Սոնոքիմիապես բարելավված դիելս-ավագ արձագանքներ

Diels-Alder- ի ռեակցիաները լայնորեն կիրառվում են քիմիական սինթեզների համար, որտեղ պետք է ձևավորվեն ատոմային ածխածնի-ածխածնի կապեր: Ուլտրաձայնային հետազոտությունը և դրա սոնոքիմիական ազդեցությունները խիստ արդյունավետ են Diels-Alder ռեակցիաներ վարելու և խթանելու համար, ինչը բերում է ավելի բարձր եկամտաբերության, զգալիորեն նվազեցնում է արձագանքի ժամանակը և միևնույն ժամանակ շրջակա միջավայրի համար հարմար կանաչ քիմիայի մի մասն է:

Sonochemically-Enhanced Diels-Alder Reaction for Green Chemistry

Դիլս-Ալդեր ռեակցիաները քիմիական ռեակցիաներ են, որոնցում ածխածնի ատոմների միջև կապեր են առաջանում: Դիլս-Ալդեր ռեակցիան դասակարգվում է որպես ջերմային թույլատրելի [4+2] ցիկլոդիկացիա [_π4_ի + _π2_ի]: Քանի որ ուլտրաձայնային օգնությամբ օրգանական սինթեզը կանաչ և արդյունավետ սինթետիկ ուղի է, որը բարձրացնում է ռեակցիաների արագությունը, եկամտաբերությունը և ռեակցիաների ընտրողականությունը, սոնիկացիան պարզ և հուսալի տեխնիկա է, որը լայնորեն կիրառվում է լաբորատորիաներում և արդյունաբերական արտադրանքներում: Հաճախ սոնոքիմիապես խթանված ուղին հեշտացնում է օրգանական փոխակերպումը շրջակա միջավայրի պայմաններում, որն այլապես պահանջում է ջերմաստիճանի և ճնշման կտրուկ պայմաններ, ինչը օգնում է խնայել էներգիայի ծախսերը և քիմիական սինթեզը դարձնում է խնայող ընթացակարգ:

Ուլտրաձայնային Diels-Alder արձագանքը `օգտագործելով Deep Eutectic լուծիչներ

Խորը էվտեկտիկ լուծիչները (ԼԵՍ) Լյուիսի կամ Բրոնստեդ թթուների և հիմքերի լուծույթներ են, որոնք կազմում են էվտեկտիկ խառնուրդ: Քանի որ խորը էվտեկտիկ լուծիչները ոչ դյուրավառ են, ունեն ցածր գոլորշու ճնշում և թունավորություն և հաճախ պատրաստված են բնական միացություններից, դրանք ավելի խնայող, ավելի էկոլոգիապես մաքուր լուծիչների այլընտրանք են: Հայտնի է, որ ուլտրաձայնային և խորը էվտեկտիկ լուծիչներն աշխատում են սիներգիկորեն միասին, ուստի դրանք օգտագործվում են քիմիական սինթեզի, ինչպես նաև ուլտրաձայնային արդյունահանման համար: Խորը էվտեկտիկ լուծիչների օգտագործումը նույնպես ձեռնտու է ուլտրաձայնային խթանված Diels-Alder ռեակցիաներին: Օրինակ, սոնիկացիան օգտագործվում է Diels-Alder ռեակցիան խթանելու համար ՝ օգտագործելով N-ethylmaleimide- ը որպես դիենոֆիլ ՝ փոխելով դիենի բնույթը խորը էվտեկտիկ լուծիչներում (DES) ինչպես սովորական ջեռուցման, այնպես էլ ուլտրաձայնային ակտիվացման պայմաններում:
Օգտագործելով ուլտրաձայնային ակտիվացումը `խորը էվտեկտիկ լուծիչների հետ համատեղ, ապացուցեց, որ լավ եկամտաբերություն է ապահովում ռեակցիայի կտրուկ կրճատված ժամանակներում:

Ուլտրաձայնային բարելավված Diels − Alder արձագանքը:
սխեմա ՝ հարմարեցված Marullo et al., 2020 -ից

Diels-Alder Reaction- ի ընդհանուր ընթացակարգ ՝ օգտագործելով DES և Sonication

Ուլտրաձայնային խթանված Diels-Alder- ի ռեակցիաներն իրականացվել են `արձագանքի անոթի մեջ ուլտրաձայնային զոնդը (սոնոտրոդ / եղջյուր) տեղադրելով: Օգտագործելով 0,5 սմ տրամագծով ծայր ունեցող ուլտրաձայնային զոնդ, անվանական ելքային հզորությունը 70 Վտ էր: Արձագանքները կատարվել են 40 ° C ջերմաստիճանում `կիրառելով ձայնամեկուսացման ազդանշանային ռեժիմ` 5 վրկ ON և 20 վրկ անջատման ցիկլերով: Ուլտրաձայնայինորեն ուժեղացած Diels-Alder արձագանքը լավ բերք տվեց շատ ավելի կարճ ժամանակում, քան լուռ պայմաններում (համապատասխանաբար `70 րոպե և 24 ժամ` սոնոքիմիական և լուռ արձագանքների համար):
Սոնոքիմիապես ուժեղացված Դիելս-Ալդեր ռեակցիայի էներգաարդյունավետությունը գնահատելու համար լուռ և ուլտրաձայնային խթանված Դիլս-Ալդեր ռեակցիայի էներգիայի սպառումը համեմատվեց: Հաշվարկների արդյունքում սպառվել է 35.094 կJ/գ լուռ ռեակցիայի և 28.4 կJ/գ սպառման համար `համապատասխանաբար ուլտրաձայնային օգնությամբ արձագանքի համար (ուլտրաձայնային եղջյուր` 70 Վտ զուտ էներգիայի ելքային հզորությամբ): Սա հանգեցնում է էներգիայի 99% -ի, որը խնայվում է սոնոքիմիայով պայմանավորված Դիլս-Ալդեր ռեակցիայի համար: Այս բոլոր դիտարկումները վկայում են, որ խորը էվտեկտիկ լուծիչների (DES) և ուլտրաձայնային ճառագայթման համակցված օգտագործումը արդյունավետ և էներգախնայող մեթոդաբանություն է այնպիսի կարևոր սինթետիկ գործընթացների համար, ինչպիսին է Diels-Alder արձագանքը: (Marullo et al., 2020)

Տարբեր խորը էվտեկտիկ լուծիչների ազդեցությունը սոնիկացիայի հետ համատեղ

Ուլտրաձայնային խթանված Diels-Alder ռեակցիայի լավագույն արդյունքները ձեռք բերվեցին, երբ խորը էվտեկտիկ լուծիչները [ChCl]: [Fru] և [TBACl]: [EG] օգտագործվում են որպես լուծիչներ: Օգտագործելով [ChCl]: [Fru] և [TBACl]: [EG] ՝ որպես լուծիչներ, զգալի կրճատումներ են գրանցվել ռեակցիայի ժամանակում, ինչպես նաև բերքատվության զգալի բարելավումներ ([TBACl] - ի համար [EG] 73% և 87%, և [ChCl ]: [Fru] համապատասխանաբար 23 և 75% լուռ և սոնոքիմիական պայմաններում):
Որոշ դեպքերում, մասնավորապես, երբ [TBPCl]: [EG], [ChCl]: [Gly] և [AcChCl]: [EG] օգտագործվում են որպես լուծիչներ, եկամտաբերությունը համեմատելի է լուռ պայմաններում ստացվածների հետ, բայց քիմիական գործընթացը դեռ կտրուկ բարելավվում է սոնիկացիայի միջոցով:
Sonication- ը շատ լավ է աշխատում գոլորշու ցածր ճնշման և մածուցիկ լուծիչների հետ, ինչպիսիք են իոնային հեղուկները (ILs), քանի որ այս պայմանները նպաստում են ավելի անհայտ կավիտացիոն էֆեկտների առաջացմանը: Քանի որ խորը էվտեկտիկ լուծիչներն ունեն նման ֆիզիկական հատկություններ իոնային հեղուկներին, դրանք կարող են համապատասխանաբար օգտագործվել ուլտրաձայնայնացման հետ համատեղ: Խորը էվտեկտիկ լուծիչների (DES) և sonication- ի համակցված փոխազդեցությունը զգալիորեն նվազեցնում է Diels-Alder ռեակցիայի էներգետիկ պահանջարկը: Ռեակցիայի ժամանակի զգալի կրճատումներ 24 ժամից մինչև 70 րոպե կարող են նկատվել ՝ միաժամանակ տալով շատ լավ բերք: Ինչ վերաբերում է գործընթացի արդյունավետությանը, դա նշանակում է, որ խորը էվտեկտիկ լուծիչների (DES) և ուլտրաձայնայնության համակցված օգտագործումը թույլ է տալիս մի քանի անգամ ավելի շատ նյութեր մշակել, քան լուռ պայմաններում: (Marullo et al., 2020)

Ուլտրաձայնային դիելս-Օքսաբիցիկլիկ ալկենների արձագանք

Վեյը և գործընկերները (2004) ցույց տվեցին, որ ուլտրաձայնային հետազոտությունը նպաստում է փոխարինված ֆուրանների Diels – Alder արձագանքին ռեակտիվ դիենոֆիլներով, ինչպիսիք են դիմեթիլ ացետիլենդիկարբոքսիլատը (DMAD) և դիմեթիլ մալեատը, որոնք տալիս են ֆունկցիոնալացված օքսաբիցիկլիկ ալկեններ ՝ լավ եկամտաբերությամբ: DMAD- ով 2-վինիլային ֆուրանների ուլտրաձայնային խթանման արձագանքը `ֆիրանո Diels-Alder- ի ցիկբեռնումը ապահովեց ֆունկցիոնալացված օքսաբիցիկլիկ ալկեններ` լավ բերքատվությամբ:

Սոնոքիմիապես բարելավված ցիկլոդիցիայի ռեակցիաներ

Բրավոն և նրա գործընկերները (2006 թ.) Նկարագրեցին մի շարք սոնոքիմիական ցիկլոդիդացիաներ, որոնք ներառում էին կամ ցիկլոպենտադիեն կամ 1,3-ցիկլոհեքսադիեն կարբոնիլ դիենոֆիլների հետ իմիդազոլիումի վրա հիմնված իոնային հեղուկի մեջ որպես ռեակցիայի միջավայր: Նրանք ցույց տվեցին, որ ուլտրաձայնայնությունը արդյունավետորեն բարելավում է ցիկլոդիցիայի այս ռեակցիաները, ինչը հանգեցնում է ավելի բարձր եկամտաբերության և/կամ նվազում է արձագանքման ժամանակները `համապատասխան լուռ ռեակցիաների համեմատ: Օրինակ ՝ պարզ α, β- չհագեցած դիենոֆիլների համար, ինչպիսիք են մեթիլ վինիլ ketone- ը կամ ակրոլեինը, ուլտրաձայնային ակտիվացման հետևանքներն ակնհայտ են: Օրինակ, մեթիլ վինիլային ketone- ը 89% եկամտաբերություն է տալիս մեղմ սոնիկացիայից 1 ժամվա ընթացքում, մինչդեռ լուռ արձագանքը նույն ռեակցիայի ընթացքում տալիս էր ընդամենը 52%:

Ultանկացած չափի ուլտրաձայնային հետազոտողներ `սոնոքիմիականորեն խթանված դիելս-ավագ արձագանքների համար

Hielscher Ultrasonics- ը նախագծում, արտադրում և տարածում է բարձրորակ ուլտրաձայնային հետազոտական տիպի հոմոգենիզատորներ և սոնոքիմիական սարքավորումներ `քիմիական համակարգերին ինտեգրվելու համար, ինչպիսիք են սինթեզը և կատալիզացման ռեակցիաները: Hielscher ուլտրաձայնային սարքերն ամբողջ աշխարհում օգտագործվում են որպես հուսալի գործիք քիմիական ռեակցիաները խթանելու, ուժեղացնելու, արագացնելու և բարելավելու համար:
Hielscher Ultrasonics- ը’ ուլտրաձայնային պրոցեսորները հասանելի են ցանկացած չափի `փոքր լաբորատոր սարքերից մինչև խոշոր արդյունաբերական պրոցեսորներ` խմբաքանակի և հոսքի քիմիայի կիրառման համար: Ուլտրաձայնային ամպլիտուդի ճշգրիտ ճշգրտում – սոնոքիմիական կիրառման ամենակարևոր պարամետրը – թույլ է տալիս Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը գործարկել ցածրից շատ բարձր ամպլիտուդներում և ամպլիտուդը ճշգրիտ ճշգրտել կոնկրետ քիմիական ռեակցիայի համակարգի ուլտրաձայնային գործընթացի պահանջվող պայմաններին:
Hielscher- ի ուլտրաձայնային գեներատորը ունի խելացի ծրագրակազմ `տվյալների ավտոմատ պրոտոկոլյինգով: Մշակման բոլոր կարևոր պարամետրերը, ինչպիսիք են ուլտրաձայնային էներգիան, ջերմաստիճանը, ճնշումը և ժամանակը, ավտոմատ կերպով պահվում են ներկառուցված SD քարտի վրա, հենց որ սարքը միանա:
Գործընթացների մոնիտորինգը և տվյալների գրանցումը կարևոր են գործընթացի շարունակական ստանդարտացման և արտադրանքի որակի համար: Մուտք գործելով ինքնաբերաբար գրանցված գործընթացի տվյալները, դուք կարող եք վերանայել նախորդ ձայնային աշխատանքները և գնահատել արդյունքը:
Օգտագործողի համար հարմար մեկ այլ առանձնահատկությունն է `մեր թվային ուլտրաձայնային համակարգերի զննարկչի հեռակառավարումը: Browserննարկչի հեռակառավարման միջոցով դուք կարող եք սկսել, դադարեցնել, կարգավորել և վերահսկել ձեր ուլտրաձայնային պրոցեսորը հեռակա ցանկացած վայրից:
Կապվեք մեզ հետ ՝ մեր բարձրորակ ուլտրաձայնային համասեռացուցիչների մասին ավելին իմանալու համար կարող է բարելավել ձեր օրգանական սինթեզի ռեակցիան, ինչպիսիք են Diels-Alder- ի ռեակցիաները, Mannich- ի ռեակցիաները կամ Michael- ի ավելացումը, ի թիվս այլոց:

Ստորեւ ներկայացված աղյուսակը ձեզ ցույց է տալիս մեր ultrasonicators- ի մոտավոր մշակման հզորությունը: