokemiallisesti parannetut sykloadditionreaktiot

Bravo ja kollegat (2006) kuvailivat useita sonokemiallisia sykloloadditioita, joihin liittyi joko syklopentadieenia tai 1,3-sykloheksadieenia ja karbonyylidenofiilejä imidatsoliumpohjaisessa ioninesteessä reaktiovälineenä. Ne osoittivat, että ultrasonication parantaa tehokkaasti näitä sykloaddition reaktioita, mikä johtaa suurempaan saantoon ja/ tai lyhentää reaktioaikoja verrattuna vastaaviin hiljaisiin reaktioihin. Esimerkiksi yksinkertaisille α β- tyydyttymättömille dienofiileille, kuten metyylivinyyliketonille tai akroleiinille, ultraääniaktivoinnin vaikutukset ovat ilmeisiä. Esimerkiksi metyylivinyyliketoni tuottaa 89% tuoton 1 tunnin kuluessa lievästä sonikaatiosta, kun taas hiljainen reaktio antoi vain 52% samassa reaktioajassa.

Ultraääniastiat missä tahansa koossa sonokemiallisesti mainosteille diels-alder-reaktioille

Hielscher Ultrasonics suunnittelee, valmistaa ja jakelee korkean suorituskyvyn ultraäänianturityyppisiä homogenisoijia ja sonokemiallisia laitteita integroimiseksi kemiallisiin järjestelmiin, kuten synteesiin ja katalyysireaktioihin. Hielscher-ultraääniainteja käytetään ympäri maailmaa luotettavana työkaluna kemiallisten reaktioiden edistämiseen, tehostamiseen, nopeuttamiseen ja parantamiseen.
Hielscher Ultrasonics’ ultraääniprosessorit ovat saatavana missä tahansa koossa pienistä laboratoriolaitteista suuriin teollisiin prosessoritteisiin erä- ja virtauskemian sovelluksiin. Ultraäänia amplitudien tarkka säätö – tärkein parametri sonokemiallisissa sovelluksissa – mahdollistaa Hielscher-ultraääniaintenttien käytön matalilla tai erittäin korkeilla amplitudilla ja hienosäätää amplitudia täsmälleen tietyn kemiallisen reaktiojärjestelmän vaadittuihin ultraääniprosessiolosuhteisiin.
Hielscherin ultraäänigeneraattorissa on älykäs ohjelmisto, jossa on automaattinen dataprotokolla. Kaikki tärkeät käsittelyparametrit, kuten ultraäänienergia, lämpötila, paine ja aika, tallennetaan automaattisesti sisäänrakennetulle SD-kortille heti, kun laite on kytketty päälle.
Prosessien valvonta ja tietojen tallentaminen ovat tärkeitä prosessien jatkuvan standardoinnin ja tuotteiden laadun kannalta. Kun käytät automaattisesti tallennettuja prosessitietoja, voit muuttaa aiempia sonikaatioajoja ja arvioida tuloksia.
Toinen käyttäjäystävällinen ominaisuus on digitaalisten ultraäänijärjestelmiemme selaimen kaukosäädin. Etäselaimen ohjaimella voit käynnistää, pysäyttää, säätää ja seurata ultraääniprosessoriasi etänä mistä tahansa.
Ota meihin yhteyttä nyt oppiaksesi lisää korkean suorituskyvyn ultraäänihomogenisaattoristamme, jotka voivat parantaa orgaanista synteesireaktiotasi, kuten Diels-Alder-reaktioita, Mannichin reaktioita tai Michael-lisäystä monien muiden joukossa!

Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista: