Diels-Johove reakcije široko se koriste za kemijske sinteze, gdje se moraju formirati atomske ugljično-ugljične veze. Ultrasonication i njegovi sonokemijski učinci su vrlo učinkoviti u vožnji i promicanju Diels-Alder reakcija što rezultira većim prinosima, značajno smanjenim vremenom reakcije i istovremeno je dio ekološke zelene kemije.

Sonochemically-poboljšana diels-joha reakcija za zelenu kemiju

Diels-Alder reakcije su kemijske reakcije u kojima se stvaraju veze između atoma ugljika. Diels-Alderova reakcija klasificirana je kao termički dopuštena [4+2] cikloaddition [_π4_a + _π2_a]. Budući da je ultrazvučno potpomognuta organska sinteza zeleni i učinkovit sintetički put, koji poboljšava brzinu reakcije, prinose i selektivnost reakcija, ultrazvukom je jednostavna i pouzdana tehnika koja se široko koristi u laboratorijima i industrijskoj proizvodnji. Često sonokemijski promovirana ruta olakšava organsku transformaciju u uvjetima okoline koji inače zahtijevaju drastične uvjete temperature i tlaka, što pomaže u uštedi troškova energije i pretvara kemijsku sintezu u postupak štednje.

Ultrazvučna diels-joha reakcija pomoću dubokih eutektičkih otapala

Duboka eutektska otapala (DES) otopine su Lewisove ili Brønsted kiseline i baze koje tvore eutektičku smjesu. Budući da duboka eutektska otapala nisu zapaljiva, posjeduju niske tlakove pare i toksičnost, a često su napravljena od prirodnih spojeva, oni su sablja, ekološki prihvatljivija alternativa otapalu. Ultrazvuka i duboka eutektska otapala su poznati da rade sinergistički zajedno i stoga se koriste za kemijsku sintezu, kao iu ultrazvučnoj ekstrakciji. Korištenje dubokih eutektičkih otapala korisno je iu ultrazvučno promoviranim Diels-Alder reakcijama. Na primjer, ultrazvukom se koristi za promicanje Diels-Alder reakcija pomoću N-etilmaleimida kao dienofila, mijenjajući prirodu diene u dubokim eutektičkim otapalima (DES) pod konvencionalnim grijanjem i ultrazvučnom aktivacijom.
Korištenje ultrazvučne aktivacije u kombinaciji s dubokim eutektičkim otapalima pokazalo se korisnim pružajući dobre prinose u drastično smanjenim vremenima reakcije.

Ultrazvučno poboljšana Diels−Joha reakcija.
prilagođena marullo et al., 2020.

Opći postupak za diels-joha reakcija pomoću DES i Sonication

Ultrazvučno promovirane Diels-Alder reakcije provedene su umetanjem ultrazvučne sonde (sonotrode / rog) u reakcijske posude. Koristeći ultrazvučnu sondu s vrhom promjera 0,5 cm, nazivna izlazna snaga bila je 70 W. Reakcije su provedene na 40 ° C primjenom načina inpulsije ultrazvukom s 5 sek ON i 20 sek OFF ciklusa. Ultrazvučno pojačana diels-joha reakcija dala je dobre prinose u mnogo kraćem vremenu nego u tihim uvjetima (70 min i 24 h za sonokemijske i tihe reakcije).
Kako bi se procijenila energetska učinkovitost sonokemijski pojačane diels-johe reakcije, uspoređena je potrošnja energije za tihu i ultrazvučno promoviranu Diels-Alder reakciju. Izračuni su dali potrošnju od 35,094 kJ / g za tihu reakciju i 28,4 kJ / g za ultrazvučno potpomognutu reakciju (ultrazvučni rog s izlaznom snagom od 70 W neto energije). To rezultira 99% energije spremljene za reakciju Diels-Aldera koju pokreće sonokemijski. Sva ova opažanja snažno sugeriraju da je kombinirana uporaba dubokih eutektičkih otapala (DES) i ultrazvučnog zračenja učinkovita i štedljiva metodologija za važne sintetičke procese kao što je Diels-Alder reakcija. (Marullo i sur., 2020.)

Učinak različitih dubokih eutektičkih otapala u kombinaciji sa ultrazvukom

Najbolji rezultati za ultrazvučno promovirane Diels-Alder reakcije postignuti su, kada se duboka eutektska otapala [ChCl]:[Fru] i [TBACl]:[EG] koriste kao otapala. Koristeći [ChCl]:[Fru] i [TBACl]:[EG] kao otapala priuštio je značajno smanjenje vremena reakcije, kao i značajna poboljšanja prinosa (za [TBACl]:[EG] 73% i 87%, te za [ChCl]:[Fru] 23 odnosno 75% u tihim i sonokemijskim uvjetima).
U nekim slučajevima, naime kada se [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly] i [AcChCl]:[EG] koriste kao otapala, prinosi su usporedivi s onima dobivenim u tihim uvjetima, ali se stopa kemijskog procesa još uvijek drastično poboljšava ultrazvukom.
Sonication djeluje vrlo dobro s niskim tlakom pare i viskoznim otapalima poput ionskih tekućina (IL) jer ti uvjeti olakšavaju stvaranje više neetnse kavitacije efekte. Budući da duboka eutektska otapala posjeduju slična fizička svojstva kao ionske tekućine, mogu se prikladno koristiti zajedno s ultrazvukom. Kombinirana interakcija dubokih eutektičkih otapala (DES) i ultrazvukom značajno smanjuje energetsku potražnju Diels-Alder reakcije. Sigmificant smanjenje vremena reakcije od 24 h do 70 min može se promatrati dok pruža vrlo dobre prinose. Što se tiče učinkovitosti procesa, to znači da kombinirana uporaba dubokih eutektičkih otapala (DES) i ultrazvuka omogućuje obradu količine materijala 10 puta veću nego u tihim uvjetima. (Marullo i sur., 2020.)

Ultrazvučna diels-joha reakcija oksabicikličkog alkena

Wei i kolege (2004) pokazali su da ultrazvuka potiče Diels-Alder reakciju supstituidnih furana s reaktivnim dienofilima kao što su dimetil acetilendirarboksilat (DMAD) i dimetil maleat priuštio funkcionalizirane oksabikličke alkene u dobrim prinosima. Ultrazvučno promovirana reakcija regiospecifičnog furano Diels-Alder cikloaddition 2-vinilnih furana s DMAD namještenim funkcionaliziranim oksabicilnim alkenima u dobrom prinosu.

Sonokemijski poboljšane cikloadditionske reakcije

Bravo i kolege (2006) opisali su niz sonokemijskih cikloadditiona koji uključuju ciklopenadiena ili 1,3-cikloheksadiena s karbonilnim dienofilima u ionskom tekućini na bazi imidazolija kao reakcijski medij. Pokazali su da ultrazvuka učinkovito poboljšava ove cikloaddition reakcije što rezultira višim prinosima i / ili smanjenim vremenom reakcije u usporedbi s odgovarajućim tihim reakcijama. Na primjer, za jednostavne α,β- nezasićeni dienofili kao što su metil vinil keton ili akrolein učinci ultrazvučne aktivacije su očiti. Na primjer, metil vinil keton daje do 89% prinosa unutar 1 h blage ultrazvukom, dok je tiha reakcija priuštila samo 52% u istom vremenu reakcije.

Ultrasonicators u bilo kojoj veličini za Sonochemically promovira diels-joha reakcije

Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučne homogenizatore tipa sonde visokih performansi i sonokemijsku opremu za integraciju u kemijske sustave kao što su sinteza i reakcije katalize. Hielscher ultrasonicators se koriste širom svijeta kao pouzdan alat za promicanje, intenziviranje, ubrzavanje i poboljšanje kemijskih reakcija.
Hielscher Ultrasonics’ ultrazvučni procesori su dostupni u bilo kojoj veličini od malih laboratorijskih uređaja do velikih industrijskih procesora za serije i protok kemije aplikacije. Precizno podešavanje ultrazvučne amplitude – najvažniji parametar za sonokemijske primjene – omogućuje rad Hielscher ultrasonicators na niskim do vrlo visokim amplitudama i fino podešavanje amplitude točno na potrebne ultrazvučne procesne uvjete specifičnog kemijskog reakcijskog sustava.
Hielscherov ultrazvučni generator ima pametan softver s automatskim protokoliranjem podataka. Svi važni parametri obrade kao što su ultrazvučna energija, temperatura, tlak i vrijeme automatski se pohranjuju na ugrađenu SD karticu čim se uređaj uključi.
Praćenje procesa i bilježenje podataka važni su za kontinuiranu standardizaciju procesa i kvalitetu proizvoda. Pristupom automatski snimljenim podacima o postupku možete revidirati prethodne sonikacije i procijeniti ishod.
Još jedna značajka prilagođena korisnicima je daljinski upravljač preglednika naših digitalnih ultrazvučnih sustava. Putem daljinskog kontrole preglednika možete pokrenuti, zaustaviti, prilagoditi i pratiti svoj ultrazvučni procesor na daljinu s bilo kojeg mjesta.
Obratite nam se sada kako biste saznali više o našim ultrazvučnim homogenizatorima visokih performansi koji mogu poboljšati vašu reakciju organske sinteze kao što su Diels-Alder reakcije, Mannich reakcije ili Michael dodatak među mnogim drugima!

Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja: