Ultrazvučno inducirane i Pojačan faznu katalizu

Ultrazvuk velike snage dobro je poznata po svom doprinosu različitih kemijskih reakcija. To je takozvani ultrazvučna kemija, Heterogene reakcije - a posebno reakcije prijelaza faze - vrlo moguće primjene polja za napajanje ultrazvuka. S obzirom na mehaničke i sonochemical energije primijeniti na reagensima, reakcija se može dobiti pokrenut, brzina reakcije može biti znatno poboljšana, kao i veće stope pretvorbe, višim prinosima i bolje proizvode moguće postići. Linearni skalabilnost ultrazvuka i dostupnost pouzdanih ultrazvučni industrijski oprema bi ova tehnika zanimljivo rješenje za kemijsku proizvodnju.

Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Mobitel Ultrazvučni Staklo protoka

faza kataliza prijenos

Katalizator faznog prijenosa (PTC) je poseban oblik heterogenog katalize i poznat je kao praktična metodologija za organsku sintezu. Korištenjem katalizatora prijenosa faza postaje moguće solubilizirati ionske reaktante, koji su često topljivi u vodenoj fazi, ali netopivi u organskoj fazi. To znači da PTC predstavlja alternativno rješenje za prevladavanje problema heterogenosti u reakciji u kojoj je interakcija između dviju supstanci lociranih u različitim fazama smjese inhibirana zbog nesposobnosti reagiranja da se spoje. (Esen i sur., 2010) Opće prednosti katalize faznog prijenosa su mali napori za pripremu, jednostavni eksperimentalni postupci, blage reakcijske uvjete, visoke reakcijske stope, visoke selektivnosti i upotrebu jeftinih i okolišno benignih reagensa, kao što je kvaterni amonij soli i otapala, te mogućnost provođenja velikih pripravaka (Ooi et al., 2007).
Razni tekućina-tekućina i tekuće supstance reakcije su pojačane i samog selektivnog pomoću jednostavnog faznog prijenosa (PT) katalizatore, kao što su quats, polietilen glikol-400, itd, koji omogućuju ionskih vrsta se ferried iz vodene faze Organska faza. Tako, problemi koji su povezani s vrlo niske topljivosti organskih reaktanata u vodenoj fazi može prevladati. U pesticida i farmaceutskoj industriji, PTC koristi opsežno i promijenio osnove poslovanja. (Sharma 2002)

Snaga ultrazvuk

Primjena snage ultrazvuka je dobro poznat alat za stvaranje izuzetno fino emulzija, U kemiji takvi izuzetno fino veličine emulzije se koriste za poboljšanje kemijske reakcije. To znači da je na granici kontaktna površina između dvije ili više ne miješaju tekućina postaje dramatično povećava i osigurava na taj način bolje, potpunije i / ili brži tijek reakcije.
Za faznu katalizu – isto kao i za druge kemijske reakcije - dovoljno kinetička energija je potrebna za početak reakcije.
To ima različite pozitivne učinke u pogledu kemijske reakcije:

  • Kemijske reakcije koje se obično ne pojavljuju zbog svoje niske kinetičke energije može početi ultrazvukom.
  • Kemijske reakcije se može ubrzati ultrazvučno uz pomoć PTC.
  • Kompletan izbjegavanje faze prijenosa katalizatora.
  • Sirovine se mogu koristiti učinkovitije.
  • Po-proizvodi mogu biti smanjene.
  • Zamjena troškovno intenzivni opasnog jake baze sa jeftin anorganske baze.

Tim učincima, PTC neprocjenjiv kemijski metodologija za organske sinteze iz dvije i više ne miješaju reaktanta: Kataliza transfera faza (PTC) omogućava korištenje sirovina kemijske procese i učinkovitije za proizvodnju troškovno učinkovito. Poboljšanje kemijskih reakcija koje PTC je važan alat za kemijsku proizvodnju koja može biti poboljšana pomoću ultrazvuka dramatično.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Kavitacije u tekućini

Primjeri za ultrazvučno promiče PTC reakcije

  • Sinteza novih N”- (4,6-disupstituirani pirimidin-2-il) -N- (5-aril-2-furoil) tiourea derivata pomoću PEG-400 pod ultrazvukom. (Ken et al. 2005)
  • Ultrazvučno pomoć Sinteza bademove kiseline u ionskoj tekućini PTC pokazuje značajno poboljšanje u iskorištenju reakcije pod uvjetima okoline. (Hua et al. 2011)
  • Kubo et al. (2008) navode ultrazvučno uz pomoć C-alkiliranje fenilacetonitril u okruženju bez otapala. Učinak ultrazvuka promicanja reakcija pripisuje se izuzetno velikog površini kontakta između dvije faze. Ultrazvuka rezultira mnogo brže reakcije nego mehaničkim miješanjem.
  • Sonikacije tijekom reakcije tetraklorugljika magnezijem za generiranje rezultata dichlorocarbene u većem prinosu gem-dichlorocyclopropane u prisutnosti olefina. (Lin et al. 2003)
  • Ultrazvuk osigurava ubrzanje reakcije Cannizzaro P-chlorobenzaldehyde pod uvjetima faznog prijenosa. Od tri katalizatora transfera faza – benziltrietilamonijev klorid (TEBA), Aliquat i 18-kruna-6 - koji su testirani prema Polácková et al. (1996) TEBA nađeno je da najučinkovitiji. Ferrocenecarbaldehyde i P-dimethylaminobenzaldehyde dobije, pod sličnim uvjetima, 1,5-diaril-1,4-pentadien-3-ona kao glavni produkt.
  • Lin-Xiao et al. (1987) su pokazali da kombinacija PTC ultrazvukom i pospješuje učinkovitije stvaranje dichlorocarbene iz kloroforma u kraćem vremenu uz bolji učinak i manje količine katalizatora.
  • Yang i sur. (2012) istraživali su zeleni, ultrazvučno potpomognuto sintezu benzil 4-hidroksibenzoata pomoću 4,4-bis (tributylammoniomethyl) -1,1 '-bifenil diklorid (QCl2) Kao katalizatora. Uporabom QCl2, Oni su razvili novi dual-site katalizatorom za fazni prijelaz. Za ovaj kruto-tekuće katalizatorom za fazni prijelaz (SLPTC) se izvodi kao šarža za proces s ultrazvukom. Intenzivno sonikacije, 33% dodanog Q2 + sadrži 45,2% od Q (Ph (OH) COO)2 prenio u organsku fazu reagirati s benzil-bromidom, stoga ukupna brzina reakcije je poboljšana. Ovo poboljšano brzina reakcije se dobije 0,106 min-1 pod 300W ultrazvučnog zračenja, dok bez ultrazvukom u stopi od 0,0563 min-1 uočen. Na taj način, sinergistički učinak dvostrukog katalizator za fazni prijelaz s ultrazvuka u faznu katalizu je pokazao.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

Slika 1: UP200Ht je 200 watta snažan ultrazvučni homogenizator

Ultrazvučni Poboljšanje Asymmetric transfer faza reakcije

S ciljem utvrđivanja praktičan postupak za asimetričnu sintezu a-amino kiselina i njihovih derivata, a Maruoka Ooi (2007) ispitivanih „da li je reaktivnost N-spiro kiralnih kvaterne amonijeve soli može se poboljšati i njihove strukture pojednostavljeno. Od ultrazvučni zračenje proizvodi homogenizacija, To jest, jako fino emulzija, To uvelike povećava međufaznu površinu preko koje se može pojaviti reakcija, koja može isporučiti značajne stope ubrzanja u reakcijama prijenosa faze tekuće-tekuće. Doista, sonikaciju reakcijske smjese 2, metil jodida, i (S, S) -naphtyl podjedinice (1 mol%) u toluenu / 50% vodenom otopinom KOH pri 0 mV ° C za 1 h dobiven je dovela do odgovarajućeg alkilacijskog produkta u 63% je dobiven s 88% ee; kemijski prinos i enantioselektivnost su usporedive s onima iz reakcije provodi jednostavnim miješanjem smjese za osam sati (0 mV ° C, 64%, 90% ee).”(Maruoka suradnici 2007.,, p. 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

Shema 1: Obrada ultrazvukom povećava brzinu reakcije u asimetričnu sintezu a-amino kiseline [Maruoka et al. 2007]

Druga vrsta reakcije asimetrične katalize je Michael reakcija. Michael dodatak dietil Nacetil-aminomalonata za kalkona pozitivno utječe ultrazvukom, što rezultira povećanjem od 12% prinosa (od 72% dobivenog u mirnom reakcije do 82% pod ultrazvukom). Vrijeme reakcije je šest puta brže pod snage ultrazvuka u odnosu na reakciju bez ultrazvuka. Enantiomerni suvišak (ee) nije promijenio te je za obje reakcije - sa i bez ultrazvuka - na 40% ee. (Mirza-Aghayan et al., 1995)
Li et al. (2003) pokazali su da Michael reakcija kalkona kao akceptora s različitim aktivnim metilen spojevima kao što su dietil malonata, nitrometan, cikloheksanon, etil-acetoacetata i acetilacetona kao donora katalizira KF / osnovnih rezultata glinice u adukte s visokim prinosom u kraćem vremenu pod ultrazvukom zračenje. U drugoj studiji, Li i sur. (2002) su pokazali uspješnu ultrazvučno uz pomoć sintezu kalkona katalizira KF-Al2O3,
Ove PTC reakcije iznad pokazuju samo mali raspon potencijala i mogućnosti ultrazvučnog zračenja.
Ispitivanje i vrednovanje ultrazvuka u svezi mogućih poboljšanja u PTC je vrlo jednostavan. Ultrazvučni laboratorijski uređaji, kao što su Hielscher-a Uf200 ः t (200 W) i klupa-top sustave kao što Hielscher-a UIP1000hd (1000 W) omogućuju prvi ispitivanja. (Vidi sliku 1 i 2)
Ultrazvučno poboljšana asimetričnu Michaelovu dodatak (Kliknite za povećanje!)

Shema 2: minimalno pomoć asimetričnu Michaelovu adiciju dietil N-acetil-aminomalonatom na kalkon [Torok et al. 2001]

Učinkovita proizvodnja konkurenciji na tržištu Chemical

Koristeći ultrazvučni katalize transfera faza koju će dobiti od jednog ili više različitih korisnih prednosti:

  • inicijalizacija reakcija koje su inače nije moguće
  • povećanje prinosa
  • smanjiti skupih, bezvodnim, aprotičnim otapalima
  • smanjenje vremena reakcije
  • Niže temperature reakcijske
  • pojednostavljeno priprema
  • Upotreba vodenog alkalnog metala umjesto alkoksidi alkalijskih metala, natrijev amid, natrijev hidrid i metalni natrij
  • korištenje jeftinijih sirovina, posebno oksidansa
  • pomak selektivnosti
  • Promjena omjera proizvoda (na primjer O- / C-alkiliranje)
  • pojednostavljeno izolacije i pročišćavanja
  • povećanja prinosa supresijom popratne reakcije
  • jednostavna, linearna skala na industrijskoj razini proizvodnje, čak i uz vrlo visoke propusnosti
UIP1000hd klupa-top ultrazvučni homogenizator

Postavljanje 1000 W ultrazvučnog procesor, protočne stanice, spremnika i pumpe

Jednostavno i bez rizika ispitivanje Ultrazvučno Efekti za kemiju

Da biste vidjeli kako ultrazvuk utječe na određene materijale i reakcije, prvi testovi izvedivosti može se provoditi u malim količinama. Ručni ili stand-mounted laboratorijskih uređaja u rasponu od 50 do 400 vata omogućiti sonication malih i srednjih uzoraka u čaši. Ako se prvi rezultati pokazuju potencijalne uspjehe, proces može razviti i optimiziran u bench-top s industrijskim ultrazvučnih procesor, npr UIP1000hd (1000 W, 20kHz). Hielscher je ultrazvučni klupa-top sustavi s 500 vata za 2000 W su idealni uređaji za R&D i optimizacije. Ovi ultrazvučni sustavi - dizajnirani za čašu i inline sonication – dati punu kontrolu nad najvažniji parametar procesa: amplituda, tlaka, temperature, viskoznost, i koncentraciju.
Točno kontrolu nad parametrima dopušta da Točna reproducibilnost i linearni skalabilnost dobivenih rezultata. Nakon testiranja razne uređaje, konfiguracija utvrđeno da je najbolje se može koristiti za neprekidno (24h / 7d) u proizvodnim uvjetima. Dodatni PC-kontrole (softver sučelje) također olakšava snimanje pojedinih suđenja. Za sonication zapaljive tekućine ili otapala u opasnim okruženjima (ATEX, FM) da UIP1000hd dostupan u verziji ATEX certifikatom: UIP1000-EXD,

Opća korist od ultrazvuka u kemiji:

  • Reakcija se može ubrzati ili manje stanja pogonska može biti potrebno ako se primjenjuje ultrazvukom.
  • Indukcija razdoblja često se znatno smanjiti što su egzotermna, a temperatura obično povezane s takvim reakcijama.
  • Sonochemical reakcije često se pokreće ultrazvuk bez potrebe za aditivima.
  • Broj koraka koji su inače potrebni u sintetičkom putu ponekad može biti smanjena.
  • U nekim situacijama reakcija može biti usmjerena na alternativnom putu.

Kontaktirajte nas / zatražite dodatne informacije

Razgovarajte s nama o svojim zahtjevima za obradu. Mi ćemo preporučiti najprikladnije za postavljanje i obrade parametara za svoj projekt.





Molimo, imajte na umu da je pravila o privatnosti,


Literatura / Reference

  1. Esen, Ilker et al. (2010): dugolančanih dikationske katalizatori faznog prijenosa u kondenzacija reakcije aromatskih aldehida u vodi uz ultrazvučni Effect. Bilten Korejski kemijskog društva 31/8, 2010; str. 2289-2292.
  2. Hua, Q. et al. (2011): minimalno pospješena sintezu bademove kiseline pomoću katalize transfera faza u ionskoj tekućini. U: Ultrasonics ultrazvučna kemija Vol. 18/5, 2011; str. 1035-1037.
  3. Li, J.-T. et al. (2003): Michael Reakcija koju katalizira KF / bazni aluminijum oksid pod ultrazvukom zračenjem. Ultrazvuk ultrazvučna kemija 10, 2003. str. 115-118.
  4. Lin, Haixa et al. (2003): A Lagahno Postupak za proizvodnju Dichlorocarbene iz reakcije tetraklorugljika i magnezija pomoću ultrazvučni zračenja. U: molekule 8, 2003; str. 608 -613.
  5. Lin-Xiao, Xu et al. (1987): A novel praktična metoda za proizvodnju dichlorocebene ultrazvučnim zračenjem i katalize transfera faza. U: Acta Chimica Sinica, Vol. 5/4, 1987; str. 294-298.
  6. Ken, Shao-Yong et al. (2005): katalizatorom za promjenu faza sinteze pod ultrazvučnim zračenjem i bioaktivnosti N”- (4,6-disupstituirani pirimidin-2-il) -N- (5-aril-2-furoil) derivati ​​tioureje. U: Indian Journal of Chemistry Vol. 44B, 2005; str. 1957-1960.
  7. Kubo, Masaki et al. (2008): Kinetika bez otapala C-alkiUrania fenilacetonitril putem ultrazvučnih zračenja. Kemijsko inženjerstvo Časopis Japan, Vol. 41 2008; str. 1031-1036.
  8. Maruoka, Keiji et al. (2007): Recent Advances in asimetričnom katalizatorom za fazni prijelaz. U: Angew. Chem. Int. Izd., Sv. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; str. 4222-4266.
  9. Mason, Timothy et al. (2002): Primijenjena ultrazvučna kemija: koristi od snage ultrazvuka u kemiji i obrade. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  10. Mirza-Aghayan, M. i suradnici (1995): Učinci Ultrazvuk zračenjem na asimetričnom Michael reakciji. Tetrahedron: Asymmetry 6/11, 1995; str. 2643-2646.
  11. Polácková, Viera et al. (1996): Ultrazvuk pospješena Cannizzaro reakcije pod uvjetima prijenosa faze. U: Ultrasonics ultrazvučna kemija Vol. 3/1, 1996; str. 15-17.
  12. Sharma, M. M. (2002): Strategije provođenja reakcije na maloj skali. Selektivnost inženjering i proces intenziviranje. U: Pure and Applied Chemistry, Vol. 74/12, 2002; str. 2265-2269.
  13. Török, B. et al. (2001): Asimetrična reakcije u ultrazvučna kemija. Ultrazvuk ultrazvučna kemija 8, 2001; str. 191-200.
  14. Wang, Maw-Ling et al. (2007): Ultrazvuk pomoć za fazni prijelaz katalitička Epoksidacija 1,7-oktadien - kinetičke studije. U: Ultrasonics ultrazvučna kemija Vol. 14/1, 2007; str. 46-54.
  15. Yang, H.-M .; Chu W.-M. (2012): Ultrazvuk-Assisted katalizatorom za fazni prijelaz: Green Sinteza supstituiranih benzoata s Novel dvostrukog katalizator za fazni prijelaz u kruto-tekuće sustavu. U: Polazeći s od 14th Asia Pacific Konfederacija kemijskog inženjerstva Congress APCChE 2012.

Povezane objave

Činjenice koje vrijedi znati

Ultrazvučni tkiva homogeniziranje se često nazivaju sonde sonikatora, zvučne lyser, ultrazvuk disruptora, ultrazvučno brusilica, Sono-ruptor, sonifikatorom, zvučne dismembrator, razarača stanica, ultrazvučni raspršivač ili otapanje. Različiti pojmovi proizlaze iz raznih aplikacija koje se mogu ispuniti pomoću zvučnih valova.