Hielscher Ultra ääni tekniikka

Ultraäänellä aiheuttamat ja Enhanced faasinsiirtokatalyysiä

Suuritehoinen ultraääni on tunnettu sen vaikutuksesta erilaisiin kemiallisiin reaktioihin. Tämä on niin sanottu sonokemian. Heterogeeniset reaktiot - ja varsinkin vaiheensiirtoreaktiot - ovat erittäin voimakkaita sovellusalueita teho-ultraäänelle. Reagensseihin kohdistuvan mekaanisen ja sonokemiallisen energian ansiosta voidaan saada aikaan reaktioita, nopeutta voidaan merkittävästi parantaa, nopeampia muuntokertoimia, korkeampia saantoja ja parempia tuotteita voidaan saavuttaa. Ultraäänen lineaarinen skaalautuvuus ja luotettava ultraääni teollinen laitteet tekevät tästä tekniikasta mielenkiintoisen ratkaisun kemialliseen tuotantoon.
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Ultraääni Lasi Flow Cell

vaiheensiirron katalyysi

Phase Transfer Catalysis (PTC) on erityinen heterogeenisen katalyysin muoto ja tunnetaan käytännöllisenä menetel- mänä orgaaniselle synteesille. Käyttämällä faasinsiirtokatalyyttiä on mahdollista liuottaa ionisia reagensseja, jotka ovat usein liukoisia vesifaasiin, mutta eivät liukene orgaaniseen faasiin. Tämä tarkoittaa, että PTC on vaihtoehtoinen ratkaisu heterogeenisyysongelman voittamiseksi reaktiossa, jossa kahden aineen välinen vuorovaikutus, joka sijaitsee seoksen eri vaiheissa, inhiboidaan, koska reagenssit eivät pysty muodostamaan toisiaan. (Esen et al. 2010) Vaiheensiirron katalyytin yleiset edut ovat vähäiset ponnistelut valmistamiseksi, yksinkertaiset koemenetelmät, lievä reaktio-olosuhteet, suuret reaktiot, suuret selektiivisuudet ja edullisten ja ympäristöystävällisten reagenssien, kuten kvaternaarisen ammonium suoloja ja liuottimia, ja mahdollisuus suorittaa suuren mittakaavan valmisteita (Ooi ym. 2007).
Erilaisia ​​nestemäisiä nesteitä ja nestemäisiä ja kiinteitä reaktioita on tehostettu ja ne on tehty selektiivisiksi käyttäen yksinkertaisia ​​faasivaihtelu- (PT) katalyyttejä, kuten kvatsia, polyetyleeniglykoli-400 jne., Jotka sallivat ionisten lajien kuljettamisen vesifaasista orgaaninen faasi. Niinpä ongelmat, jotka liittyvät orgaanisten reagenssien erittäin vähäiseen liukoisuuteen vesifaasiin, voidaan ratkaista. Torjunta-aine- ja lääketeollisuudessa PTC: tä käytetään laajasti ja on muuttanut liiketoiminnan perustekijöitä. (Sharma 2002)

teho ultraääni

Teho-ultraäänitutkimus on tunnettu väline erittäin sangen luomiseksi emulsiot. Kemian kuten erittäin hieno-liimaemulsioiden käytetään parantamaan kemiallisia reaktioita. Tämä tarkoittaa sitä, että rajapinta välinen kosketuspinta-ala kahden tai useamman toisiinsa sekoittumattoman nesteen tulee dramaattisesti laajentunut ja se on näin ollen parempi, kattavampi ja / tai nopeampi reaktion kuluessa.
Ja faasinsiirtokatalyysiä – sama kuin muiden kemiallisten reaktioiden - riittävästi liike-energiaa tarvitaan reaktion käynnistämiseksi.
Tällä on useita positiivisia vaikutuksia kemiallisen reaktion:

  • Kemiallinen reaktio, joka ei yleensä tapahdu sen alhaisen kineettistä energiaa voidaan päästä alkuun ultrasonikoinnilla.
  • Kemialliset reaktiot voidaan kiihdyttää ultraäänellä avustaa PTC.
  • Täydellinen välttäminen faasinsiirtokatalyyttiä.
  • Raaka-aineet voidaan käyttää tehokkaammin.
  • Sivutuotteet voidaan vähentää.
  • Korvaaminen kallista vaarallinen vahva pohja edullinen epäorgaaninen emäs.

Näiden vaikutukset, PTC on korvaamaton kemiallinen menetelmä orgaanisen synteesin kahden ja useamman toisiinsa sekoittumattoman reagenssit: faasisiirtokatalyysiolosuhteissa (PTC) mahdollistaa käyttää raaka-aineen kemiallisten prosessien tehokkaammin ja tuottamaan kustannustehokkaammin. Tehostaminen kemiallisten reaktioiden PTC on tärkeä väline kemiallisten, joka voidaan parantaa käyttämällä ultraäänen dramaattisesti.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Kavitaation neste

Esimerkkejä ultraäänellä edistää PTC reaktioita

  • Synteesi uusia N’- (4,6-disubstituoitu-pyrimidin-2-yyli) -N- (5-aryyli-2-furoyyli) tioureajohdannaisten käyttäen PEG-400 alla ultraäänikäsittelyllä. (Ken et ai. 2005)
  • Ultraäänellä avustaa synteesi mantelihappoa mukaan PTC ionisen nesteen osoittaa huomattavaa parannusta reaktioiden saannot ympäristön olosuhteissa. (Hua et ai. 2011)
  • Kubo et ai. (2008) raportoivat ultraäänellä avustaa C-alkyloinnin fenyyliasetonhriiu liuotinta vapaassa ympäristössä. Vaikutus ultraääni edistää reaktio johtuvan erittäin suuri rajapinta-alue kahden nestefaasin. Ultrasonication johtaa paljon nopeammin reaktionopeus kuin mekaanista sekoitusta.
  • Sonikaatio hiilitetrakloridin reaktiossa magnesiumin kanssa dikloorikarbreenin tuottamiseksi johtaa korkeampaan gemdekloorisyklopropaanin saantoon olefiinien läsnäollessa. (Lin et ai., 2003)
  • Ultrasound antaa Cannizzaro -reaktion kiihdyttämisen P-chlorobenzaldehydiä vaiheensiirto-olosuhteissa. Kolmesta faasivaihtokatalysaattorista – bentsyylitrietyyliammoniumkloridi (TEBA), Aliquat ja 18-kruunu-6 -, jotka on testattu Polácková et ai. (1996) TEBA todettiin olevan tehokkain. Ferrokekarbaldehydi ja Pdimetyyliaminobentsaldehydi tuotti samanlaisissa olosuhteissa 1,5-diaryyli-1,4-pentadien-3-onia päätuotteena.
  • Lin-Xiao et ai. (1987) ovat osoittaneet, että ultraääni- ja PTC-yhdistelmä edistää tehokkaasti dikloorikarbreenin muodostumista kloroformista lyhyemmässä ajassa paremmalla saannolla ja vähemmän katalyyttimäärillä.
  • Yang et ai. (2012) ovat tutkineet bentsyyli-4-hydroksibentsoaatin vihreää, ultrasonisesti avus- tettua synteesiä käyttämällä 4,4'-bis (tributyyliammoniometyyli) -1,1'-bifenyyli- dikloridia (QCI2) katalyyttinä. Käyttämällä QCl: tä2, he ovat kehittäneet uuden kaksivaiheisen vaiheensiirron katalyysin. Tämä kiinteä-neste-faasi-siirtokatalyysi (SLPTC) on suoritettu eräprosessina ultraäänitutkimuksella. Voimakkaassa sonikoinnissa 33% lisättyä Q2 +: ta sisältävä 45,2% Q (Ph (OH) COO)2 on siirtynyt orgaaniseen faasiin reagoida bentsyylibromidin kanssa, joten koko reaktionopeus parannettu. Tämä parantaa reaktionopeus saatiin 0,106 min-1 alle 300W ultraäänisäteilytys, kun taas sonikaatio nopeudella 0,0563 min-1 havaittiin. Siten, synergistisen vaikutuksen dual-site faasinsiirtokatalyyttiä ultraäänellä faasisiirtokatalyysiolosuhteissa on osoitettu.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

Kuva 1: Tällä UP200Ht on 200 wattia tehokas ultraäänihomogenisaattoriin

Ultraääni tehostaminen Epäsymmetrinen Phase Transfer Reaction

Kun tavoitteena on luoda käytännön menetelmä asymmetrisen synteesin a-aminohappojen ja niiden johdannaisten Maruoka ja Ooi (2007) tutkivat ”onko reaktiivisuus N-spiro kiraalisia kvaternaariset ammoniumsuolat voidaan parantaa ja niiden rakenteet yksinkertaistettu. Koska ultraäänisäteilytys tuottaa homogenointiEli erittäin hieno emulsiot, Se lisää suuresti rajapinta-alue, jonka yli reaktio voi tapahtua, mikä voisi tuottaa merkittäviä kiihtyvyys neste-neste faasinsiir- reaktioita. Todellakin, sonikoimalla reaktioseoksen 2, metyylijodidia, ja (S, S) -naphtyl alayksikön (1 mol-%) tolueenissa / 50% vesipitoista KOH: 0 degC 1 h synnytti vastaavan alkyloinnin tuote 63%: n saanto 88% ee; kemiallinen saanto ja enantioselektiivisyys olivat verrattavissa reaktiosta suorittaa yksinkertaisesti sekoittamalla seosta kahdeksan tuntia (0 degC, 64%, 90% ee).”(Maruoka et ai. 2007; s. 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

Kaavio 1: ultraäänikäsittelyllä parantaa reaktionopeutta aikana asymmetrisen synteesin α-aminohapoista [Maruoka et ai. 2007]

Toinen reaktio tyyppi asymmetrinen katalyysi on Michael reaktio. Michael-lisäys dietyyli Nasetyyli-aminomalonaatti chalcone on positiivisesti vaikuttaa ultraäänikäsittelyllä mikä johtaa kasvua 12%: n saannolla (72%, joka on saatu hiljainen reaktio jopa 82% alle ultraäänikäsittelyllä). Reaktioaika on kuusi kertaa nopeammin voimalla ultraääni verrattuna reaktioon ilman ultraääntä. Enantiomeerinen ylimäärä (ee) ei ole muuttunut ja oli molemmat reaktiot - kanssa ja ilman ultraääni - 40% ee. (Mirza-Aghayan et ai. 1995)
Li et ai. (2003) osoittivat, että Michael-reaktio kalkonien aksep- erilaisten aktiivisten metyleeniyhdisteiden yhdisteitä, kuten dietyylimalonaatti, nitrometaani, sykloheksanoni, etyyliasetoasetaatti ja asetyyliasetonia luovuttajien katalysoi KF / emäksistä alumiinioksidia johtaa additiotuotteet korkealla saannolla kuluessa lyhyemmässä ajassa ultraäänellä säteilytys. Toisessa tutkimuksessa, Li et ai. (2002) ovat osoittaneet onnistuneen ultraäänellä avustaa synteesi kalkonien katalysoivat KF-Al2O3.
Näiden PTC reaktiot edellä osoittavat, vain pieni valikoima mahdollisista ja mahdollisuuksia ultraäänisäteilytys.
Testauksessa ja arvioinnissa ultraäänen mahdollisista parannuksia PTC on hyvin yksinkertainen. Ultraääni Lab laitteet, kuten Hielscher n Uf200 ः t (200 wattia) ja penkki-top, kuten Hielscher n Uip1000hd (1000 wattia) mahdollistavat ensimmäiset kokeet. (Katso kuva 1 ja 2)
Ultraääni parantaa epäsymmetrinen Michael lisäys (Klikkaa suuremmaksi!)

Kaavio 2: Ultraäänisumuttimella avustaa epäsymmetrinen Michael-dietyyli-N-asetyyli-aminomalonaatti chalcone [Török et ai. 2001]

Tehokas tuotanto kilpailee Chemical Market

Ultraääni- faasisiirtokatalyysiolosuhteissa Hyödyt yhdestä tai useammasta eri hyödyllisiä etuja:

  • alustus reaktioita, jotka eivät muutoin ole mahdollista
  • kasvua saannon
  • leikata kalliita, vedetöntä, aproottiset liuottimet
  • vähentäminen reaktioaika
  • alempi reaktiolämpötilat
  • yksinkertaistettu valmistus
  • Vesipitoisten alkalimetalli- sijasta alkalimetallialkoksidit, natriumamidi, natriumhydridi tai metallinen natrium
  • halvempien raaka-aineiden, erityisesti hapettimia
  • siirtymä selektiivisyys
  • muutos tuotteen suhde (esim. O / C-alkylointi)
  • yksinkertaistetun eristämisen ja puhdistamisen
  • lisätä tuoton estämällä sivureaktioiden
  • yksinkertainen, lineaarinen mittakaavan teolliseen tuotantoon tasolla, jopa erittäin suuren suoritustehon
UIP1000hd Bench-Top-ultraäänisuodattimen homogenisaattori

Asennus on 1000W ultraääni-prosessori, virtauskenno, säiliö ja pumppu

Yksinkertainen ja riskitön testaus Ultraääni Vaikutukset Kemian

Nähdä, miten ultraääni vaikuttaa tiettyjä materiaaleja ja reaktiot, ensimmäinen toteutettavuus testit voidaan suorittaa pienessä mittakaavassa. Kädessä pidettävät tai stand-asennettu laboratorio laitteiden välillä 50-400 wattia mahdollistaa sonikoimalla pienten ja keskisuurten näytteiden dekantterilasiin. Jos ensimmäinen tulokset osoittavat potentiaalia saavutuksia, prosessi voi kehittää ja optimoida penkki-top teollisuuden ultraääni-prosessori, esim. Uip1000hd (1000W, 20 kHz). Hielscher n ultraääni penkki-top järjestelmien 500 wattia 2000 wattia ovat ihanteellisia laitteita R&D ja optimointi. Nämä ultraääni järjestelmät - suunniteltu dekantterilasiin ja inline sonication – antaa täyden hallinnan tärkein prosessi parametri: Amplitude, paine, lämpötila, viskositeetti, ja keskittyminen.
Tarkka valvonta parametrit mahdollistaa tarkka toistettavuus ja lineaarinen skaalautuvuus Saatujen tulosten. Jälkeen testataan eri asetelmia, kokoonpano todettu parhaiten voidaan ajaa jatkuvasti (24h / 7d) tuotanto-olosuhteissa. Lisävarusteena PC-Control (ohjelmiston käyttöliittymän) helpottaa myös tallennus yksittäisten tutkimuksissa. Sonikoinnin palavia nesteitä tai liuottimia vaarallisissa ympäristöissä (ATEX, FM) Uip1000hd on saatavissa ATEX-sertifioitu versio: UIP1000-Exd.

Yleinen hyötyy ultrasonikoimalla kemian:

  • Reaktio voidaan kiihdyttää tai vähemmän pakottaa olosuhteissa voidaan tarvita, jos sonikaatiolla sovelletaan.
  • Perehdytysajat usein huomattavasti alhaisempi, koska ovat eksotermien yleensä liittyvät tällaisiin reaktioihin.
  • Sonokemiallisella reaktiot aloitetaan usein ultraäänellä ilman lisäaineita.
  • Useita vaiheita, jotka tarvitaan normaalisti synteettistä reittiä voidaan joskus pienentää.
  • Joissakin tilanteissa reaktio voidaan ohjata vaihtoehtoiseen reitin.

Ota yhteyttä / kysy lisätietoja

Kerro meille käsittelyn vaatimuksista. Suosittelemme projektin sopivia asennus- ja käsittelyparametreja.





Huomaathan, että Tietosuojakäytäntö.


Kirjallisuus / Viitteet

  1. Esen, Ilker et ai. (2010): pitkäketjuisia Dicationic faasisiirtokatalyyttejä vuonna Kondensaatioreaktiot Aromatic aldehydien vettä Ultraääni Effect. Tiedote Korean Chemical Society 31/8, 2010; s. 2289-2292.
  2. Hua, Q. et ai. (2011): Ultraäänisumuttimella-edistää synteesi mantelihappoa mukaan faasisiirtokatalyysiolosuhteissa ioniseen nesteeseen. In: Ultrasonics sonokemian Voi. 18/5, 2011; s. 1035-1037.
  3. Li, J.-T. et ai. (2003): Michael-reaktio, jota katalysoi KF / emäksisen alumiinioksidin alle ultraäänisäteilyyn. Ultrasonics sonokemian 10, 2003. s. 115-118.
  4. Lin, Haixa et ai. (2003): helpon Menettely sukupolven dikloorikarbeeni reaktiosta hiilitetrakloridiabsorp- ja magnesium käyttäen Ultraääni Säteilytys. In: Molekyylit 8, 2003; s. 608 -613.
  5. Lin-Xiao, Xu et ai. (1987): A novel käytännöllinen menetelmä sukupolven dichlorocebene ultraäänellä säteilytys ja faasinsiirtokatalyysiä. In: Acta Chimica Sinica, Voi. 5/4, 1987; s. 294-298.
  6. Ken, Shao-Yong et ai. (2005): Vaihe siirto katalysoi synteesi alle ultraäänisäteilytys ja bioaktiivisuus N’- (4,6-disubstituoitu-pyrimidin-2-yyli) -N- (5-aryyli-2-furoyyli) tioureajohdannaisten. In: Indian Journal of Chemistry Voi. 44B, 2005; s. 1957-1960.
  7. Kubo, Masaki et ai. (2008): kinetiikka liuotteettomia C-alkylointi Fenyyliasetonitriiliä käyttäminen ultraäänisäteilytystä. Kemiantekniikan Journal Japan, Voi. 41, 2008; s. 1031-1036.
  8. Maruoka, Keiji et ai. (2007): Viimeaikaiset edistysaskeleet Epäsymmetrinen faasinsiirtokatalyysiä. In: Angew. Chem. Int. Ed., Voi. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; s. 4222-4266.
  9. Mason, Timothy et ai. (2002): Applied sonokemian: käytöt teho ultraääni kemian ja käsittelyn. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  10. Mirza-Aghayan, M. et ai (1995): Ultraääni Säteilytys Vaikutukset Asymmetric Michael-reaktio. Tetrahedron: Asymmetry 6/11, 1995; s. 2643-2646.
  11. Polácková, Viera et ai. (1996): Ultraääni-edistää Cannizzaro-reaktio faasinsiirto-olosuhteissa. In: Ultrasonics sonokemian Voi. 3/1, 1996; s. 15-17.
  12. Sharma, M. M. (2002): Strategies johtavaa reaktioiden pienessä mittakaavassa. Valikoivuus insinööri ja tehostamiseen. In: Pure and Applied Chemistry, Voi. 74/12, 2002; s. 2265-2269.
  13. Török, B. et ai. (2001): Epäsymmetrinen reaktioita sonokemian. Ultrasonics sonokemian 8, 2001; s. 191-200.
  14. Wang, Maw-Ling et ai. (2007): Ultraääni avustaa faasinsiirtokatalyytin katalyyttinen epoksidointia 1,7-oktadieeni - Kineettinen tutkimus. In: Ultrasonics sonokemian Voi. 14/1, 2007; s. 46-54.
  15. Yang, H. M .; Chu, W.-M. (2012): Ultraääni-Assisted Phase-Transfer Catalysis: Green synteesi Substituoitujen bentsoaatin kanssa Novel Dual-Site faasinsiirtokatalyyttiä Solid-Liquid System. In: Edeten s 14Th Asia Pacific Elinkeinoelämän kemiantekniikan kongressin APCChE 2012.


Tosiasiat, jotka kannattaa tietää

Ultraäänikudossovegeneraattoreita kutsutaan usein koettimen sonikaattoriksi, soniclyseriksi, ultraäänisekoittajaksi, ultraäänihiomakoneeksi, sare-ruptoriksi, sonifieriksi, sonic dismembratoriksi, soluseeriksi, ultraäänidispersoriksi tai dissolveriksi. Eri termit johtuvat erilaisista sovelluksista, jotka voidaan täyttää sonikaatiolla.