सोनोकेमिकल रूप से बेहतर डायल्स-एल्डर प्रतिक्रियाएं
डायल्स-एल्डर प्रतिक्रियाओं का व्यापक रूप से रासायनिक संश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है, जहां परमाणु कार्बन-कार्बन बांड का गठन किया जाना चाहिए। अल्ट्रासोनिकेशन और इसके सोनोकेमिकल प्रभाव डायल्स-एल्डर प्रतिक्रियाओं को चलाने और बढ़ावा देने में अत्यधिक प्रभावशाली हैं, जिसके परिणामस्वरूप उच्च पैदावार, प्रतिक्रिया समय में काफी कमी आई है और साथ ही पर्यावरण के अनुकूल हरी रसायन विज्ञान का हिस्सा है।
ग्रीन केमिस्ट्री के लिए सोनोकेमिकल-एन्हांस्ड डायल्स-एल्डर रिएक्शन
डायल्स-एल्डर प्रतिक्रियाएं रासायनिक प्रतिक्रियाएं हैं, जिसमें कार्बन परमाणुओं के बीच बंधन बनते हैं। डायल्स-एल्डर प्रतिक्रिया को थर्मली-अनुमत [4 + 2] साइक्लोएडिशन [π4दक्षिणी + π2दक्षिणी]. चूंकि अल्ट्रासाउंड-सहायता प्राप्त कार्बनिक संश्लेषण एक हरा और कुशल सिंथेटिक मार्ग है, जो प्रतिक्रिया दर, पैदावार और प्रतिक्रियाओं की चयनात्मकता को बढ़ाता है, सोनिकेशन एक सरल और विश्वसनीय तकनीक है जिसका उपयोग प्रयोगशालाओं और औद्योगिक उत्पादन में व्यापक रूप से किया जाता है। अक्सर, सोनोकेमिकल रूप से प्रचारित मार्ग परिवेश की स्थितियों में कार्बनिक परिवर्तन की सुविधा प्रदान करता है जिसके लिए अन्यथा तापमान और दबाव की कठोर परिस्थितियों की आवश्यकता होती है, जो ऊर्जा लागत को बचाने में मदद करता है और रासायनिक संश्लेषण को एक सेवर प्रक्रिया में बदल देता है।
जांच-प्रकार के अल्ट्रासोनिकेटर जैसे कि UP400St सोनोकेमिकल प्रभावों के माध्यम से डायल्स-एल्डर प्रतिक्रिया जैसे कार्बनिक प्रतिक्रियाओं को बढ़ाने और तेज करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
अल्ट्रासोनिक Diels-Alder प्रतिक्रिया दीप Eutectic सॉल्वैंट्स का उपयोग कर
डीप यूटेक्टिक सॉल्वैंट्स (डीईएस) लुईस या ब्रोन्स्टेड एसिड और बेस के समाधान हैं जो एक यूटेक्टिक मिश्रण बनाते हैं। चूंकि गहरे यूटेक्टिक सॉल्वैंट्स गैर-ज्वलनशील होते हैं, कम वाष्प दबाव और विषाक्तता के अधिकारी होते हैं, और अक्सर प्राकृतिक यौगिकों से बने होते हैं, वे एक बचतकर्ता, अधिक पर्यावरण के अनुकूल विलायक विकल्प होते हैं। अल्ट्रासोनिकेशन और गहरे यूटेक्टिक सॉल्वैंट्स को सहक्रियात्मक रूप से एक साथ काम करने के लिए जाना जाता है और इसलिए रासायनिक संश्लेषण के साथ-साथ अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण में भी उपयोग किया जाता है। गहरी यूटेक्टिक सॉल्वैंट्स का उपयोग अल्ट्रासोनिक रूप से प्रचारित डायल्स-एल्डर प्रतिक्रियाओं में भी फायदेमंद है। उदाहरण के लिए, सोनिकेशन का उपयोग डायनोफाइल के रूप में एन-एथिलमेलेमाइड का उपयोग करके डायल्स-एल्डर प्रतिक्रिया को बढ़ावा देने के लिए किया जाता है, पारंपरिक हीटिंग और अल्ट्रासोनिक सक्रियण दोनों के तहत गहरे यूटेक्टिक सॉल्वैंट्स (डीईएस) में डायने की प्रकृति को बदलता है।
गहरी यूटेक्टिक सॉल्वैंट्स के साथ संयोजन में अल्ट्रासोनिक सक्रियण का उपयोग करना फायदेमंद साबित हुआ, जो काफी कम प्रतिक्रिया समय में अच्छी पैदावार प्रदान करता है।
अल्ट्रासोनिक रूप से बेहतर डायल्स-एल्डर प्रतिक्रिया।
मारुलो एट अल, 2020 से अनुकूलित योजना
डीईएस और सोनिकेशन का उपयोग करके डायल्स-एल्डर रिएक्शन के लिए सामान्य प्रक्रिया
प्रतिक्रिया पोत में अल्ट्रासोनिक जांच (सोनोट्रोड / सींग) डालकर अल्ट्रासोनिक रूप से प्रचारित डायल्स-एल्डर प्रतिक्रियाएं की गईं। 0.5 सेमी व्यास टिप के साथ एक अल्ट्रासोनिक जांच का उपयोग करते हुए, नाममात्र उत्पादन शक्ति 70 डब्ल्यू थी। प्रतिक्रियाओं को 40 डिग्री सेल्सियस पर 5 सेकंड ऑन और 20 सेकंड ऑफ चक्रों के साथ सोनीशन इनपल्स मोड लागू करने के लिए किया गया था। अल्ट्रासोनिक रूप से तीव्र डायल्स-एल्डर प्रतिक्रिया ने मूक परिस्थितियों (क्रमशः सोनोकेमिकल और मूक प्रतिक्रियाओं के लिए 70 मिनट और 24 घंटे) की तुलना में बहुत कम समय में अच्छी पैदावार दी।
सोनोकेमिकल-तीव्र डायल्स-एल्डर प्रतिक्रिया की ऊर्जा दक्षता का मूल्यांकन करने के लिए, मूक के लिए ऊर्जा खपत और अल्ट्रासोनिक रूप से प्रचारित डायल्स-एल्डर प्रतिक्रिया की तुलना की गई थी। गणना ने मूक प्रतिक्रिया के लिए 35,094 kJ/g और क्रमशः ultrasonically-सहायता प्राप्त प्रतिक्रिया (70 W शुद्ध ऊर्जा की आउटपुट पावर के साथ अल्ट्रासोनिक हॉर्न) के लिए 28.4 kJ/g की खपत दी। इसके परिणामस्वरूप सोनोकेमिकल रूप से संचालित डायल्स-एल्डर प्रतिक्रिया के लिए 99% ऊर्जा बचाई जाती है। ये सभी अवलोकन दृढ़ता से सुझाव देते हैं कि गहरे यूटेक्टिक सॉल्वैंट्स (डीईएस) और अल्ट्रासोनिकेशन विकिरण का संयुक्त उपयोग डायल्स-एल्डर प्रतिक्रिया जैसी महत्वपूर्ण सिंथेटिक प्रक्रियाओं के लिए एक कुशल और ऊर्जा बचत पद्धति है। (मारुलो एट अल., 2020)
सोनिकेशन के साथ संयोजन में विभिन्न गहरे यूटेक्टिक सॉल्वैंट्स का प्रभाव
अल्ट्रासोनिक रूप से प्रचारित डायल्स-एल्डर प्रतिक्रिया के लिए सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त किए गए, जब गहरे यूटेक्टिक सॉल्वैंट्स [ChCl]: [Fru] और [TBACl]: [EG] सॉल्वैंट्स के रूप में उपयोग किए जाते हैं। सॉल्वैंट्स के रूप में [ChCl]:[Fru] और [TBACl]:[EG] का उपयोग करके प्रतिक्रिया समय में महत्वपूर्ण कमी के साथ-साथ उपज में महत्वपूर्ण सुधार हुआ ([TBACl]:[EG] 73% और 87% के लिए, और [ChCl]:[Fru] 23 और 75% क्रमशः मूक और सोनोकेमिकल स्थितियों के तहत)।
कुछ मामलों में, अर्थात् जब [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly], और [AcChCl]:[EG] का उपयोग सॉल्वैंट्स के रूप में किया जाता है, तो पैदावार मूक परिस्थितियों में प्राप्त की जाने वाली पैदावार के बराबर होती है, लेकिन रासायनिक प्रक्रिया की दर अभी भी सोनिकेशन द्वारा काफी सुधार हुआ है।
सोनिकेशन कम वाष्प दबाव और चिपचिपा सॉल्वैंट्स जैसे आयनिक तरल पदार्थ (आईएल) के साथ बहुत अच्छी तरह से काम करता है क्योंकि ये स्थितियां अधिक सहज गुहिकायन प्रभावों की पीढ़ी की सुविधा प्रदान करती हैं। चूंकि गहरे यूटेक्टिक सॉल्वैंट्स में आयनिक तरल पदार्थों के समान भौतिक गुण होते हैं, इसलिए उन्हें अल्ट्रासोनिकेशन के साथ संयोजन में उपयुक्त रूप से उपयोग किया जा सकता है। डीप यूटेक्टिक सॉल्वैंट्स (डीईएस) और सोनिकेशन की संयुक्त परस्पर क्रिया डायल्स-एल्डर प्रतिक्रिया की ऊर्जावान मांग को काफी कम कर देती है। 24 घंटे से 70 मिनट तक प्रतिक्रिया समय में कमी बहुत अच्छी पैदावार देते हुए देखी जा सकती है। प्रक्रिया दक्षता के संबंध में, इसका मतलब है कि गहरी यूटेक्टिक सॉल्वैंट्स (डीईएस) और अल्ट्रासोनिकेशन का संयुक्त उपयोग मूक परिस्थितियों की तुलना में 10 गुना अधिक सामग्री की मात्रा को संसाधित करने की अनुमति देता है। (मारुलो एट अल., 2020)
अल्ट्रासोनिक डायल्स-एल्डर प्रतिक्रिया ऑक्साबाइसिक्लिक एल्केन्स की
वेई और सहकर्मियों (2004) ने दिखाया कि अल्ट्रासोनिकेशन ने डाइमिथाइल एसिटाइलेनिडार्बोक्सिलेट (डीएमएडी) और डाइमिथाइल मैलेट जैसे प्रतिक्रियाशील डायनोफाइल्स के साथ प्रतिस्थापित फ्यूरान की डायल्स-एल्डर प्रतिक्रिया को बढ़ावा दिया, जो अच्छी पैदावार में कार्यात्मक ऑक्साबाइसिक्लिक एल्केन्स को वहन करता है। डीएमएडी के साथ 2-विनाइलिक फ्यूरान के रेजियोस्पेसिफिक फुरानो डायल्स-एल्डर साइक्लोएडिशन की अल्ट्रासोनिक रूप से प्रचारित प्रतिक्रिया ने अच्छी उपज में कार्यात्मक ऑक्साबाइसिक्लिक एल्केन्स प्रस्तुत किए।
सोनोकेमिकल रूप से बेहतर साइक्लोएडिशन प्रतिक्रियाएं
ब्रावो और सहकर्मियों (2006) ने सोनोकेमिकल साइक्लोएडिशंस की एक श्रृंखला का वर्णन किया जिसमें प्रतिक्रिया माध्यम के रूप में इमिडाज़ोलियम-आधारित आयनिक तरल में कार्बोनिल डायनोफाइल के साथ साइक्लोपेंटाडीन या 1,3-साइक्लोहेक्साडीन शामिल थे। उन्होंने प्रदर्शित किया कि अल्ट्रासोनिकेशन इन साइक्लोडिड प्रतिक्रियाओं को प्रभावी ढंग से सुधारता है जिसके परिणामस्वरूप संबंधित मूक प्रतिक्रियाओं की तुलना में उच्च पैदावार और / या कम प्रतिक्रिया समय होता है। उदाहरण के लिए, सरल α,β-असंतृप्त डायनोफाइल जैसे मिथाइल विनाइल कीटोन या एक्रोलिन के लिए अल्ट्रासोनिक सक्रियण के प्रभाव स्पष्ट हैं। उदाहरण के लिए, मिथाइल विनाइल कीटोन हल्के सोनिकेशन के 1 घंटे के भीतर 89% उपज को जन्म देता है, जबकि मूक प्रतिक्रिया एक ही प्रतिक्रिया समय के भीतर केवल 52% वहन करती है।
सोनोकेमिकल रूप से प्रचारित डायल्स-एल्डर प्रतिक्रियाओं के लिए किसी भी आकार में अल्ट्रासोनिकेटर
Hielscher Ultrasonics डिजाइन, निर्माण और संश्लेषण और उत्प्रेरण प्रतिक्रियाओं जैसे रासायनिक प्रणालियों में एकीकरण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक जांच-प्रकार homogenizers और sonochemical उपकरण वितरित करता है। Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर रासायनिक प्रतिक्रियाओं को बढ़ावा देने, तेज करने, तेज करने और सुधारने के लिए विश्वसनीय उपकरण के रूप में दुनिया भर में उपयोग किया जाता है।
Hielscher Ultrasonics’ अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बैच और प्रवाह रसायन विज्ञान अनुप्रयोगों के लिए छोटे प्रयोगशाला उपकरणों से बड़े औद्योगिक प्रोसेसर तक किसी भी आकार में उपलब्ध हैं। अल्ट्रासोनिक आयाम का सटीक समायोजन – सोनोकेमिकल अनुप्रयोगों के लिए सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर – Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर को कम से बहुत उच्च आयामों पर संचालित करने और विशिष्ट रासायनिक प्रतिक्रिया प्रणाली की आवश्यक अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया स्थितियों के लिए आयाम को ठीक करने की अनुमति देता है।
Hielscher के अल्ट्रासोनिक जनरेटर में स्वचालित डेटा प्रोटोकॉल के साथ एक स्मार्ट सॉफ्टवेयर है। अल्ट्रासोनिक ऊर्जा, तापमान, दबाव और समय जैसे सभी महत्वपूर्ण प्रसंस्करण पैरामीटर स्वचालित रूप से एक अंतर्निहित एसडी-कार्ड पर संग्रहीत होते हैं जैसे ही डिवाइस चालू होता है।
प्रक्रिया निगरानी और डेटा रिकॉर्डिंग निरंतर प्रक्रिया मानकीकरण और उत्पाद की गुणवत्ता के लिए महत्वपूर्ण हैं। स्वचालित रूप से रिकॉर्ड की गई प्रक्रिया डेटा तक पहुंचकर, आप पिछले सोनीशन रन को संशोधित कर सकते हैं और परिणाम का मूल्यांकन कर सकते हैं।
एक अन्य उपयोगकर्ता के अनुकूल विशेषता हमारे डिजिटल अल्ट्रासोनिक सिस्टम का ब्राउज़र रिमोट कंट्रोल है। रिमोट ब्राउज़र कंट्रोल के माध्यम से आप कहीं से भी दूर से अपने अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर को स्टार्ट, स्टॉप, एडजस्ट और मॉनिटर कर सकते हैं।
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नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकेटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच वॉल्यूम | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 1 से 500mL | 10 से 200mL/मिनट | यूपी100एच |
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/मिनट | यूपी200एचटी, UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/मिनट | यूआईपी2000एचडीटी |
| 10 से 100L | 2 से 10 लीटर/मिनट | यूआईपी4000एचडीटी |
| एन.ए. | 10 से 100 लीटर/मिनट | UIP16000 |
| एन.ए. | बड़ा | का क्लस्टर UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर अनुप्रयोगों, फैलाव, पायसीकरण और निष्कर्षण के मिश्रण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक homogenizers बनाती है।
साहित्य/सन्दर्भ
- Salvatore Marullo, Alessandro Meli, Francesca D’Anna (2020): A Joint Action of Deep Eutectic Solvents and Ultrasound to Promote Diels-Alder Reaction in a Sustainable Way. ACS Sustainable Chem. Eng. 8, 2020. 4889-4899.
- Wei K, Gao H, Li WZ. (2004): Facile Synthesis of Oxabicyclic Alkenes by Ultrasonication-Promoted Diels-Alder Cycloaddition of Furano Dienes. Journal of Organic Chemistry 69(17), 2004. 5763-5765.
- Bravo, José; Lopez, Ignacio; Cintas, Pedro; Silvero, Guadalupe; Arévalo, María (2006): Sonochemical cycloadditions in ionic liquids. Lessons from model cases involving common dienes and carbonyl dienophiles. Ultrasonics Sonochemistry 13, 2006.. 408-414.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Suslick, Kenneth S.; Didenko, Yuri ; Fang, Ming M.; Hyeon, Taeghwan; Kolbeck, Kenneth J.; McNamara, William B.; Mdleleni, Millan M.; Wong, Mike (1999): Acoustic cavitation and its chemical consequences. In: Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences Vol. 357, No. 1751, 1999. 335-353.
जानने के योग्य तथ्य
Hielscher Ultrasonics से उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक homogenizers बनाती है प्रयोगशाला तक औद्योगिक आकार।