סינתזת פוליאול באמצעות טרנסאסטריפיקציה קולית

פוליאולים הם אסטרים סינתטיים המיוצרים בעיקר באמצעות טרנסאסטריפיקציה של טריגליצרידים משמנים צמחיים או שומנים מן החי. פוליאולים אלה הם חומר גלם לייצור פוליאוריתנים, חומרי סיכה ביולוגיים וקמיקה אחרת. Ultrasonication משמש כדי לשפר את תגובות transesterification על ידי הפעלת כוחות גזירה אינטנסיביים ואנרגיה תרמית. אולטרסאונד והשפעותיו הסונוכימיות מספקים אנרגיית תגובה ומסייעים להתגבר על מגבלות העברת המסה. בכך, סוניקציה משפרת באופן משמעותי את מהירות הטרנסאסטריפיקציה, התפוקה והיעילות הכוללת.

טרנסאסטריפיקציה בסיוע אולטרסאונד

תגובות טרנסאסטריפיקציה הן אחד מנתיבי הסינתזה החשובים ביותר והן נמצאות בשימוש נרחב כטכניקה יעילה להמרת שמנים צמחיים לתחליפי מוצרי נפט. סונו-סינתזה (גם סינתזה סונוכימית, שהיא סינתזה כימית המקודמת באמצעות אולטרסאונד בעל ביצועים גבוהים), ידועה בהשפעותיה המועילות על טרנסאסטריפיקציה, כמו גם על תהליכים כימיים אחרים.

סינתזת פוליאול בת-קיימא משמנים צמחיים באמצעות אולטרסאונד

חומצות שומן צמחיות, כלומר שמנים צמחיים, הן חומר גלם זמין ומתחדש וניתן להשתמש בהן להכנת פוליאולים ופוליאוריתנים על בסיס ביולוגי. היישום של אולטרסאונד כוח יוצר השפעות סונוכימיות חיוביות, אשר להאיץ באופן משמעותי את התגובה הקטליטית של transesterification. בנוסף, סוניקציה משפרת את התפוקה של פוליאולים מסונתזים כאשר אנרגיית הערבוב האינטנסיבית של קוויטציה אקוסטית מתגברת על מגבלת העברת המסה. תגובות טרנסאסטריפיקציה על-קוליות ידועות כפועלות ביעילות עם פחות אלכוהול וזרז כמו תגובות טרנסאסטריפיקציה קונבנציונליות. זה מוביל ליעילות כוללת משופרת על ידי ultrasonication.

סינתזה קולית של חומר סיכה ביולוגי מבוסס אסטר pentaerythritol

אסטר Pentaerythritol יכול להיות מסונתז ביעילות משמן לפתית באמצעות תהליך סונוכימי דו-שלבי כפי שהודגם על ידי צוות המחקר של Arumugam. במחקר האופטימיזציה שלהם, החוקרים השתמשו באולטרסאונד Hielscher UP400St (ראה תמונה משמאל). בטרנסאסטריפיקציה הראשונה המקודמת סונוכימית, שמן לפתית מגיב עם מתנול למתיל אסטר. בשלב הטרנסאסטריפיקציה השני, אסטר המתיל מגיב עם קסילן וזרז לפנטאריתריטול אסטר. החוקר התמקד אופטימיזציה של פרמטרים תהליך קולי על מנת לשפר את התשואה ואת היעילות הכוללת של סינתזת אסטר pentaerythritol תחת אולטרסאונד. תפוקה משופרת של 81.4% של אסטר פנטאריתריטול הושגה עם פולס קולי של 15 שניות, משרעת קולית של 60%, ריכוז זרז של 1.5 wt%, וטמפרטורת התגובה של 100 מעלות צלזיוס. לבקרת איכות, אסטר pentaerythritol מסונתז sonochemical הושווה עם שמן מדחס כיתה סינתטי. לסיכום, המחקר מציע כי תהליך טרנסאסטריפיקציה עוקבת המקודם באולטרסאונד הוא שיטה יעילה להחליף את תהליך הטרנסאסטריפיקציה העוקב הקונבנציונלי לסינתזה של חומר סיכה ביולוגי מבוסס אסטר פנטאריתריטול. היתרונות העיקריים של תהליך transesterification קולי הם תפוקות מוגברות של אסטר pentaerythritol, זמן תגובה מקוצר וטמפרטורות תגובה נמוכות משמעותית. (ראה: Arumugam et al., 2019)

טרנסאסטריפיקציה דו-שלבית מוגברת של שמן לפתית לאסטר פנטאריתריטול.
(עובד מתוך Arumugam et al., 2019)

אסטרים אצטליים מחומשים באמצעות סינתזה קולית

צוות המחקר של Kurniawan סינתז שלושה אסטרים אצטיים מחומשים באמצעות שיטה סונוכימית תוך שימוש בעקרונות הכימיה הירוקה. סוניקציה שימשה לקידום שני שלבים כימיים:

1. אסטריפיקציה של 9,10-dihydroxyoctadecanoic חומצה
2. אצטליזציה של אלקיל 9,10-dihydroxyoctadecanoate

על מנת לייצר את האסטרים של אלקיל 9,10- דיהידרוקסיסטארט נדרשים שני שלבים והתקבלו תשואות של 67-85%. לצורך הערכת יעילות, השיטה הסונוכימית הושוותה לטכניקת הריפלוקס הקונבנציונלית. יתר על כן, זרזים הומוגניים וחומצה מוצקה, כלומר חומצה גופרתית (H2SO4), בנטוניט טבעי, H-bentonite, שימשו כדי לקבוע את ההשפעה והיעילות של זרזים שונים. נמצא כי אסטריפיקציה סונוכימית של חומצה המזורזת על ידי H-בנטוניט נתנה למוצרים תפוקה של עד 70% בזמן תגובה קצר פי 3 משיטת הריפלוקס, וזה מדהים. שלב האצטליזציה הסופי עם n-pentanal בנוכחות H-bentonite באמצעות אולטרסוניקציה העניק שלוש נגזרות דיוקסולן שמקורן מחומש בתשואות של 69-85%, שהן גבוהות יותר מהשיטה הקונבנציונלית. שיטת הריפלוקס דרשה זמן תגובה ארוך יותר מהשיטה הסונוכימית מכיוון שסינתזה קולית דרשה רק 10-30 דקות. בנוסף לזמן התגובה הקצר משמעותית תחת סוניקציה, התקבלה תפוקה יוצאת דופן של כל אסטר בשיטה הסונוכימית.
החוקר חישב גם כי דרישות האנרגיה של התגובה הסונוכימית נמוכות בערך פי 62 מזו של השיטה הקונבנציונלית. זה מפחית עלויות וידידותי לסביבה.
בחינת התכונות הפיזיקוכימיות של כל מוצר גילתה כי מתיל 8-(2-butyl-5-octyl-1,3-dioxolan-4-yl)octanoate הוא חומר סיכה ביולוגי חדשני פוטנציאלי עם הפונקציות להחליף חומרי סיכה נפוצים. (ראה: Kurniawan et al., 2021)

טרנסאסטריפיקציה של אסטרים Pentaerythryl באמצעות אולטרסאונד

אסטרים Pentaerythryl ניתן להשיג משמנים צמחיים כגון חמניות, פשתן, שמן jatropha. צוות המחקר של הקב"ה הדגים את הסינתזה של חומרי סיכה מבוססי ביולוגיה באמצעות טרנסאסטריפיקציה עוקבת של זרזי בסיס הכוללת שני שלבי טרנסאסטריפיקציה. הם הדגימו את היתכנות הסינתזה באמצעות שמן חמניות, פשתן וג'טרופה. בשלב הראשון, השמנים הומרו לאסטרי המתיל המתאימים. בתהליך השני, אסטרי המתיל הומרו לאסטרי פנטאריתריל על ידי פעולה של פנטאריתריטול כפי שמוצג בתכנית הבאה: (ראה: Hashem et al., 2013)

לאחר טרנסאסטריפיקציה של שמן צמחי למתיל אסטר, אסטרי המתיל מומרים לאסטרי פנטאריתריל על ידי פעולה של פנטאריתריטול כפי שמוצג בתכנית לעיל.
(ראה: ה' ואח', 2013)

ההשפעות המשפרות את התגובה המשמעותית של אולטרה-סוניקציה על טרנסאסטריפיקציה מוכחות מדעית וכבר מאז עשרות שנים אומצו באופן תעשייתי. הדוגמה הבולטת ביותר לטרנססטריפיקציה משופרת באולטרסאונד היא המרה של שמנים ושומנים לחומצת שומן מתיל אסטר (FAME), המכונה ביודיזל.
קרא עוד על טרנסאסטריפיקציה בעזרת אולטרסאונד של שמנים ושומנים (פסולת) לביודיזל!

בדיקות קוליות וכורים עבור Transesterification וסינתזות כימיות אחרות

Hielscher Ultrasonics הוא המומחה שלך כשמדובר Ultrasonicators מתוחכם ביצועים גבוהים עבור תגובות סונוכימיות. Hielscher מתכננת, מייצרת ומפיצה אולטרסאונד ואביזרים בהספק גבוה כגון גשושיות (סונוטרודים), כורים ותאי זרימה בכל גודל ומספקת מעבדות כימיות כמו גם מתקני ייצור כימיים בקנה מידה תעשייתי. מ מעבדה קומפקטית התקנים קוליים כדי בדיקות קולי תעשייתי כורים, Hielscher יש את המערכת קולי האידיאלי עבור התהליך שלך. עם ניסיון רב שנים ביישומים כגון סונו-קטליזה וסונו-סינתזה, הצוות המיומן שלנו ימליץ לך על ההתקנה המתאימה ביותר לדרישות שלך.
Hielscher Ultrasonics מייצרת מערכות קוליות ביצועים גבוהים של חוסן גבוה מאוד מסוגל לספק גלי אולטרסאונד אינטנסיבי מאז כל Ultrasonicators תעשייתי Hielscher יכול לספק אמפליטודות גבוהות מאוד בפעולה מתמשכת (24/7). מערכות האולטרסאונד החזקות כמעט ולא דורשות תחזוקה והן בנויות להפעלה. זה עושה Hielscher ציוד קולי אמין עבור יישומים כבדים בתנאים תובעניים. סונוטרודים מיוחדים לטמפרטורה גבוהה או כימיקלים קשים מאוד זמינים גם כן.
האיכות הגבוהה ביותר – עוצב ויוצר בגרמניה: כל הציוד מתוכנן ומיוצר במטה שלנו בגרמניה. לפני המסירה ללקוח, כל מכשיר קולי נבדק בקפידה תחת עומס מלא. אנו שואפים לשביעות רצון הלקוחות והייצור שלנו בנוי לעמוד באבטחת האיכות הגבוהה ביותר (למשל, הסמכת ISO).

הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו: