היגישר טכנולוגיית אולטרה סאונד

אולטרסונית מושרה וקטליזה העברה שלב משופר

אולטרסאונד בעצמה הגבוה ידוע על תרומתה תגובות כימיות שונות. זהו מה שמכונה סונוכימיה. תגובות הטרוגניות - ובמיוחד תגובות העברת פאזה - הם מאוד שדות פוטנציאל יישום עבור אולטרסאונד כוח. בשל האנרגיה המכאנית ו sonochemical להחיל את ריאגנטים, תגובות ניתן לקבל יזם, מהירות תגובה ניתן לשפר באופן משמעותי, כמו גם שיעורי המרה גבוהות יותר, תשואות גבוהות יותר, ומוצרים טובים יותר יכולים להיות מושגת. מדרגיות לינארית של אולטרסאונד ואת הזמינות של קולי אמין תַעֲשִׂיָתִי ציוד להפוך טכניקה זו פתרון מעניין עבור ייצור כימי.
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

תא קולי זכוכית Flow

קטליזה בשלב ההעברה

שלב העברת קטליזה (PTC) היא צורה מיוחדת של קטליזה הטרוגנית הידועה מתודולוגיה מעשית לסינתזה אורגנית. באמצעות זרז העברת שלב, זה הופך להיות אפשרי solubilize יונים reactants, אשר מסיסים לעתים קרובות בשלב מימית אך מסיסים בשלב אורגני. פירוש הדבר PTC הוא פתרון חלופי כדי להתגבר על בעיית ההטרוגניות בתגובה שבה אינטראקציה בין שני חומרים הממוקמים בשלבים שונים של תערובת הוא עכבות בגלל חוסר יכולת של ריאגנטים לבוא יחד. (Esen et al. 2010) היתרונות הכלליים של קטליזה העברת שלב הם המאמצים הקטנים להכנת, נהלים ניסיוניים פשוטים, תנאי תגובה קלה, שיעורי תגובה גבוהה, selectivities גבוהה, ושימוש ריאגנטים זולים וסביבה, כגון אמוניום רבעוני מלחים וממסים, ואפשרות לערוך תכשירים בקנה מידה גדול (Ooi et al., 2007).
מגוון תגובות נוזל-נוזל-מוצק לנוזל כבר התעצם ועשה סלקטיבית באמצעות העברת שלב פשוט (PT) זרזים כגון quats, גליקול-400 פוליאתילן, וכו ', אשר מאפשרת מינים יוניים שיש להעבירו מן שלב מימי שלב אורגני. לכן, הבעיות הקשורות מסיסות נמוכה מאוד של המגיבים האורגניים בשלב המימי ניתן להתגבר. בענפי הדברה ותרופות, PTC משמש בהרחבה שינתה את יסודות העסק. (שתרמה 2002)

אולטרסאונד Power

היישום של אולטרסאונד כוח הוא כלי ידוע כדי ליצור מאוד בסדר אמולסיות. בכימיה כגון מאוד תחליבים בסדר-גודל משמשים כדי לשפר תגובות כימיות. משמעות הדבר היא כי שטח המגע interfacial בין שניים או יותר immiscible נוזלים הופך מוגדל באופן דרמטי ומספק ובכך טוב יותר, שלם יותר ו / או מהיר יותר במהלך התגובה.
עבור קטליזה בשלב ההעברה – זהה עבור תגובות כימיות אחרות - אנרגיה קינטית מספיק נחוץ כדי להתחיל את התגובה.
יש לכך השפעות חיוביות שונות לגבי התגובה הכימית:

  • תגובה כימית אשר בדרך כלל לא מתרחשת בגלל האנרגיה הקינטית שלה הנמוכה יכולה להתחיל על ידי ultrasonication.
  • יכול להיות מואץ תגובות כימיות ידי PTC ultrasonically בסיוע.
  • הימנעות מוחלטת של זרז העברת פאזה.
  • חומרי גלם ניתן להשתמש יותר יעילים.
  • חלקי פנים יכול להיות מופחת.
  • החלפת בסיס חזק מסוכן עתירת עלות עם בסיס אורגני זול.

על ידי שפעות אלו, PTC הנה מתודולוגיה כימית תסולא בפז עבור סינתזה אורגנית משני ועוד immiscible מגיב: קטליזה העביר שלב (PTC) מאפשרת להשתמש בחומר גלם של תהליכים כימיים בצורה יעילה יותר כדי לייצר יותר חסכוני. השיפור של תגובות כימיות על ידי PTC הוא כלי חשוב עבור ייצור כימי כי ניתן לשפר על ידי שימוש אולטרסאונד דראמטי.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Cavitation ב נוזלים

דוגמאות לתגובות PTC קידם באולטרסאונד

  • סינתזה של N החדש" - (4,6-disubstituted-פירימידין-2-י.ל) -N- (5-aryl-2-furoyl) נגזרים thiourea באמצעות PEG-400 תחת ultrasonication. (קן et al. 2005)
  • הסינתזה סייעה באולטרסאונד של חומצת mandelic ידי PTC ב- נוזלים יוניים מציגה שיפור משמעותי בתשואות תגובה בתנאי סביבה. (הואה ואח '. 2011)
  • קובו ואח '. (2008) מדווחים על C-אלקילציה של phenylacetonitrile סייעה באולטרסאונד בסביבה ממס חינם. ההשפעה של אולטרסאונד על מנת לקדם את התגובה יוחסה באזור interfacial הגדול מאוד בין שני שלבי הנוזלי. Ultrasonication התוצאה היא שיעור התגובה הרבה יותר מהר מאשר ערבוב מכני.
  • Sonication במהלך התגובה של פחמן טטרא עם מגנזיום עבור הדור של תוצאות dichlorocarbene ב תשואה גבוהה יותר של dichlorocyclopropane פנינה בנוכחות אולפינים. (Lin et al. 2003)
  • אולטראסאונד מספק האצת התגובה Cannizzaro של P-chlorobenzaldehyde בתנאי העברת פאזה. מבין שלושה זרזי שלב העברה – כלוריד benzyltriethylammonium (TEBA), Aliquat ו 18-כתר-6 -, אשר נבדקו על ידי Polácková ואח. (1996) TEBA נמצאה להיות היעיל ביותר. Ferrocenecarbaldehyde ו P-dimethylaminobenzaldehyde נתן, בתנאים דומים, 1,5-diaryl-1,4-pentadien-3-אלה כמוצר העיקרי.
  • לין-שיאו et al. (1987) הראה כי השילוב של ultrasonication ו PTC מקדם ביעילות דור dichlorocarbene מ כלורופורם בזמן קצר יותר עם תשואה טובה יותר ופחות כמות הזרז.
  • יאנג et al. (2012) חקרו את הירוקים, סינתזה ultrasonically בסיוע של בנזיל 4-hydroxybenzoate באמצעות 4,4'-BIS (tributylammoniomethyl) -1,1'-biphenyl dichloride (QCl2כמו זרז). על ידי שימוש QCl2, הם פתחו קטליזה שלב העברה כפול באתר רומן. קטליזה מוצק לנוזל שלב-העברה זו (SLPTC) בוצע כפי תהליך אצווה עם ultrasonication. תחת sonication אינטנסיבי, 33% של Q2 הוסיף + המכיל 45.2% של Q (Ph (OH) COO)2 העביר לשלב האורגני להגיב עם ברומיד בנזיל, ומכאן שיעור התגובה הכולל היה משופר. שיעור תגובה השתפר זה הושג 0.106 דקות. אני לא מבין תחת 300W של קרינה אולטרא, תוך sonication ללא שיעור .0563 דקות. אני לא מבין נצפה. ובכך, אפקט סינרגיסטי של זרז כפול באתר שלב-העברה עם אולטרסאונד קטליזה בשלב ההעברה הודגמה.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

תמונה 1: The UP200Ht הוא homogenizer קולי 200 וואט עוצמה

שיפור אולטרסאונד של תגובת העברת שלב אסימטרית

במטרה לבסס שיטה מעשית עבור סינתזה אסימטרית של חומצות אמינו א-ונגזרותיהם Maruoka ו Ooi (2007) חקרו "אם את התגובתיות של מלחי אמוניום רבעוני כיראליות N-ספירו יכול להיות משופרת ומבנים שלהם פשוטה. מאז קרינה אולטרא מייצרת הומוגניות, כלומר, מאוד עדין אמולסיות, זה מגדיל את שטח interfacial מאוד שעליו התגובה יכולה להתרחש, אשר יכול לספק אצה בקצב משמעותית התגובות הנוזלות נוזלי שלב ההעברה. ואכן, sonication של תערובת התגובה של 2, יודיד מתיל, ו (S, S) למקטע -naphtyl (1% mol) טולואן / 50% KOH מימית ב 0 degC עבור 1 h הולידה המוצר אלקילציה המקביל ב 63% להניב עם 88% EE; התשואה הכימית enantioselectivity היו דומים לאלו מתגובה שבצעה ערבוב פשוט של התערובת במשך שמונה שעות (0 degC, 64%, 90% EE) ". (Maruoka ואח 2007;.. p 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

תוכנית 1: ultrasonication משפר את קצב התגובה במהלך סינתזה אסימטרית של חומצות אמינו α-[Maruoka ואח. 2007]

סוג תגובה נוספת של קטליזה אסימטרית הוא תגובת מיכאל. תוספת מיכאל של diethyl n-acetyl-aminomalonate כדי chalcone מושפעת באופן חיובי על ידי ultrasonication שתוצאתו גידול של 12% מהתשואה (מ 72% שהושגו במהלך התגובה שותק עד 82% מתחת ultrasonication). זמן התגובה הוא שש פעמים מהר יותר תחת אולטרסאונד כוח לעומת התגובה בלי אולטרסאונד. עודף enantiomeric (EE) לא השתנה והיה לשני התגובות - עם ובלי אולטרסאונד - ב 40% EE. (מירזה-Aghayan et al. 1995)
Li et al. (2003) הדגים כי תגובת מיכאל של chalcones כמו acceptors עם תרכובות מתילן פעילות שונות כגון malonate diethyl, nitromethane, cyclohexanone, acetoacetate אתיל acetylacetone כתורמות מזורזות על ידי KF / תוצאות אלומינה בסיסיות adducts בתשואה גבוהה תוך זמן קצר תחת אולטרסאונד הַקרָנָה. במחקר אחר, Li et al. (2002) הראו את הסינתזה ultrasonically בסיוע המוצלחת של chalcones מזורזת על ידי KF-אל2הו3.
תגובות PTC אלה מעל מופע מגוון קטן בלבד של הפוטנציאל ואת אפשרויות של קרינת אולטרא.
הבדיקה וההערכה של אולטרסאונד בנוגע שיפורים אפשריים PTC היא מאוד פשוט. מכשירי מעבדה אולטרסאונד כגון Hielscher של Uf200 ः t (200 וואט) ומערכות הספסל העליון כגון Hielscher של UIP1000hd (1000 ואט) לאפשר ניסויים ראשונים. (ראה תמונה 1 ו 2)
Ultrasonic השתפר אסימטרי בנוסף מיכאל (לחץ להגדלה!)

תוכנית 2: אולטרסונית סייעה בנוסף מיכאל אסימטרי של diethyl N- אצטיל-aminomalonate כדי chalcone [טורוק ואח '. 2001]

ייצור יעיל מתחרה על השוק הכימי

באמצעות קטליזה העברת שלב קולית תוכל להרוויח יתרונות מועילים שונים אחד או יותר:

  • אתחול של תגובות שאינן אחרת לא ריאלי
  • עלייה של התשואה
  • לקצץ ממסים יקרים, נטולי מים, aprotic
  • הפחתת זמן תגובה
  • טמפרטורות תגובה נמוכות
  • הכנה פשוטה
  • השימוש מתכת מימית אלקלי במקום alkoxides מתכת אלקלית, אמיד נתרן, הידריד נתרן או נתרן מתכתי
  • שימוש בחומרי גלם זולים, במיוחד אוקסידנטים
  • משמרת של סלקטיביות
  • שינוי של יחסי המוצר (לדוגמה O- / C-אלקילציה)
  • בידוד וטיהור מפושט
  • להגדיל את התשואה על ידי דיכוי תגובות לוואי
  • פשוט, בהיקף של עד ליניארי לרמת ייצור תעשייתי, אפילו עם תפוקה גבוהה מאוד
UIP1000hd הספסל העליון אולטרסאונד Homogenizer

התקנה עם מעבד קולי 1000W, תא זרימה, מכל ומשאבה

בדיקות פשוט חסר סיכון של תופעות אולטרסאונד לכימיה

כדי לראות כיצד משפיע אולטרסאונד ספציפי חומרים ותגובות, בדיקות היתכנות ראשונות יכולות להתנהל בקנה מידה קטנה. ידניים או לעמוד-רכוב מכשירים במעבדה בטווח של 50 עד 400 וואט לאפשר sonication של דגימות קטנות ובינוניות בכוס. אם התוצאות הראשונות להראות הישגים פוטנציאליים, התהליך יכול שפותח אופטימיזציה the-top הספסל עם מעבד קוליים תעשייתי, למשל, UIP1000hd (1000W, 20kHz). ספסל העליון הקוליות של Hielscher מערכות עם 500 וואט ל 2000 וואט הם מכשירים אידיאליים עבור R&D ואופטימיזציה. מערכות אולטראסאונד אלה - מיועד כוס sonication מוטבעת – לתת שליטה מלאה על פרמטר התהליך החשוב ביותר: משרעת, לחץ, טמפרטורה, צמיגות, וריכוז.
השליטה המדויקת על הפרמטרים מאפשרת שחזור מדויק ויכולת הרחבה ליניארי התוצאות שהושגו. לאחר בדיקת setups השונה, בתצורה תימצא הטובה ניתן להשתמש כדי להפעיל ברציפות (24h / 7d) בתנאי ייצור. The-Control PC האופציונלית (ממשק תוכנה) גם מקלה את ההקלטה של ​​הניסויים הבודדים. עבור sonication של נוזלים או ממיסים דליקים בסביבות מסוכנות (ATEX, FM) את UIP1000hd זמין בגרסת ATEX המוסמכת: UIP1000-Exd.

יתרונות כלליים מן ultrasonication בכימיה:

  • תגובה עשויה להיות מואצת או פחות תנאים מכריחים עשויים להידרש אם sonication מוחל.
  • תקופות אינדוקציה קרובה מופחתות באופן משמעותי וכך גם exotherms הקשורים בדרך כלל עם תגובות כאלה.
  • תגובות Sonochemical לרוב ביוזמת אולטרסאונד ללא צורך התוספים.
  • מספר צעדים נדרשים בדרך כלל מסלול סינתטי יכול לפעמים להיות מופחת.
  • במצבים מסוימים תגובה יכולה להיות מופנית אל נתיב חלופי.

צור קשר / בקש מידע נוסף

דבר איתנו על דרישות העיבוד שלך. נמליץ פרמטרי ההתקנה ועיבוד המתאימים ביותר עבור הפרויקט שלכם.





הינכם מתבקשים לשים לב מדיניות פרטיות.


ספרות / הפניות

  1. Esen, ואח אילקר. (2010): שרשרת ארוכה שלב Dicationic עבר זרזי תגובות העיבוי של ארומטי אלדהידים בתוקף אולטרסאונד מים תחת. עלון של האגודה הכימית הקוריאני 31/8, 2010; עמ. 2289-2292.
  2. הואה, ש ואח. (2011): אולטרסונית-קדם סינתזה של חומצת mandelic ידי קטליזה העביר שלב נוזל יוני. ב: אולטרסוניקה sonochemistry Vol. 18/5, 2011; עמ. 1035-1037.
  3. Li, J.-T. ואח '. (2003): תגובת מיכאל מזורזת על ידי KF / אלומינה בסיסית תחת קרינה אולטרה-סאונד. אולטרסוניקה sonochemistry 10, 2003. עמ. 115-118.
  4. לין, ואח Haixa. (2003): נוהל קליל עבור הדור של Dichlorocarbene מן התגובה של פחמן טטרא ו מגנזיום באמצעות הקרנת אולטרה סאונד. ב: 8 מולקולות, 2003; עמ. 608 -613.
  5. לין-שיאו, שו ואח '. (1987): שיטה מעשייה רומן עבור הדור של dichlorocebene ידי הקרנה קולית ו קטליזה בשלב העברה. ב: Acta Chimica Sinica, Vol. 5/4, 1987; עמ. 294-298.
  6. קן, שאו-יונג ואח '. (2005): העברת שלב מזורזת סינתזה תחת קרינה ו ביולוגי קוליות של N" - (4,6-disubstituted-פירימידין-2-י.ל) -N- (5-aryl-2-furoyl) נגזר thiourea. ב: הודי Journal of כרך לכימיה. 44B, 2005; עמ. 1957-1960.
  7. קובו, ואח מסאקי. (2008): קינטיקה של מרכך חינם C-אלקילציה של Phenylacetonitrile באמצעות הקרנת אולטרה סאונד. הנדסה כימית Journal יפן, Vol. 41, 2008; עמ. 1031-1036.
  8. Maruoka, ואח קייג'י. (2007): ההתקדמות שחלה באחרונה קטליזה Phase-העברת אסימטרית. ב: Angew. Chem. Int. אד., Vol. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; עמ. 4222-4266.
  9. מייסון, ואח טימותי. (2002): Applied sonochemistry: השימושים של אולטרסאונד כוח בכימיה ועיבוד. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  10. מירזה-Aghayan, M. et al (1995): אפקטי הקרנת אולטרסאונד על תגובת מיכאל אסימטרית. ארבעון: אסימטריה 6/11, 1995; עמ. 2643-2646.
  11. Polácková, Viera ואח. (1996): אולטראסאונד-קדם Cannizzaro תגובה בתנאי שלב העברה. ב: אולטרסוניקה sonochemistry Vol. 3/1, 1996; עמ. 15-17.
  12. שארמה, M. M. (2002): אסטרטגיות של ניהול התגובות בקנה מידה קטן. הנדסת סלקטיביות התעצמות תהליך. ב: Pure יישומית כימיה, Vol. 74/12, 2002; עמ. 2265-2269.
  13. טורוק, B. et al. (2001): תגובות אסימטרית ב sonochemistry. אולטרסוניקה sonochemistry 8, 2001; עמ. 191-200.
  14. וואנג, ואח מאו-לינג. (2007): סייעו אולטראסאונד שלב העברת קטליטי epoxidation של 1,7-octadiene - מחקר הקינטית. ב: אולטרסוניקה sonochemistry Vol. 14/1, 2007; עמ. 46-54.
  15. יאנג, ח-ז .; צ'ו, W.-M. (2012): אולטרסאונד בסיוע קטליזה Phase-Transfer: גרין סינתזה של תחליף בנזואט עם רומן Dual-Site Phase-Transfer Catalyst ב Solid-נוזלי מערכת. ב: הליך הים של 14ה אסיה פסיפיק הקונפדרציה של הקונגרס הנדסה כימית APCChE 2012.


עובדות שראוי לדעת

homogenizers רקמות אולטרסאונד לעיתים קרובות מכונים sonicator בדיקה, סוניק lyser, המשבש אולטרסאונד, מטחנת קולי, סונו-ruptor, sonifier, dismembrator סוניק, משבש תא, disperser קולי או dissolver. המונחים השונים נובעים היישומים השונים שניתן למלאם sonication.