Szonokémiailag javított Diels-Alder reakciók

A Diels-Alder reakciókat széles körben használják kémiai szintézisekhez, ahol atomi szén-szén kötéseket kell kialakítani. Az ultrahangos kezelés és annak szonokémiai hatásai rendkívül hatékonyak a Diels-Alder reakciók vezetésében és előmozdításában, ami magasabb hozamot, jelentősen csökkentett reakcióidőt eredményez, és ugyanakkor része a környezetbarát zöld kémia.

Szonokémiailag továbbfejlesztett Diels-Alder reakció a zöld kémiához

A Diels-Alder reakciók kémiai reakciók, amelyekben szénatomok közötti kötések keletkeznek. A Diels-Alder reakciót termikusan megengedett [4+2] cikloaddíciónak minősítjük [_π4_s + _π2_s]. Mivel az ultrahanggal segített szerves szintézis zöld és hatékony szintetikus út, amely növeli a reakciósebességet, a hozamokat és a reakciók szelektivitását, az ultrahangos kezelés egyszerű és megbízható technika, amelyet széles körben használnak laboratóriumokban és ipari termelésben. Gyakran előfordul, hogy a szonokémiailag támogatott útvonal megkönnyíti a szerves átalakulást olyan környezeti körülmények között, amelyek egyébként drasztikus hőmérsékleti és nyomásviszonyokat igényelnek, ami segít megtakarítani az energiaköltségeket, és a kémiai szintézist megtakarító eljárássá alakítja.

Ultrahangos Diels-Alder reakció mély eutektikus oldószerekkel

A mély eutektikus oldószerek (DES) Lewis- vagy Brønsted-savak és -bázisok oldatai, amelyek eutektikus keveréket alkotnak. Mivel a mély eutektikus oldószerek nem gyúlékonyak, alacsony gőznyomással és toxicitással rendelkeznek, és gyakran természetes vegyületekből készülnek, takarékosabb, környezetbarátabb oldószer-alternatívát jelentenek. Az ultrahangos és mély eutektikus oldószerekről ismert, hogy szinergikusan működnek együtt, ezért kémiai szintézishez, valamint ultrahangos extrakcióhoz használják. A mély eutektikus oldószerek alkalmazása előnyös az ultrahanggal támogatott Diels-Alder reakciókban is. Például szonikációt alkalmaznak a Diels-Alder reakció elősegítésére N-etil-maleimiddel dienofilként, megváltoztatva a dién természetét mély eutektikus oldószerekben (DES) mind a hagyományos fűtés, mind az ultrahangos aktiválás során.
Az ultrahangos aktiválás mély eutektikus oldószerekkel kombinálva előnyösnek bizonyult, jó hozamot biztosítva drasztikusan csökkentett reakcióidő mellett.

Ultrahanggal javított Diels−Alder reakció.
a rendszer Marullo et al., 2020 alapján adaptált

Általános eljárás a Diels-éger reakcióhoz DES és szonikálás alkalmazásával

Az ultrahanggal támogatott Diels-Alder reakciókat az ultrahangos szonda (sonotrode / horn) behelyezésével végeztük a reakcióedénybe. 0,5 cm átmérőjű csúcsú ultrahangos szondával a névleges kimenő teljesítmény 70 W volt. A reakciókat 40 ° C-on végeztük ultrahangos impulzus üzemmódban 5 másodperces BE és 20 másodperces OFF ciklusokkal. Az ultrahanggal intenzívebb Diels-Alder reakció sokkal rövidebb idő alatt jó hozamot adott, mint csendes körülmények között (70 perc és 24 óra szonokémiai és csendes reakciók esetén).
A szonokémiailag fokozott Diels-Alder reakció energiahatékonyságának értékelése érdekében összehasonlítottuk a csendes és az ultrahanggal támogatott Diels-Alder reakció energiafogyasztását. A számítások 35,094 kJ / g fogyasztást adtak a csendes reakcióhoz és 28.4 kJ / g ultrahanggal segített reakcióhoz (ultrahangos kürt 70 W nettó energiával). Ez az energia 99% -át megtakarítja a szonokémiailag vezérelt Diels-Alder reakcióhoz. Mindezek a megfigyelések erősen azt sugallják, hogy a mély eutektikus oldószerek (DES) és az ultrahangos besugárzás együttes használata hatékony és energiatakarékos módszer olyan fontos szintetikus folyamatokhoz, mint a Diels-Alder reakció. (Marullo és mtsai., 2020)

A különböző mély eutektikus oldószerek hatása szonikációval kombinálva

Az ultrahanggal támogatott Diels-Alder reakció legjobb eredményeit akkor értük el, amikor a mély eutektikus oldószereket [ChCl]: [Fru] és [TBACl]: [EG] oldószerként használják. A [ChCl]:[Fru] és a [TBACl]:[EG] oldószerként történő használata jelentősen csökkentette a reakcióidőt, valamint jelentősen javította a hozamot (a [TBACl]:[EG] esetében 73% és 87%, a [ChCl]:[Fru] esetében pedig 23 és 75% csendes és szonokémiai körülmények között).
Bizonyos esetekben, nevezetesen amikor [TBPCl]: [EG], [ChCl]: [Gly] és [AcChCl]: [EG] oldószerként használják, a hozamok összehasonlíthatók a csendes körülmények között kapott hozamokkal, de a kémiai folyamat sebessége még mindig drasztikusan javul szonikálással.
A szonikálás nagyon jól működik alacsony gőznyomással és viszkózus oldószerekkel, például ionos folyadékokkal (IL), mivel ezek a feltételek megkönnyítik a több inetnse kavitációs hatás kialakulását. Mivel a mély eutektikus oldószerek hasonló fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek, mint az ionos folyadékok, megfelelően alkalmazhatók ultrahangos kezeléssel együtt. A mély eutektikus oldószerek (DES) és az ultrahang kombinált kölcsönhatása jelentősen csökkenti a Diels-Alder reakció energiaigényét. A reakcióidő jelentős csökkenése 24 óráról 70 percre figyelhető meg, miközben nagyon jó hozamot biztosít. A folyamat hatékonyságát illetően ez azt jelenti, hogy a mély eutektikus oldószerek (DES) és az ultrahangos kezelés együttes használata lehetővé teszi a 10-szer nagyobb mennyiségű anyag feldolgozását, mint csendes körülmények között. (Marullo és mtsai., 2020)

Ultrahangos Diels-Alder reakció oxabiciklusos alkének

Wei és munkatársai (2004) kimutatták, hogy az ultrahangos kezelés elősegítette a szubsztituált furánok Diels-Alder reakcióját reaktív dienofilekkel, például dimetil-acetilén-dikarboxiláttal (DMAD) és dimetil-maleáttal, amelyek funkcionalizált oxabiciklusos alkéneket tettek lehetővé jó hozamban. A 2-vinil-furánok regiospecifikus furano Diels-Alder cikloaddíciójának ultrahanggal támogatott reakciója DMAD-dal funkcionalizált oxabiciklusos alkéneket biztosított jó hozamban.

Sonokémiailag továbbfejlesztett cikloaddíciós reakciók

Bravo és munkatársai (2006) egy sor szonokémiai cikloaddíciót írtak le, amelyek ciklopentadiént vagy 1,3-ciklohexadiént tartalmaznak karbonil-dienofilekkel egy imidazolium alapú ionos folyadékban reakcióközegként. Bebizonyították, hogy az ultrahangos kezelés hatékonyan javítja ezeket a cikloaddíciós reakciókat, ami magasabb hozamot és / vagy csökkent reakcióidőt eredményez a megfelelő csendes reakciókhoz képest. Például egyszerű α,β- telítetlen dienofilek, például metil-vinil-keton vagy akrolein esetében az ultrahangos aktiválás hatásai nyilvánvalóak. Például a metil-vinil-keton 89% -os hozamot eredményez az enyhe szonikálás 1 órán belül, míg a csendes reakció csak 52% -ot tett lehetővé ugyanazon reakcióidő alatt.

Ultrahangos készülékek bármilyen méretben a szonokémiailag támogatott Diels-Alder reakciókhoz

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos szonda típusú homogenizátorokat és szonokémiai berendezéseket tervez, gyárt és forgalmaz a kémiai rendszerekbe való integrációhoz, mint például a szintézis és a katalízis reakciók. A Hielscher ultrahangos készülékeket világszerte használják, mint megbízható eszközt a kémiai reakciók előmozdítására, fokozására, felgyorsítására és javítására.
Hielscher Ultrasonics’ Az ultrahangos processzorok bármilyen méretben kaphatók a kis laboratóriumi eszközöktől a nagy ipari processzorokig kötegelt és áramlási kémiai alkalmazásokhoz. Az ultrahangos amplitúdó pontos beállítása – A szonokémiai alkalmazások legfontosabb paramétere – lehetővé teszi a Hielscher ultrahangos készülékek működését alacsony és nagyon nagy amplitúdókkal, és az amplitúdó finomhangolását pontosan a szükséges ultrahangos folyamatfeltételekhez az adott kémiai reakciórendszerben.
A Hielscher ultrahangos generátora intelligens szoftvert tartalmaz automatikus adatprotokollal. Minden fontos feldolgozási paraméter, például az ultrahangos energia, a hőmérséklet, a nyomás és az idő automatikusan tárolódik a beépített SD-kártyán, amint a készülék be van kapcsolva.
A folyamatfelügyelet és az adatrögzítés fontos a folyamatos folyamatszabványosítás és a termékminőség szempontjából. Az automatikusan rögzített folyamatadatok elérésével felülvizsgálhatja a korábbi szonikálási futtatásokat és értékelheti az eredményt.
Egy másik felhasználóbarát funkció a digitális ultrahangos rendszereink böngésző távirányítója. A távoli böngészővezérléssel bárhonnan távolról elindíthatja, leállíthatja, beállíthatja és felügyelheti ultrahangos processzorát.
Lépjen kapcsolatba velünk most, hogy többet megtudjon nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorainkról, amelyek javíthatják szerves szintézis reakcióját, mint például a Diels-Alder reakciók, a Mannich reakciók vagy a Michael hozzáadás sok más mellett!

Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását: