સોનોકેમિકલ રીતે સુધારેલી ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયાઓ

જે રાસાયણિક સંશ્લેષણોમાં કાર્બન પરમાણુઓ વચ્ચે કાર્બન–કાર્બન બંધ રચવાના હોય છે, તેમાં ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયાઓનો વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન અને તેની સોનોકેમિકલ અસરો ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયાઓને ચલાવવામાં અને પ્રોત્સાહિત કરવામાં અત્યંત અસરકારક છે, જેના પરિણામે વધુ ઊપજ મળે છે, પ્રતિક્રિયાનો સમય નોંધપાત્ર રીતે ઘટે છે અને સાથે સાથે આ પ્રક્રિયા પર્યાવરણને અનુકૂળ હરિત રસાયણશાસ્ત્રનો ભાગ બને છે.

હરિત રસાયણશાસ્ત્ર માટે સોનોકેમિકલ રીતે તીવ્ર બનાવેલી ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયા

ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયાઓ એવી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ છે, જેમાં કાર્બન પરમાણુઓ વચ્ચે બંધ રચાય છે. ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયાને ઉષ્મીય રીતે અનુમતિપ્રાપ્ત [4+2] ચક્રીય યોગશીલન તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે [_π4_s + _π2_s]. અલ્ટ્રાસાઉન્ડની સહાયથી થતું કાર્બનિક સંશ્લેષણ એક હરિત અને કાર્યક્ષમ સંશ્લેષણ માર્ગ છે, જે પ્રતિક્રિયાના દર, ઊપજ અને પ્રતિક્રિયાઓની પસંદગીક્ષમતા વધારે છે; તેથી સોનિકેશન પ્રયોગશાળાઓ અને ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનમાં વ્યાપકપણે વપરાતી એક સરળ અને વિશ્વસનીય તકનીક છે. ઘણી વાર સોનોકેમિકલ રીતે પ્રોત્સાહિત માર્ગ સામાન્ય આસપાસની પરિસ્થિતિઓમાં કાર્બનિક રૂપાંતરણને સુગમ બનાવે છે, જેના માટે અન્યથા તાપમાન અને દબાણની અત્યંત કઠોર પરિસ્થિતિઓ જરૂરી હોય છે. આ ઊર્જા ખર્ચ બચાવવામાં મદદ કરે છે અને રાસાયણિક સંશ્લેષણને વધુ સુરક્ષિત પ્રક્રિયા બનાવે છે.

ડીપ યુટેક્ટિક દ્રાવકોનો ઉપયોગ કરીને અલ્ટ્રાસોનિક ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયા

ડીપ યુટેક્ટિક દ્રાવકો (DES) લૂઇસ અથવા બ્રોન્સ્ટેડ અમ્લો અને ક્ષારોનાં દ્રાવણો છે, જે યુટેક્ટિક મિશ્રણ બનાવે છે. ડીપ યુટેક્ટિક દ્રાવકો અજ્વલનશીલ હોય છે, તેમનું બાષ્પદબાણ અને વિષાક્તતા ઓછાં હોય છે અને તે ઘણી વાર કુદરતી સંયોજનોમાંથી બનાવવામાં આવે છે; તેથી તે દ્રાવક તરીકે વધુ સુરક્ષિત અને પર્યાવરણને વધુ અનુકૂળ વિકલ્પ છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન અને ડીપ યુટેક્ટિક દ્રાવકો પરસ્પર સહક્રિયાત્મક રીતે કાર્ય કરતાં હોવાનું જાણીતું છે, તેથી તેમનો ઉપયોગ રાસાયણિક સંશ્લેષણ તેમજ અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણમાં થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક રીતે પ્રોત્સાહિત ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયાઓમાં પણ ડીપ યુટેક્ટિક દ્રાવકોનો ઉપયોગ લાભદાયક છે. ઉદાહરણ તરીકે, પરંપરાગત ગરમી અને અલ્ટ્રાસોનિક સક્રિયકરણ એમ બંને પરિસ્થિતિઓમાં ડીપ યુટેક્ટિક દ્રાવકો (DES)માં ડાયીનની પ્રકૃતિ બદલીને અને ડાયીનોફાઇલ તરીકે N-ઇથાઇલમેલેઇમાઇડનો ઉપયોગ કરીને ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયાને પ્રોત્સાહિત કરવા સોનિકેશનનો ઉપયોગ થાય છે.
ડીપ યુટેક્ટિક દ્રાવકો સાથે અલ્ટ્રાસોનિક સક્રિયકરણનો સંયુક્ત ઉપયોગ લાભદાયક સાબિત થયો છે, જે અત્યંત ઓછા પ્રતિક્રિયા સમયમાં સારી ઊપજ આપે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક રીતે સુધારેલી ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયા.
પ્રતિક્રિયા યોજના Marullo et al., 2020 પરથી અનુકૂલિત

DES અને સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયા માટેની સામાન્ય પ્રક્રિયા

અલ્ટ્રાસોનિક રીતે પ્રોત્સાહિત ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયાઓ પ્રતિક્રિયા પાત્રમાં અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ (સોનોટ્રોડ / હોર્ન) દાખલ કરીને કરવામાં આવી હતી. 0.5 cm વ્યાસની ટોચ ધરાવતા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબનો ઉપયોગ કરતી વખતે નામમાત્ર નિર્ગમ શક્તિ 70 W હતી. પ્રતિક્રિયાઓ 40°C પર, 5 sec ચાલુ અને 20 sec બંધનાં ચક્રો સાથે પલ્સ મોડમાં સોનિકેશન લાગુ કરીને કરવામાં આવી હતી. અલ્ટ્રાસોનિક રીતે તીવ્ર બનાવેલી ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયાએ સોનિકેશન વિનાની પરિસ્થિતિઓની સરખામણીમાં ઘણા ઓછા સમયમાં સારી ઊપજ આપી હતી (સોનોકેમિકલ અને સોનિકેશન વિનાની પ્રતિક્રિયાઓ માટે અનુક્રમે 70 min અને 24 h).
સોનોકેમિકલ રીતે તીવ્ર બનાવેલી ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયાની ઊર્જા કાર્યક્ષમતાનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે સોનિકેશન વિનાની અને અલ્ટ્રાસોનિક રીતે પ્રોત્સાહિત ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયાના ઊર્જા વપરાશની સરખામણી કરવામાં આવી હતી. ગણતરીઓ અનુસાર સોનિકેશન વિનાની પ્રતિક્રિયા માટે 35,094 kJ/g અને અલ્ટ્રાસોનિક સહાયવાળી પ્રતિક્રિયા માટે 28.4 kJ/g વપરાશ મળ્યો હતો (70 W ચોખ્ખી ઊર્જાની નિર્ગમ શક્તિ ધરાવતો અલ્ટ્રાસોનિક હોર્ન). આના પરિણામે સોનોકેમિકલ રીતે ચલાવાતી ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયામાં 99% ઊર્જાની બચત થાય છે. આ તમામ અવલોકનો પ્રબળપણે સૂચવે છે કે ડીપ યુટેક્ટિક દ્રાવકો (DES) અને અલ્ટ્રાસોનિક વિકિરણનો સંયુક્ત ઉપયોગ ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયા જેવી મહત્વપૂર્ણ સંશ્લેષણ પ્રક્રિયાઓ માટે કાર્યક્ષમ અને ઊર્જા બચાવતી પદ્ધતિ છે. (Marullo et al., 2020)

સોનિકેશન સાથે વિવિધ ડીપ યુટેક્ટિક દ્રાવકોના સંયોજનની અસર

અલ્ટ્રાસોનિક રીતે પ્રોત્સાહિત ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયા માટે શ્રેષ્ઠ પરિણામો ત્યારે મળ્યાં, જ્યારે ડીપ યુટેક્ટિક દ્રાવકો [ChCl]:[Fru] અને [TBACl]:[EG] નો દ્રાવકો તરીકે ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો. [ChCl]:[Fru] અને [TBACl]:[EG] નો દ્રાવકો તરીકે ઉપયોગ કરવાથી પ્રતિક્રિયાના સમયમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થયો અને ઊપજમાં પણ નોંધપાત્ર સુધારો થયો ( [TBACl]:[EG] માટે 73% અને 87%, અને [ChCl]:[Fru] માટે સોનિકેશન વિનાની અને સોનોકેમિકલ પરિસ્થિતિઓમાં અનુક્રમે 23 અને 75%).
કેટલાક કિસ્સાઓમાં, એટલે કે જ્યારે [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly], અને [AcChCl]:[EG] નો દ્રાવકો તરીકે ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ઊપજ સોનિકેશન વિનાની પરિસ્થિતિઓમાં મળતી ઊપજ સાથે તુલનીય હોય છે, પરંતુ સોનિકેશનથી રાસાયણિક પ્રક્રિયાના દરમાં હજી પણ અત્યંત મોટો સુધારો થાય છે.
આયનિક પ્રવાહીઓ (ILs) જેવા ઓછું બાષ્પદબાણ ધરાવતા અને શ્યાન દ્રાવકો સાથે સોનિકેશન ખૂબ સારી રીતે કાર્ય કરે છે, કારણ કે આ પરિસ્થિતિઓ વધુ તીવ્ર કેવિટેશન અસરો ઉત્પન્ન થવામાં સહાય કરે છે. ડીપ યુટેક્ટિક દ્રાવકોના ભૌતિક ગુણધર્મો આયનિક પ્રવાહીઓ જેવા હોવાથી, તેમનો અલ્ટ્રાસોનિકેશન સાથે યોગ્ય રીતે ઉપયોગ કરી શકાય છે. ડીપ યુટેક્ટિક દ્રાવકો (DES) અને સોનિકેશનની સંયુક્ત ક્રિયા ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયાની ઊર્જાની જરૂરિયાત નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે. ખૂબ સારી ઊપજ મળવાની સાથે પ્રતિક્રિયાના સમયમાં 24 h થી 70 min સુધીનો નોંધપાત્ર ઘટાડો જોવા મળે છે. પ્રક્રિયા કાર્યક્ષમતાની દૃષ્ટિએ, આનો અર્થ એ છે કે ડીપ યુટેક્ટિક દ્રાવકો (DES) અને અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો સંયુક્ત ઉપયોગ સોનિકેશન વિનાની પરિસ્થિતિઓની સરખામણીમાં 10 ગણી સામગ્રી પર પ્રક્રિયા કરવાની સુવિધા આપે છે. (Marullo et al., 2020)

ઓક્સાબાઇસાયક્લિક આલ્કીન્સની અલ્ટ્રાસોનિક ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયા

Wei અને સહકર્મીઓએ (2004) દર્શાવ્યું હતું કે ડાઇમિથાઇલ એસિટિલીનડાઇકાર્બોક્સિલેટ (DMAD) અને ડાઇમિથાઇલ મેલિએટ જેવા સક્રિય ડાયીનોફાઇલ્સ સાથે પ્રતિસ્થાપિત ફ્યુરાન્સની અલ્ટ્રાસોનિકેશનથી પ્રોત્સાહિત ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયાએ સારી ઊપજમાં કાર્યાત્મક સમૂહો ધરાવતા ઓક્સાબાઇસાયક્લિક આલ્કીન્સ આપ્યા હતા. DMAD સાથે 2-વિનાઇલિક ફ્યુરાન્સના સ્થાનવિશિષ્ટ ફ્યુરાનો ડીલ્સ–આલ્ડર ચક્રીય યોગશીલનની અલ્ટ્રાસોનિક રીતે પ્રોત્સાહિત પ્રતિક્રિયાએ સારી ઊપજમાં કાર્યાત્મક સમૂહો ધરાવતા ઓક્સાબાઇસાયક્લિક આલ્કીન્સ આપ્યા હતા.

સોનોકેમિકલ રીતે સુધારેલી ચક્રીય યોગશીલન પ્રતિક્રિયાઓ

Bravo અને સહકર્મીઓએ (2006) પ્રતિક્રિયા માધ્યમ તરીકે ઇમિડાઝોલિયમ આધારિત આયનિક પ્રવાહીમાં કાર્બોનિલ ડાયીનોફાઇલ્સ સાથે સાયક્લોપેન્ટાડાયીન અથવા 1,3-સાયક્લોહેક્સાડાયીનનો સમાવેશ કરતી સોનોકેમિકલ ચક્રીય યોગશીલન પ્રતિક્રિયાઓની શ્રેણી વર્ણવી હતી. તેમણે દર્શાવ્યું હતું કે અલ્ટ્રાસોનિકેશન આ ચક્રીય યોગશીલન પ્રતિક્રિયાઓમાં અસરકારક રીતે સુધારો કરે છે, જેના પરિણામે અનુરૂપ સોનિકેશન વિનાની પ્રતિક્રિયાઓની સરખામણીમાં વધુ ઊપજ મળે છે અને/અથવા પ્રતિક્રિયાનો સમય ઘટે છે. દાખલા તરીકે, મિથાઇલ વિનાઇલ કીટોન અથવા એક્રોલીન જેવા સરળ α,β-અસંતૃપ્ત ડાયીનોફાઇલ્સ માટે અલ્ટ્રાસોનિક સક્રિયકરણની અસરો સ્પષ્ટ છે. ઉદાહરણ તરીકે, મિથાઇલ વિનાઇલ કીટોન હળવા સોનિકેશનના 1 h ની અંદર 89% ઊપજ આપે છે, જ્યારે સોનિકેશન વિનાની પ્રતિક્રિયાએ એટલા જ પ્રતિક્રિયા સમયમાં માત્ર 52% ઊપજ આપી હતી.

સોનોકેમિકલ રીતે પ્રોત્સાહિત ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયાઓ માટે કોઈપણ કદનાં અલ્ટ્રાસોનિકેટરો

Hielscher Ultrasonics સંશ્લેષણ અને ઉત્પ્રેરણ પ્રતિક્રિયાઓ જેવી રાસાયણિક પ્રણાલીઓમાં એકીકરણ માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ પ્રકારના હોમોજેનાઇઝરો અને સોનોકેમિકલ સાધનોની રચના, ઉત્પાદન અને વિતરણ કરે છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરોનો રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓને પ્રોત્સાહિત કરવા, તીવ્ર બનાવવા, વેગ આપવા અને સુધારવા માટે વિશ્વભરમાં વિશ્વસનીય સાધન તરીકે ઉપયોગ થાય છે.
બેચ અને પ્રવાહી પ્રવાહ આધારિત રસાયણશાસ્ત્રના ઉપયોગો માટે Hielscher Ultrasonics કંપનીના અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરો નાનાં પ્રયોગશાળા ઉપકરણોથી લઈને મોટા ઔદ્યોગિક પ્રોસેસરો સુધી કોઈપણ કદમાં ઉપલબ્ધ છે. સોનોકેમિકલ ઉપયોગો માટેના સૌથી મહત્વપૂર્ણ પરિમાણ – અલ્ટ્રાસોનિક કંપનવિસ્તાર – નું ચોક્કસ સમાયોજન Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરોને ઓછાથી લઈને અત્યંત ઊંચા કંપનવિસ્તારે ચલાવવાની અને ચોક્કસ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા પ્રણાલીની જરૂરી અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા પરિસ્થિતિઓ અનુસાર કંપનવિસ્તારનું બારીક સમાયોજન કરવાની સુવિધા આપે છે.
Hielscher કંપનીનું અલ્ટ્રાસોનિક જનરેટર સ્વચાલિત ડેટા નોંધણી ધરાવતા સ્માર્ટ સોફ્ટવેરથી સજ્જ છે. ઉપકરણ ચાલુ થતાં જ અલ્ટ્રાસોનિક ઊર્જા, તાપમાન, દબાણ અને સમય જેવાં તમામ મહત્વપૂર્ણ પ્રક્રિયા પરિમાણો આંતરિક SD-કાર્ડ પર આપમેળે સંગ્રહિત થાય છે.
સતત પ્રક્રિયા માનકીકરણ અને ઉત્પાદનની ગુણવત્તા માટે પ્રક્રિયાનું નિરીક્ષણ અને ડેટા નોંધણી મહત્વપૂર્ણ છે. આપમેળે નોંધાયેલા પ્રક્રિયા ડેટાનો ઉપયોગ કરીને તમે અગાઉના સોનિકેશન પ્રક્રિયા ચક્રોની સમીક્ષા કરી શકો છો અને પરિણામનું મૂલ્યાંકન કરી શકો છો.
અમારી ડિજિટલ અલ્ટ્રાસોનિક પ્રણાલીઓની બીજી વપરાશકર્તાને અનુકૂળ સુવિધા બ્રાઉઝર દ્વારા દૂરસ્થ નિયંત્રણ છે. બ્રાઉઝર દ્વારા દૂરસ્થ નિયંત્રણનો ઉપયોગ કરીને તમે કોઈપણ સ્થળેથી તમારા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરને દૂરથી ચાલુ કરી શકો છો, બંધ કરી શકો છો, સમાયોજિત કરી શકો છો અને તેનું નિરીક્ષણ કરી શકો છો.
અમારા ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝરો ડીલ્સ–આલ્ડર પ્રતિક્રિયાઓ, મેનિખ પ્રતિક્રિયાઓ અથવા માઇકલ યોગશીલન સહિતની તમારી અનેક કાર્બનિક સંશ્લેષણ પ્રતિક્રિયાઓને કેવી રીતે સુધારી શકે છે તે વિશે વધુ જાણવા હવે અમારો સંપર્ક કરો!

નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરોની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો ખ્યાલ આપે છે: