Ultrahang által keltett és az Enhanced Phase katalízis

Nagy teljesítmény ultrahang jól ismert a hozzájárulása a különböző kémiai reakciók. Ez az úgynevezett Sonochemistry. Heterogén reakciók - és különösen a fázistranszfer reakciók - erősen potenciális alkalmazási területek számára teljesítmény ultrahang. Mivel a mechanikai és sonochemical energiát alkalmazni a reagensek, reakciók létrejöttének, a reakció sebessége jelentősen javítani lehet, valamint a magasabb konverziós arányok, magasabb hozamok, és jobb termékeket lehet elérni. A lineáris skálázhatóságot ultrahang és a rendelkezésre álló megbízható ultrahangos Ipari berendezés teszi ezt a technikát egy érdekes megoldás a vegyipari termelés.

Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Ultrahangos Glass Flow Cell

fázisátviteli katalízis

A Phase Transfer Catalysis (PTC) a heterogén katalízis különleges formája, és a szerves szintézis gyakorlati módszere. Fázistranszfer katalizátor alkalmazásával lehetővé válik olyan ionos reagensek szolubilizálása, amelyek gyakran oldódnak egy vizes fázisban, de szerves fázisban oldhatatlanok. Ez azt jelenti, hogy a PTC alternatív megoldás a heterogenitási probléma leküzdésére egy olyan reakcióban, amelyben a keverék különböző fázisaiban elhelyezkedő két anyag közötti kölcsönhatás gátolódik, mivel a reagensek nem képesek összejövetelre. (Esen és munkatársai, 2010) A fázisátviteli katalízis általános előnyei a kis előkészületek, az egyszerű kísérleti eljárások, az enyhe reakciókörülmények, a nagy reakciósebesség, a nagy szelektivitás és az olcsó és környezetbarát reagensek alkalmazása, például kvaterner ammónium sókat és oldószereket, valamint nagy léptékű készítmények előállításának lehetőségét (Ooi et al., 2007).
A különböző folyadék-folyadék és folyadék-szilárd reakciók fokozták, és azáltal tesszük szelektívvé egyszerű fázis-transzfer (PT) katalizátorok, például kvaterner ammóniumvegyületek, a polietilén-glikol-400, stb, amelyek lehetővé teszik az ionos anyagok kell ferried a vizes fázis szerves fázist. Így a kapcsolatos problémák rendkívül alacsony oldhatósága a szerves reagensek a vizes fázisban lehet leküzdeni. A növényvédőszer és a gyógyszeripar, PTC széles körben használják, és megváltoztatta az alapjait az üzleti. (Sharma 2002)

Teljesítmény ultrahang

Az alkalmazás teljesítmény ultrahang egy jól ismert eszköz létrehozása rendkívül finom emulziók. A kémiában az ilyen rendkívül finom méretű emulziók használatosak, hogy fokozzák a kémiai reakciók. Ez azt jelenti, hogy a határfelületi érintkezési felület két vagy több nem elegyedő folyadék válik drámaian kibővített és rendelkezik ezáltal egy jobb, teljes és / vagy gyorsabb a reakció során.
A fázistranszfer katalízis – ugyanaz, mint a más kémiai reakciók - elegendő mozgási energia szükséges a reakció megindításához.
Ez különféle pozitív hatásai tekintetében a kémiai reakció:

  • A kémiai reakció, amely rendesen nem fordul elő, mert az alacsony kinetikus energia lehet elkezdeni ultrahanggal.
  • A kémiai reakciók gyorsítani lehet ultrahanggal segített PTC.
  • Teljes elkerülése fázistranszfer katalizátor.
  • Nyersanyagok lehet használni a hatékonyabb.
  • Melléktermékek is csökkenthető.
  • Cseréje költséges veszélyes erős bázis az olcsó szervetlen bázissal.

Ezekkel hatások, PTC felbecsülhetetlen kémiai módszertant szerves szintézist két és több nem elegyedő reagensek: A fázistranszfer katalízis (PTC) lehetővé teszi, hogy a nyers anyagot a kémiai folyamatok hatékonyabban és termelni költséghatékonyabban. A fokozása kémiai reakciók által PTC fontos eszköze kémiai termelés, amely javítható az ultrahang drámaian.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Kavitáció folyékony

Példák ultrahanggal támogatott PTC reakciók

  • Szintézise az új N”- (4,6-diszubsztituált-pirimidin-2-il) -N- (5-aril-2-furoil) tiokarbamid-származékok alkalmazásával PEG-400 alatti ultrahangos kezeléssel. (Ken és mtsai. 2005)
  • Az ultrahanggal támogatott szintézisét mandulasav PTC ionos folyadékban mutat jelentős javulását a reakció hozamára környezeti körülmények között. (Hua és mtsai. 2011)
  • Kubo és mtsai. (2008) közleményükben az ultrahanggal támogatott C-alkilezése fenil egy oldószerben-mentes környezetben. A hatás az ultrahang a reakció elősegítésére annak tulajdonították, hogy rendkívül nagy határfelületi terület között, a két folyékony fázis. Ultrasonication eredményez sokkal gyorsabb reakció sebessége, mint a mechanikus keverés.
  • Az ultrahangos kezelés során a reakció a szén-tetraklorid magnézium a generációs dichlorocarbene eredmények nagyobb kitermeléssel gem-dichlorocyclopropane jelenlétében olefinek. (Lin et al., 2003)
  • Ultrahang biztosítja a gyorsulás a Cannizzaro reakció a P-chlorobenzaldehyde fázistranszfer körülmények között. Háromfázisú katalizátorok – benzil-kloridot (TEBA), Aliquat és 18-korona-6 -, melyek teszteltek által Poláčková et al. (1996) TEBA találtuk a leghatékonyabb. Ferrocenecarbaldehyde és P-dimethylaminobenzaldehyde adta, hasonló körülmények között, 1,5-diaril-1,4-pentadién-3-onok, mint a fő termék.
  • Lin-Xiao és munkatársai. (1987) kimutatták, hogy a kombináció a ultrasonication és a PTC elősegíti hatékonyan generációs dichlorocarbene kloroform rövidebb idő jobb kitermeléssel és kevesebb mennyiségű katalizátor.
  • Yang és mtsai. (2012) vizsgálták a zöld, ultrahangos támogatott eljárás a benzil-4-hidroxi-benzoátot használva 4,4'-bisz (tributylammoniomethyl) -1,1'-bifenil-diklorid (QCL2) Katalizátorként. Használata által QCL2, Hogy kifejlesztettek egy új, kettős helyszínen bevezetett katalízis. Ez a szilárd-folyadék fázis-transzfer katalízis (SLPTC) került sor, mint szakaszos eljárás ultrahangos kezeléssel. Intenzív ultrahangos kezelés, 33% -a a hozzáadott Q2 + tartalmazó 45,2% Q (Ph (OH) COO)2 még át a szerves fázist reagáltatjuk benzil-bromiddal, így a teljes reakció sebessége fokozódott. Ez a továbbfejlesztett reakció sebességét kapunk 0,106 min-1 alatt 300W ultrahangos besugárzással, miközben ultrahangos kezelés nélkül sebességgel 0,0563 min-1 megfigyelték. Ezáltal, a szinergikus hatás a kettős-site fázis-transzfer katalizátor ultrahanggal fázistranszfer katalízis igazolták.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

1. kép: A UP200Ht egy 200 watt teljesítményű ultrahangos homogenizáló

Ultrahangos megnövelését Aszimmetrikus fázis transzfer reakció

Azzal a céllal, hogy létrehozzon egy eljárást nyújt az aszimmetrikus szintézis egy-aminosavak és származékaik Maruoka és Ooi (2007) vizsgálták, „hogy a reaktivitását N-spiro királis kvaterner ammóniumsók fokozható és azok szerkezetét egyszerűsített. Mivel ultrahangos besugárzás termel homogenizálás, Azaz nagyon finom emulziók, Ez jelentősen megnöveli a határfelületi területen, amely felett a reakció léphet fel, ami szállít jelentős gyorsítóhatást a folyadék-folyadék fázis-transzfer reakciók. Valóban, szonikálás a reakcióelegy 2, metil-jodidot, és az (S, S) -naphtyl alegység (1 mol%) toluol / 50% -os vizes KOH-0 degC 1 órán vezetett a megfelelő alkilezett terméket 63% hozam 88% ee; A kémiai hozam és az enantioszelektivitás hasonlók voltak a reakció által végzett egyszerű keverés közben a keverék nyolc órán (0 degC, 64%, 90% ee).”(Maruoka et al., 2007, p. 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

1. reakcióvázlat: Ultrasonication növeli a reakció sebességét során aszimmetrikus szintézisét α-aminosavak [Maruoka et al. 2007]

Egy másik reakció típusú aszimmetrikus katalízis a Michael-reakció. A Michael addíciós dietil N-acetil-amino-malonát a kalkon pozitívan befolyásolja ultrahangos amelynek eredménye 12% -os növekedést a hozam (72% során kapott néma reakció legfeljebb 82% alatti ultrahangos kezeléssel). A reakcióidő hatszor gyorsabb áram alatt ultrahang reakcióhoz képest anélkül, ultrahang. Az enantiomer felesleget (ee) nem változott, és volt mindkét reakciók - és anélkül ultrahangos - 40% ee. (Mirza-Aghayan et al. 1995)
Li és mtsai. (2003) kimutatták, hogy a Michael-reakció a kalkonok, mint akceptorok különböző aktív metilén vegyületek, például dietil-malonát, a nitro-metán, ciklohexanon, etil-aceto-acetát és acetil-donorként által katalizált KF / bázisos alumínium-oxidon eredményez adduktumok nagy hozammal belül rövidebb idő alatt ultrahangos sugárzás. Egy másik tanulmányban, Li et al. (2002) kimutatták, hogy a sikeres ultrahanggal támogatott szintézisét kalkonok által katalizált KF-Al2O3.
Ezek a PTC fenti reakciókat mutatják csak egy kis tartományban a lehetőségeiről ultrahangos besugárzással.
A tesztelési és értékelési ultrahang az esetleges fejlesztések PTC nagyon egyszerű. Ultrahangos laboratóriumi eszközök, mint például a Hielscher Uf200 ः t (200 watt) és asztali rendszerek, mint például Hielscher féle UIP1000hd (1000 watt) lehetővé teszik az első kísérletek. (Lásd a képet az 1. és 2.)
Ultrahangos javított aszimmetrikus Michael kívül (Kattintson a képre!)

2. reakcióvázlat: ultrahanggal támogatott aszimmetrikus Michael addíciós dietil N-acetil-amino-malonát a kalkon [Török és munkatársai. 2001]

Hatékony termelés Versenyben a vegyipari piacon

Ultrahangos fázisú katalízis fog profitálni egy vagy több különböző hasznos előnye van:

  • inicializálása reakciók, amelyek egyébként nem kivitelezhető
  • növekedés hozam
  • visszafogják a drága, vízmentes, aprotikus oldószerek
  • csökkentése reakcióidő
  • alacsonyabb reakció-hőmérsékletek
  • egyszerűsített készítmény
  • felhasználása vizes alkálifém helyett alkálifém-alkoxidok, nátrium-amid, nátrium-hidrid vagy fémnátrium
  • használata olcsóbb nyersanyagok, elsősorban oxidánsok
  • eltolódása a szelektivitás
  • változása termék arányok (például O- / C-alkilezés)
  • egyszerűsített izolálását és tisztítását
  • növeli a hozamot azáltal, hogy elnyomja a mellékreakciók
  • egyszerű, lineáris skálán felfelé az ipari termelés szintje még igen nagy áteresztőképességű
UIP1000hd pad-Top ultrahangos homogenizáló

Beállítás 1000 W ultrahangos processzor, áramlási cella, tartály és a szivattyú

Egyszerű és kockázatmentes tesztelése Ultrahangos Effects in Chemistry

Ha látni az ultrahang hatások konkrét anyagok és reakciók első megvalósíthatósági vizsgálatokat lehet elvégezni kis méretű. Kézi vagy állni szerelt laboratóriumi eszközök a tartományban 50 400 watt lehetővé szonikáció kis- és közepes méretű mintákat a főzőpohárban. Ha az első eredmények azt mutatják, a lehetséges eredmények, a folyamat kifejlesztett és optimalizált a pad-tetejét egy ipari ultrahangos processzor, például a UIP1000hd (1000W, 20 kHz). Hielscher féle ultrahangos asztali rendszerek 500 watt 2000 watt ideális eszközök R&D és optimalizálása. Ezek ultrahangos rendszerek - Ajánlott főzőpohárba, és inline szonikálás – hogy teljes ellenőrzése alatt a legfontosabb folyamat paraméter: amplitúdó, nyomás, hőmérséklet, viszkozitás és a koncentráció.
A pontos felett a paraméterek lehetővé teszi a pontos reprodukálhatóság és lineáris skálázhatóság A kapott eredmények. Tesztelése után különböző beállítások, a konfigurációs találtuk a legjobb lehet használni, hogy folyamatosan fut (24h / 7d) gyártási körülmények. Az opcionális PC-Control (szoftver interface) is megkönnyíti a felvétel az egyes vizsgálatok. A szonikáció gyúlékony folyadékok vagy oldószerek veszélyes környezetben (ATEX, FM) a UIP1000hd rendelkezésre áll egy ATEX tanúsítvánnyal: UIP1000-exd.

Általános előnyeit ultrahanggal kémia:

  • A reakciót gyorsíthatjuk vagy kevésbé erélyes körülményeket lehet szükség, ha ultrahangos kezelést alkalmazunk.
  • Az indukciós periódus gyakran jelentősen csökken, mint a exoterm általában társított ilyen reakciókat.
  • Sonochemical reakciók gyakran által kezdeményezett ultrahang szükségessége nélkül adalékanyagok.
  • A lépések száma, amelyek általában szükségesek szintézisbői néha csökkenthető.
  • Bizonyos helyzetekben a reakció lehet irányítani egy alternatív útvonal.

Kapcsolat / Ajánlatkérés További információk

Beszélj nekünk a feldolgozási követelményeket. Mi ajánljuk a legmegfelelőbb a telepítést és a feldolgozási paraméterek a projekt.





Kérjük, vegye figyelembe Adatvédelmi irányelvek.


Irodalom / References

  1. Esen, Ilker et al. (2010): Hosszú lánc Dicationic fázistranszfer katalizátorok a kondenzációs reakciók az aromás aldehidek vízben az ultrahangos Effect. Bulletin a koreai Chemical Society 31/8, 2010; pp. 2289-2292.
  2. Hua, Q. et al. (2011): ultrahangos elősegített szintézisét mandulasav fázistranszfer katalízis egy ionos folyadék. In: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 18/5, 2011; pp. 1035-1037.
  3. Li, J.-T. et al. (2003): A Michael által katalizált reakció KF / bázikus alumínium-oxid ultrahangos besugárzás. Ultrahangos Sonochemistry 10, 2003. pp. 115-118.
  4. Lin, Haixa et al. (2003): A Facile Eljárás a generációs Dichlorocarbene a reakció a szén-tetraklorid és a magnézium-ultrahangos besugárzással. In: A molekulák 8, 2003; pp. 608 -613.
  5. Lin-Xiao, Xu et al. (1987): Egy új eljárást nyújt az generációs dichlorocebene ultrahangos besugárzás és fázistranszfer katalízis. In: Acta Chimica Sinica, Vol. 5/4, 1987; pp. 294-298.
  6. Ken, Shao-Yong és munkatársai. (2005): Fázis transzfer katalizált szintézis ultrahangos besugárzás alatt, és bioaktivitását N”- (4,6-diszubsztituált-pirimidin-2-il) -N- (5-aril-2-furoil) tiokarbamid-származékok. In: Indian Journal of Chemistry. 44B, 2005; pp. 1957-1960.
  7. Kubo, Masaki et al. (2008): kinetikája oldószermentes C-alkilezésével fenil ultrahangos besugárzást. Vegyészmérnöki Journal Japán, Vol. 41, 2008; pp. 1031-1036.
  8. Maruoka, Keiji et al. (2007): Legújabb előrelépések aszimmetrikus fázistranszfer-katalízis. In: Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; pp. 4222-4266.
  9. Mason, Timothy et al. (2002): Alkalmazott Sonochemistry: a felhasználási hatalmi ultrahang a kémia és a feldolgozás. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  10. Mirza-Aghayan, M. és munkatársai (1995): az ultrahangos besugárzás Hatás a aszimmetrikus Michael-reakció. Tetrahedron: Asymmetry 6/11, 1995; pp. 2643-2646.
  11. Poláčková, Viera et al. (1996): Ultrahang-támogatott Cannizzaro reakció fázis-transzfer körülmények között. In: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 3/1, 1996; pp. 15-17.
  12. Sharma, M. M. (2002): Stratégiák lefolytatása reakciók kis léptékben. A szelektivitás mérnöki és folyamat intenzívebbé. In: Pure and Applied Chemistry, Vol. 74/12, 2002; pp. 2265-2269.
  13. Török, B. et al. (2001): aszimmetrikus reakciók Sonochemistry. Ultrasonics Sonochemistry 8, 2001; pp. 191-200.
  14. Wang, Maw-Ling és munkatársai. (2007): Ultrahang támogatott fázis-transzfer katalitikus epoxidációs 1,7-oktadién - A kinetikai vizsgálat. In: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 14/1, 2007; pp. 46-54.
  15. Yang, H.-M .; Chu, W.-M. (2012): Ultrahang-Assisted fázistranszfer-katalízis: Zöld szintézise szubsztituált benzoesa with Növel Dual-Site fázistranszfer katalizátor in szilárd-folyadék rendszer. In: Felszólították s 14Th Asia Pacific Szövetsége Vegyészmérnöki Congress APCChE 2012.

Kapcsolódó hozzászólások

Tudni érdemes

Az ultrahangos szövethomogenizátorokat gyakran mint szonda-ultrahangos, ultrahangos csiszológép, szamár-ruptor, sonifier, sonic dismembrator, cell disrupter, ultrahang diszpergáló vagy oldószerként használják. A különböző kifejezések az egyes alkalmazásokból származnak, amelyeket az ultrahangos kezeléssel lehet teljesíteni.