Sonochemically բարելավված Diels-Alder ռեակցիաներ

Դիելս-Ալդեր ռեակցիաները լայնորեն կիրառվում են քիմիական սինթեզների համար, որտեղ պետք է առաջանան ատոմային ածխածին-ածխածին կապեր։ Ultrasonication-ը և դրա sonochemical ազդեցությունները շատ արդյունավետ են Diels-Alder ռեակցիաները վարելու և խթանելու համար, ինչը հանգեցնում է ավելի բարձր եկամտաբերության, զգալիորեն կրճատվում է արձագանքման ժամանակը և միևնույն ժամանակ հանդիսանում է շրջակա միջավայրի համար բարենպաստ կանաչ քիմիայի մաս:

Sonochemically-Enhanced Diels-Alder Reaction կանաչ քիմիայի համար

Դիլս-Ալդերի ռեակցիաները քիմիական ռեակցիաներ են, որոնցում առաջանում են կապեր ածխածնի ատոմների միջև։ Դիլս-Ալդերի ռեակցիան դասակարգվում է որպես ջերմային թույլատրված [4+2] ցիկլային հավելում [_պ4_ս + _պ2_ս]։ Քանի որ ուլտրաձայնային օգնությամբ օրգանական սինթեզը կանաչ և արդյունավետ սինթետիկ երթուղի է, որը մեծացնում է ռեակցիաների արագությունը, բերքատվությունը և ռեակցիաների ընտրողականությունը, sonication-ը պարզ և հուսալի տեխնիկա է, որը լայնորեն օգտագործվում է լաբորատորիաներում և արդյունաբերական արտադրության մեջ: Հաճախ, sonochemically խթանված երթուղին հեշտացնում է օրգանական վերափոխումը շրջակա միջավայրի պայմաններում, որոնք այլ կերպ պահանջում են ջերմաստիճանի և ճնշման կտրուկ պայմաններ, ինչը օգնում է խնայել էներգիայի ծախսերը և քիմիական սինթեզը դարձնում խնայող ընթացակարգ:

Ուլտրաձայնային Diels-Alder Reaction օգտագործելով Deep Eutectic Solvents

Խորը էվեկտիկական լուծիչները (DES) Լյուիսի կամ Բրոնստեդ թթուների և հիմքերի լուծույթներն են, որոնք կազմում են էվեկտիկական խառնուրդ: Քանի որ խորը էվեկտիկական լուծիչները դյուրավառ չեն, ունեն ցածր գոլորշիների ճնշում և թունավորություն և հաճախ պատրաստված են բնական միացություններից, դրանք խնայող, էկոլոգիապես մաքուր լուծիչների այլընտրանք են: Հայտնի է, որ ուլտրաձայնային և խորը էուտեկտիկ լուծիչները միասին աշխատում են սիներգետիկորեն և, հետևաբար, օգտագործվում են քիմիական սինթեզի, ինչպես նաև ուլտրաձայնային արդյունահանման համար: Խորը էվեկտիկական լուծիչների օգտագործումը նույնպես օգտակար է ուլտրաձայնային ձևով խթանվող Diels-Alder ռեակցիաներում: Օրինակ, sonication օգտագործվում է խթանել Diels-Alder ռեակցիան, օգտագործելով N-էթիլմալեյմիդը որպես դիենոֆիլ, փոխելով դիենի բնույթը խորը էվեկտիկական լուծիչներում (DES) ինչպես սովորական ջեռուցման, այնպես էլ ուլտրաձայնային ակտիվացման ներքո:
Օգտագործելով ուլտրաձայնային ակտիվացումը խորը էվեկտիկական լուծիչների հետ համատեղ, ապացուցվեց, որ օգտակար է ապահովելով լավ եկամտաբերություն կտրուկ կրճատված ռեակցիայի ժամանակներում:

Ուլտրաձայնային բարելավված Diels-Alder արձագանքը:
սխեման՝ հարմարեցված Marullo et al., 2020 թ

Դիելս-Ալդեր ռեակցիայի ընդհանուր ընթացակարգը DES-ի և Sonication-ի միջոցով

Ուլտրաձայնային խթանված Diels-Alder ռեակցիաներն իրականացվել են՝ ուլտրաձայնային զոնդը (sonotrode/horn) տեղադրելով ռեակցիայի նավի մեջ: Օգտագործելով 0,5 սմ տրամագծով ծայրով ուլտրաձայնային զոնդ, անվանական ելքային հզորությունը եղել է 70 Վտ: Ռեակցիաներն իրականացվել են 40°C ջերմաստիճանում` կիրառելով sonication inpulse ռեժիմը 5 վայրկյան ON և 20 sec OFF ցիկլերով: Ուլտրաձայնային ուժեղացված Diels-Alder ռեակցիան լավ ելք է տվել շատ ավելի կարճ ժամանակում, քան լուռ պայմաններում (70 րոպե և 24 ժամ համապատասխանաբար սոնոքիմիական և լուռ ռեակցիաների համար):
Սոնոքիմիապես ուժեղացված Diels-Alder ռեակցիայի էներգաարդյունավետությունը գնահատելու համար համեմատվել է էներգիայի սպառումը լուռ և ուլտրաձայնային խթանված Diels-Alder ռեակցիայի համար: Հաշվարկները տվել են համապատասխանաբար 35,094 կՋ/գ լուռ ռեակցիայի և 28,4 կՋ/գ ուլտրաձայնային օգնությամբ ռեակցիայի համար (ուլտրաձայնային շչակ՝ 70 Վտ զուտ էներգիայի ելքային հզորությամբ): Սա հանգեցնում է էներգիայի 99%-ի խնայողությանը Sonochemically-ի վրա հիմնված Diels-Alder ռեակցիայի համար: Այս բոլոր դիտարկումները վճռականորեն ցույց են տալիս, որ խորը էվեկտիկական լուծիչների (DES) և ուլտրաձայնային ճառագայթման համակցված օգտագործումը արդյունավետ և էներգախնայող մեթոդաբանություն է կարևոր սինթետիկ գործընթացների համար, ինչպիսին է Diels-Alder ռեակցիան: (Marullo et al., 2020)

Տարբեր Deep Eutectic Solvents-ի ազդեցությունը Sonication-ի հետ համատեղ

Լավագույն արդյունքները ուլտրաձայնային խթանված Diels-Alder ռեակցիայի համար ձեռք են բերվել, երբ որպես լուծիչներ օգտագործվում են խորը էվեկտիկական լուծիչները [ChCl]:[Fru] և [TBACl]:[EG]: Օգտագործելով [ChCl]:[Fru] և [TBACl]:[EG] որպես լուծիչներ թույլ տվեցին զգալի կրճատումներ ռեակցիայի ժամանակի, ինչպես նաև զգալի բարելավումների արդյունքում ([TBACl]:[EG] 73% և 87%, իսկ [ChCl-ի համար. ]:[Fru] 23 և 75% լուռ և սոնոքիմիական պայմաններում, համապատասխանաբար):
Որոշ դեպքերում, մասնավորապես, երբ [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly] և [AcChCl]:[EG] օգտագործվում են որպես լուծիչներ, եկամտաբերությունը համեմատելի է լուռ պայմաններում ստացվածների հետ, սակայն արագությունը. Քիմիական գործընթացը դեռևս կտրուկ բարելավվում է sonication-ով:
Sonication-ը շատ լավ է աշխատում ցածր գոլորշիների ճնշման և մածուցիկ լուծիչների հետ, ինչպիսիք են իոնային հեղուկները (IL), քանի որ այս պայմանները նպաստում են ավելի ինտենսիվ կավիտացիոն էֆեկտների առաջացմանը: Քանի որ խորը էվեկտիկական լուծիչները ունեն իոնային հեղուկների նման ֆիզիկական հատկություններ, դրանք կարող են պատշաճ կերպով օգտագործվել ուլտրաձայնային ախտահանման հետ համատեղ: Խորը էվեկտիկական լուծիչների (DES) և ձայնագրման համակցված փոխազդեցությունը զգալիորեն նվազեցնում է Դիլս-Ալդեր ռեակցիայի էներգետիկ պահանջարկը: Կարելի է նկատել արձագանքման ժամանակի զգալի կրճատումներ՝ 24 ժամից մինչև 70 րոպե՝ միաժամանակ ապահովելով շատ լավ ելք: Ինչ վերաբերում է գործընթացի արդյունավետությանը, դա նշանակում է, որ խորը էուտեկտիկ լուծիչների (DES) և ուլտրաձայնային համատեղ օգտագործումը թույլ է տալիս մշակել նյութերի քանակությունը 10 անգամ ավելի, քան լուռ պայմաններում: (Marullo et al., 2020)

Օքսաբիցիկլիկ ալկենների ուլտրաձայնային դիելս-ալդեր ռեակցիա

Wei-ն և գործընկերները (2004) ցույց են տվել, որ ուլտրաձայնային ախտորոշումը նպաստել է փոխարինված ֆուրանների Diels-Alder ռեակցիային ռեակտիվ դիենոֆիլներով, ինչպիսիք են դիմեթիլացետիլենդիկարբոքսիլատը (DMAD) և դիմեթիլ մալեատը, որոնք լավ ելքով են տալիս ֆունկցիոնալացված օքսաբիցիկլիկ ալկեններին: Regiospecific furano Diels-Alder-ի 2-վինիլային ֆուրանների ուլտրաձայնային խթանման արձագանքը լավ եկամտաբերությամբ ֆունկցիոնալացված օքսաբիցիկլիկ ալկեններով DMAD-ով:

Sonochemically բարելավված Cycloaddition ռեակցիաներ

Բրավոն և գործընկերները (2006 թ.) նկարագրել են մի շարք սոնոքիմիական ցիկլոավելացումներ, որոնք ներառում են կա՛մ ցիկլոպենտադիեն, կա՛մ 1,3-ցիկլոհեքսադիեն՝ կարբոնիլ դիենոֆիլներով իմդազոլիումի վրա հիմնված իոնային հեղուկում՝ որպես ռեակցիայի միջավայր: Նրանք ցույց տվեցին, որ ուլտրաձայնային ազդեցությունը արդյունավետորեն բարելավում է այս ցիկլային ավելացման ռեակցիաները, ինչը հանգեցնում է ավելի բարձր եկամտաբերության և/կամ նվազեցված արձագանքման ժամանակի, երբ համեմատվում է համապատասխան լուռ ռեակցիաների հետ: Օրինակ, պարզ α, β- չհագեցած դիենոֆիլների համար, ինչպիսիք են մեթիլ վինիլկետոնը կամ ակրոլեինը, ակնհայտ են ուլտրաձայնային ակտիվացման ազդեցությունը: Օրինակ, մեթիլ վինիլկետոնը 89% եկամտաբերություն է տալիս 1 ժամվա ընթացքում մեղմ սոնիկացիայից հետո, մինչդեռ լուռ ռեակցիան տալիս է ընդամենը 52% նույն արձագանքման ժամանակում:

Ուլտրաձայնային սարքեր ցանկացած չափի համար Sonochemically Promoted Diels-Alder ռեակցիաների համար

Hielscher Ultrasonics-ը նախագծում, արտադրում և տարածում է բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային զոնդի տիպի հոմոգենիզատորներ և սոնոքիմիական սարքավորումներ՝ քիմիական համակարգերում ինտեգրվելու համար, ինչպիսիք են սինթեզի և կատալիզի ռեակցիաները: Hielscher ուլտրաձայնային սարքերն ամբողջ աշխարհում օգտագործվում են որպես հուսալի գործիք՝ խթանելու, ուժեղացնելու, արագացնելու և բարելավելու քիմիական ռեակցիաները:
Hielscher Ultrasonics’ Ուլտրաձայնային պրոցեսորները հասանելի են ցանկացած չափսի՝ փոքր լաբորատոր սարքերից մինչև խոշոր արդյունաբերական պրոցեսորներ խմբաքանակի և հոսքի քիմիայի կիրառման համար: Ուլտրաձայնային ամպլիտուդի ճշգրիտ ճշգրտում – ամենակարևոր պարամետրը սոնոքիմիական կիրառությունների համար – թույլ է տալիս գործել Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը ցածրից շատ բարձր ամպլիտուդներով և ճշգրտորեն կարգավորել ամպլիտուդը կոնկրետ քիմիական ռեակցիայի համակարգի ուլտրաձայնային գործընթացի պահանջվող պայմաններին:
Hielscher-ի ուլտրաձայնային գեներատորն ունի խելացի ծրագրակազմ՝ տվյալների ավտոմատ արձանագրումով: Մշակման բոլոր կարևոր պարամետրերը, ինչպիսիք են ուլտրաձայնային էներգիան, ջերմաստիճանը, ճնշումը և ժամանակը, ավտոմատ կերպով պահվում են ներկառուցված SD-քարտի վրա՝ սարքը միացնելուն պես:
Գործընթացների մոնիտորինգը և տվյալների գրանցումը կարևոր են գործընթացի շարունակական ստանդարտացման և արտադրանքի որակի համար: Մուտք գործելով ավտոմատ գրանցված գործընթացի տվյալները՝ կարող եք վերանայել նախորդ ձայնագրման գործարկումները և գնահատել արդյունքը:
Օգտագործողի համար հարմար մեկ այլ առանձնահատկություն է մեր թվային ուլտրաձայնային համակարգերի բրաուզերի հեռակառավարումը: Բրաուզերի հեռակառավարման միջոցով դուք կարող եք ցանկացած վայրից հեռակա սկսել, դադարեցնել, կարգավորել և վերահսկել ձեր ուլտրաձայնային պրոցեսորը:
Կապվեք մեզ հետ հիմա՝ ավելին իմանալու մեր բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորների մասին, որոնք կարող են բարելավել ձեր օրգանական սինթեզի ռեակցիան, ինչպիսիք են Դիելս-Ալդերի ռեակցիաները, Մաննիխի ռեակցիաները կամ Մայքլի հավելումը շատ ուրիշների թվում:

Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.