Sonokémiailag továbbfejlesztett Diels-Éger reakciók

A Diels-Alder reakciókat széles körben használják kémiai szintetizátorokhoz, ahol atomi szén-szén kötéseket kell kialakítani. Ultrasonication és annak szonokémiai hatásai rendkívül hatékonyak a vezetésben és a Diels-Alder reakciók előmozdításában, ami magasabb hozamot, jelentősen csökkentett reakcióidőt és ugyanakkor a környezetbarát zöld kémia részét képezi.

Sonokémiailag továbbfejlesztett Diels-Éger reakció a zöld kémia számára

A Diels-Alder reakciók kémiai reakciók, amelyekben szénatomok közötti kötések alakulnak ki. A Diels-Alder reakció termikusan megengedett [4+2] cikloáddition [_π4_S + _π2_S]. Mivel az ultrahanggal támogatott szerves szintézis zöld és hatékony szintetikus út, amely növeli a reakciósebességet, a hozamokat és a reakciók szelektivitását, a szonikálás egyszerű és megbízható technika, amelyet széles körben használnak a laboratóriumokban és az 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 az energiaköltségek megtakarításában, 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, megtakarító, környezetbarátabb oldószer alternatívát jelentenek. Ultrasonication és mély eutektikus oldószerek ismert, hogy a munka szinergikusan együtt, és ezért használják a kémiai szintézis, valamint az ultrahangos extrakció. A mély eutektikus oldószerek használata előnyös az ultrahanggal támogatott Diels-Alder reakciókban is. Például a szonikációt a Diels-Alder reakció elősegítésére használják N-etilmaleimidet dienofilként, megváltoztatva a diene természetét mély eutektikus oldószerekben (DES) mind a hagyományos fűtés, mind az ultrahangos aktiválás alatt.
Az ultrahangos aktiválás használata mély eutektikus oldószerekkel kombinálva hasznosnak bizonyult, jó hozamot biztosítva drasztikusan csökkentett reakcióidőkben.

Ultrahanggal javított Diels-Éger reakció.
a Marullo et al., 2020.

Általános eljárás a Diels-Alder reakció segítségével DES és Sonication

Ultrahanggal támogatott Diels-Éger reakciókat végeztek behelyezve az ultrahangos szondát (sonotrode / kürt) a reakcióedénybe. Egy ultrahangos szondával, amelynek 0,5 cm átmérőjű csúcsa volt, a névleges kimeneti teljesítmény 70 W volt. A reakciókat 40 ° C-on végezték szonikációs inpulse mód alkalmazásával, 5 mp ON és 20 mp OFF ciklusokkal. Az ultrahanggal felfokozott Diels-Alder reakció sokkal rövidebb idő alatt jó hozamot adott, mint csendes körülmények között (70 perc és 24 óra a szonokémiai és csendes reakciók esetében).
A szonokémiailag intenzívebb Diels-Alder reakció energiahatékonyságának értékelése érdekében összehasonlították 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 ultrahangos asszisztált reakcióhoz (ultrahangos szarv 70 W nettó energiával). Ez azt eredményezi, hogy a sonokémiailag vezérelt Diels-Alder reakcióhoz megtakarított energia 99% -át teszik ki. Mindezek a megfigyelések erősen arra utalnak, 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 et al., 2020)

A különböző mély eutektikus oldószerek hatása szonikálással kombinálva

Az ultrahanggal támogatott Diels-Alder reakció legjobb eredményeit akkor érték el, amikor a mély eutektikus oldószereket [ChCl]:[Fru] és [TBACl]:[EG] oldószerként használják. A [ChCl]:[Fru] és [TBACl]:[EG] oldószerként történő használata jelentős reakcióidő-csökkenést, valamint a hozam jelentős javulását eredményezte (a [TBACl]:[EG] 73% és 87%, valamint a [ChCl]:[Fru] 23 és 75% esetében csendes és szonokémiai körülmények között).
Bizonyos esetekben, nevezetesen, amikor [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly], és [AcChCl]:[EG] oldószerként használják, a hozamok hasonlóak a csendes körülmények között nyert hozamokhoz, de a kémiai folyamat sebességét még mindig drasztikusan javítja a szonikálás.
A szonikáció nagyon jól működik alacsony gőznyomással és viszkózus oldószerekkel, például ionos folyadékokkal (ILs), mivel ezek a feltételek megkönnyítik az inetnse kavitációs hatások generálását. Mivel a mély eutektikus oldószerek hasonló fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek, mint az ionos folyadékok, megfelelően használhatók az ultrahangos kezeléssel együtt. A mély eutektikus oldószerek (DES) és a szonikáció együttes kölcsönhatása jelentősen csökkenti a Diels-Alder reakció energetikai igényét. A reakcióidő 24 óráról 70 percre történő sigmificant csökkenése figyelhető meg, miközben nagyon jó hozamot biztosít. Ami a folyamat hatékonyságát illeti, ez azt jelenti, hogy a mély eutektikus oldószerek (DES) és az ultrahangos kezelés együttes használata lehetővé teszi az anyagok mennyiségének 10-szer nagyobb feldolgozását, mint csendes körülmények között. (Marullo et al., 2020)

Ultrahangos Diels-Éger reakció oxabitikus alkének

Wei és munkatársai (2004) kimutatták, hogy az ultrahangos kezelés elősegítette a Diels-Alder reakciót a reaktív dienofilekkel, például dimetil-acetil-acetil-acetil-acerboxiláttal (DMAD) és dimetil-maleáttal, amely jó hozamú funkcionalizált oxabiciklikus alkéneket biztosított. Az ultrahangos-támogatott reakció regiospecific furano Diels-Alder cycloaddition 2-vinil furans DMAD berendezett funkcionalizált oxabiciklikus alkének jó hozammal.

Sonokémiailag továbbfejlesztett cikloáddition reakciók

Bravo és munkatársai (2006) egy sor szonokémiai cikloádiát írtak le, amelyek ciklopentadiennel vagy 1,3-ciklohexadiénnel kapcsolatosak karbonil-dienofilekkel egy imidazolium-alapú ionos folyadékban reakcióközegként. Kimutatták, hogy az ultrahangos kezelés hatékonyan javítja ezeket a cikloáddíciós reakciókat, ami magasabb hozamot és / vagy csökkentett reakcióidőt eredményez a megfelelő csendes reakciókhoz képest. Például az egyszerű α,β telítetlen dienofilek, mint például a metil-vinil keton vagy az acrolein, az ultrahangos aktiválás hatásai nyilvánvalóak. Például a metil-vinil keton 89% -os hozamot eredményez az enyhe szonikáció 1 órán belül, míg a csendes reakció csak 52% -ot biztosított ugyanazon reakcióidő alatt.

Ultrasonicators bármilyen méretben a sonokémiailag támogatott Diels-Éger reakciók

Hielscher Ultrasonics tervez, gyárt és terjeszt nagy teljesítményű ultrahangos szonda típusú homogenizátorok és szonokémiai berendezések az integráció a kémiai rendszerek, mint a szintézis és katalízis reakciók. A Hielscher ultrasonicators-t világszerte megbízható eszközként használják a kémiai reakciók előmozdítására, fokozására, felgyorsítására és javítására.
Hielscher Ultrasonics’ ultrahangos processzorok állnak rendelkezésre bármilyen méretben a kis laboratóriumi eszközök nagy ipari processzorok a tétel és az áramlás kémiai alkalmazások. Az ultrahangos amplitúdó pontos beállítása – A szonokémiai alkalmazások legfontosabb paramétere – lehetővé teszi a Hielscher ultrasonicators alacsony vagy nagyon magas amplitúdójú működtetését és az amplitúdó finomhangolását pontosan az adott kémiai reakciórendszer szükséges ultrahangos folyamatkörülményeihez.
A Hielscher ultrahangos generátora intelligens szoftverrel rendelkezik, automatikus adatprotokolllal. Minden fontos feldolgozási paraméter, például az ultrahangos energia, a hőmérséklet, a nyomás és az idő automatikusan tárolódik egy beépített SD-kártyára, amint a készülék be van kapcsolva.
A folyamatfigyelés és az adatrögzítés fontos a folyamatos folyamat szabványosítás és a termékminőség érdekében. Az automatikusan rögzített folyamatadatok eléréséval felülvizsgálhatja a korábbi szonikálási futtatásokat, és kiértékelheti az eredményt.
Egy másik felhasználóbarát funkció a böngésző távirányító a digitális ultrahangos rendszerek. Keresztül távoli böngésző vezérlés lehet kezdeni, megállítani, beállítani és figyelemmel kíséri az ultrahangos processzor távolról bárhonnan.
Vegye fel velünk a kapcsolatot most, hogy többet megtudjon a nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorainkról, amelyek javíthatják a szerves szintézis reakciót, mint például a Diels-Alder reakciók, a mannich reakciók vagy a Michael kiegészítés többek között!

Az alábbi táblázat az ultrahangos készülékek hozzávetőleges feldolgozási kapacitását jelzi: