Ուլտրաձայնային ձևով առաջացած և ուժեղացված փուլային փոխանցման կատալիզ

Բարձր հզորության ուլտրաձայնը հայտնի է տարբեր քիմիական ռեակցիաներում իր ներդրմամբ: Սա այսպես կոչված Սոնոքիմիա. Տարասեռ ռեակցիաները, և հատկապես փուլային փոխանցման ռեակցիաները, հզոր ուլտրաձայնի կիրառման մեծ պոտենցիալ դաշտեր են: Ռեակտիվների վրա կիրառվող մեխանիկական և սոնոքիմիական էներգիայի շնորհիվ կարող են սկսվել ռեակցիաներ, ռեակցիայի արագությունը կարող է զգալիորեն մեծանալ, ինչպես նաև ավելի բարձր փոխակերպման արագություն, ավելի բարձր եկամտաբերություն և ավելի լավ արտադրանք ստանալ: Ուլտրաձայնի գծային մասշտաբայնությունը և հուսալի ուլտրաձայնի առկայությունը արդյունաբերական սարքավորումները այս տեխնիկան դարձնում են հետաքրքիր լուծում քիմիական արտադրության համար:

Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Ուլտրաձայնային ապակու հոսքի բջիջ

փուլային փոխանցման կատալիզ

Փուլային փոխանցման կատալիզը (PTC) տարասեռ կատալիզի հատուկ ձև է և հայտնի է որպես օրգանական սինթեզի գործնական մեթոդաբանություն: Ֆազային փոխանցման կատալիզատոր օգտագործելով՝ հնարավոր է դառնում լուծել իոնային ռեակտիվները, որոնք հաճախ լուծվում են ջրային փուլում, բայց անլուծելի են օրգանական փուլում։ Սա նշանակում է, որ PTC-ն այլընտրանքային լուծում է՝ հաղթահարելու տարասեռության խնդիրը մի ռեակցիայի մեջ, երբ խառնուրդի տարբեր փուլերում տեղակայված երկու նյութերի փոխազդեցությունը արգելակվում է ռեակտիվների միավորման անկարողության պատճառով: (Esen et al. 2010) Ֆազային փոխանցման կատալիզի ընդհանուր առավելություններն են պատրաստման համար քիչ ջանքերը, պարզ փորձարարական ընթացակարգերը, մեղմ ռեակցիայի պայմանները, ռեակցիայի բարձր արագությունը, բարձր ընտրողականությունը և էժան և էկոլոգիապես բարենպաստ ռեակտիվների օգտագործումը, ինչպիսին է չորրորդական ամոնիումը: աղեր և լուծիչներ, և լայնածավալ պատրաստուկներ անցկացնելու հնարավորությունը (Ooi et al. 2007):
Հեղուկ-հեղուկ և հեղուկ-պինդ ռեակցիաների մի շարք ուժեղացվել և ընտրովի են դարձել՝ օգտագործելով պարզ փուլային փոխանցման (PT) կատալիզատորներ, ինչպիսիք են քվատները, պոլիէթիլեն գլիկոլ-400-ը և այլն, որոնք թույլ են տալիս իոնային տեսակները տեղափոխել ջրային փուլից դեպի օրգանական փուլ. Այսպիսով, ջրային փուլում օրգանական ռեակտիվների չափազանց ցածր լուծելիության հետ կապված խնդիրները կարող են հաղթահարվել: Թունաքիմիկատների և դեղագործական արդյունաբերության մեջ PTC-ն լայնորեն օգտագործվում է և փոխել է բիզնեսի հիմունքները: (Sharma 2002)

ուժային ուլտրաձայնային

Ուլտրաձայնային հզորության կիրառումը հայտնի գործիք է չափազանց նուրբ ստեղծման համար էմուլսիաներ. Քիմիայում նման չափազանց նուրբ էմուլսիաներն օգտագործվում են քիմիական ռեակցիաները ուժեղացնելու համար: Սա նշանակում է, որ երկու կամ ավելի չխառնվող հեղուկների միջերեսային շփման տարածքը կտրուկ ընդլայնվում է և դրանով իսկ ապահովում է ռեակցիայի ավելի լավ, ամբողջական և/կամ ավելի արագ ընթացք:
Ֆազային փոխանցման կատալիզացման համար – նույնը, ինչ մյուս քիմիական ռեակցիաների դեպքում. ռեակցիան սկսելու համար անհրաժեշտ է բավականաչափ կինետիկ էներգիա:
Սա ունի տարբեր դրական ազդեցություններ քիմիական ռեակցիայի վերաբերյալ.

Քիմիական ռեակցիան, որը սովորաբար չի առաջանա իր ցածր կինետիկ էներգիայի պատճառով, կարող է սկսվել ուլտրաձայնային միջոցով:
Քիմիական ռեակցիաները կարող են արագացվել ուլտրաձայնային օգնությամբ PTC-ի միջոցով:
Ֆազային փոխանցման կատալիզատորի ամբողջական խուսափում:
Հումքը կարելի է օգտագործել ավելի արդյունավետ։
Ենթամթերքները կարող են կրճատվել:
Ծախսատար վտանգավոր ամուր հիմքի փոխարինում էժան անօրգանական բազայով:

Այս ազդեցություններով PTC-ն անգնահատելի քիմիական մեթոդ է երկու և ավելի չխառնվող ռեակտիվներից օրգանական սինթեզի համար. Ֆազային փոխանցման կատալիզը (PTC) հնարավորություն է տալիս ավելի արդյունավետ օգտագործել քիմիական գործընթացների հումքը և արտադրել ավելի ծախսարդյունավետ: Քիմիական ռեակցիաների ուժեղացումը PTC-ով կարևոր գործիք է քիմիական արտադրության համար, որը կարող է կտրուկ բարելավվել ուլտրաձայնի կիրառմամբ:

Կավիտացիա հեղուկի մեջ

Ուլտրաձայնային ձևով խթանված PTC ռեակցիաների օրինակներ

Նոր N'-(4,6-դիփոխարինված-պիրիմիդին-2-իլ)-N-(5-արիլ-2-ֆուրոյլ)թիուրայի ածանցյալների սինթեզ՝ օգտագործելով PEG-400 ուլտրաձայնային ազդեցության տակ: (Ken et al. 2005)
Մանդելիկ թթվի ուլտրաձայնային օգնությամբ սինթեզը PTC-ով իոնային հեղուկում ցույց է տալիս շրջակա միջավայրի պայմաններում ռեակցիայի ելքի զգալի բարելավում: (Hua et al. 2011)
Կուբոն և այլք: (2008) հաղորդում է ֆենիլացետոնիտրիլի ուլտրաձայնային օգնությամբ C-ալկիլացումը լուծիչից զերծ միջավայրում: Ուլտրաձայնային ռեակցիան խթանելու ազդեցությունը վերագրվում էր երկու հեղուկ փուլերի միջև գտնվող չափազանց մեծ միջերեսային տարածքին: Ultrasonication-ը հանգեցնում է ռեակցիայի շատ ավելի արագ արագության, քան մեխանիկական խառնուրդը:
Ածխածնի տետրաքլորիդի և մագնեզիումի ռեակցիայի ժամանակ հնչյունավորումը դիքլորկարբենի առաջացման համար հանգեցնում է գեմ-դիքլորցիկլոպրոպանի ավելի բարձր ելքի՝ օլեֆինների առկայության դեպքում: (Lin et al. 2003 թ.)
Ուլտրաձայնը ապահովում է Cannizzaro-ի ռեակցիայի արագացումը էջ-քլորբենզալդեհիդ փուլային փոխանցման պայմաններում: Երեք փուլային փոխանցման կատալիզատորներից – բենզիլտրիէթիլամոնիումի քլորիդ (TEBA), Aliquat և 18-crown-6 -, որոնք փորձարկվել են Polácková et al.-ի կողմից: (1996) Պարզվել է, որ TEBA-ն ամենաարդյունավետն է: Ferrocenecarbaldehyde և էջ-դիմեթիլամինոբենզալդեհիդը նմանատիպ պայմաններում տվել է 1,5-դիարիլ-1,4-պենտադիեն-3-ոններ՝ որպես հիմնական արտադրանք:
Լին-Սյաոն և այլք: (1987 թ.) ցույց են տվել, որ ուլտրաձայնային ախտահանման և PTC-ի համադրությունը արդյունավետորեն նպաստում է քլորոֆորմից դիքլորկարբենի առաջացմանը ավելի կարճ ժամանակում՝ ավելի լավ եկամտաբերությամբ և կատալիզատորի ավելի քիչ քանակով:
Yang et al. (2012) have investigated the green, ultrasonically-assisted synthesis of benzyl 4-hydroxybenzoate using 4,4′-bis(tributylammoniomethyl)-1,1′-biphenyl dichloride (QCl₂) որպես կատալիզատոր: QCl-ի օգտագործմամբ₂, նրանք մշակել են երկտեղանոց փուլային փոխանցման նոր կատալիզ: Այս պինդ-հեղուկ փուլային փոխանցման կատալիզը (SLPTC) իրականացվել է որպես խմբաքանակային գործընթաց՝ ուլտրաձայնային ախտորոշմամբ: Ինտենսիվ ձայնային ազդեցության տակ ավելացված Q2+-ի 33%-ը պարունակում է 45,2% Q(Ph(OH)COO)₂ տեղափոխվել է օրգանական փուլ՝ բենզիլ բրոմիդի հետ արձագանքելու համար, հետևաբար, ընդհանուր ռեակցիայի արագությունը մեծացել է: Այս բարելավված ռեակցիայի արագությունը ստացվել է 0.106 րոպեում^-1 300 Վտ ուլտրաձայնային ճառագայթման տակ, մինչդեռ առանց ձայնային ճառագայթման արագությունը 0,0563 րոպե է^-1 նկատվել է. Այսպիսով, ցուցադրվել է ֆազային փոխանցման կատալիզում ուլտրաձայնի հետ երկտեղանոց փուլային փոխանցման կատալիզատորի սիներգիստական ազդեցությունը:

The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

Նկար 1. UP200Ht-ը 200 վտ հզորությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատոր է

Ասիմետրիկ փուլային փոխանցման ռեակցիայի ուլտրաձայնային ուժեղացում

With the aim of establishing a practical method for the asymmetric synthesis of a-amino acids and their derivatives Maruoka and Ooi (2007) investigated “whether the reactivity of N-spiro chiral quaternary ammonium salts could be enhanced and their structures simplified. Since ultrasonic irradiation produces միատարրացում, այսինքն՝ շատ լավ էմուլսիաներ, it greatly increases the interfacial area over which the reaction can occur, which could deliver substantial rate acceleration in the liquid–liquid phase-transfer reactions. Indeed, sonication of the reaction mixture of 2, methyl iodide, and (S,S)-naphtyl subunit (1 mol%) in toluene/50% aqueous KOH at 0 degC for 1 h gave rise to the corresponding alkylation product in 63% yield with 88%ee; the chemical yield and enantioselectivity were comparable with those from a reaction carried out by simple stirring of the mixture for eight hours (0 degC, 64%, 90%ee).” (Maruoka et al. 2007; p. 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

Սխեման 1. Ուլտրաձայնային բարձրացումն ուժեղացնում է ռեակցիայի արագությունը α-ամինաթթուների ասիմետրիկ սինթեզի ժամանակ [Maruoka et al. 2007]

Ասիմետրիկ կատալիզի ռեակցիայի մեկ այլ տեսակ է Միքայելի ռեակցիան: Մայքլ դիէթիլային հավելումը Ն-ացետիլ-ամինոմալոնատը քալկոնին դրականորեն ազդում է ուլտրաձայնային ազդեցությունից, ինչը հանգեցնում է եկամտաբերության 12% աճի (72% -ից ստացված լուռ ռեակցիայի ընթացքում մինչև 82% ուլտրաձայնային ազդեցության տակ): Արձագանքման ժամանակը վեց անգամ ավելի արագ է ուժային ուլտրաձայնի դեպքում՝ համեմատած առանց ուլտրաձայնի ռեակցիայի: Էնանտիոմերային ավելցուկը (ee) չի փոխվել և եղել է երկու ռեակցիաների դեպքում՝ ուլտրաձայնով և առանց դրա, 40% ee: (Միրզա-Աղայան և այլք 1995 թ.)
Լի et al. (2003 թ.) ցույց տվեց, որ խալկոնների՝ որպես ընդունիչների Մայքլի ռեակցիան տարբեր ակտիվ մեթիլենային միացությունների հետ, ինչպիսիք են դիէթիլ մալոնատը, նիտրոմեթանը, ցիկլոհեքսանոնը, էթիլացետոացետատը և ացետիլացետոնը՝ որպես դոնորներ, որոնք կատալիզացված են KF/հիմնական ալյումինով, հանգեցնում է ավելորդների բարձր ելքի ավելի կարճ ժամանակում ուլտրաձայնային ազդեցության տակ: ճառագայթում. Մեկ այլ ուսումնասիրության մեջ Li et al. (2002) ցույց են տվել KF-Al-ի կողմից կատալիզացված քալկոնների հաջող ուլտրաձայնային օգնությամբ սինթեզը₂Օ₃.
Վերևում գտնվող այս PTC ռեակցիաները ցույց են տալիս ուլտրաձայնային ճառագայթման ներուժի և հնարավորությունների միայն փոքր շրջանակ:
Ուլտրաձայնային հետազոտությունը և գնահատումը PTC-ում հնարավոր բարելավումների վերաբերյալ շատ պարզ է: Ուլտրաձայնային լաբորատոր սարքեր, ինչպիսիք են Hielscher-ը UP200Ht (200 վտ) և նստարանային համակարգեր, ինչպիսիք են Hielscher-ը UIP1000hd (1000 վտ) թույլ է տալիս առաջին փորձարկումները: (տես նկար 1 և 2)

Ուլտրաձայնային բարելավված ասիմետրիկ Michael հավելում (Սեղմեք մեծացնելու համար):

Սխեման 2. Ուլտրաձայնային օգնությամբ ասիմետրիկ Մայքլ դիէթիլ N-ացետիլ-ամինոմալոնատի ավելացում քալկոնին [Török et al. 2001]

Քիմիական շուկայում մրցակցող արդյունավետ արտադրություն

Օգտագործելով ուլտրաձայնային փուլային փոխանցման կատալիզը, դուք կշահեք մեկ կամ մի քանի տարբեր շահավետ առավելություններից.

ռեակցիաների սկզբնավորումը, որոնք այլ կերպ հնարավոր չէ իրականացնել
եկամտաբերության բարձրացում
կրճատել թանկարժեք, անջուր, ապրոտիկ լուծիչները
արձագանքման ժամանակի կրճատում
ռեակցիայի ավելի ցածր ջերմաստիճան
պարզեցված պատրաստում
ալկալիական մետաղների ալկօքսիդների, նատրիումի ամիդի, նատրիումի հիդրիդի կամ մետաղական նատրիումի փոխարեն ալկալիական մետաղի օգտագործումը
ավելի էժան հումքի, հատկապես օքսիդանտների օգտագործումը
ընտրողականության փոփոխություն
արտադրանքի հարաբերակցության փոփոխություն (օրինակ՝ O-/C-ալկիլացում)
պարզեցված մեկուսացում և մաքրում
եկամտաբերության բարձրացում՝ ճնշելով կողմնակի ռեակցիաները
պարզ, գծային մասշտաբով՝ մինչև արդյունաբերական արտադրության մակարդակը, նույնիսկ շատ բարձր թողունակությամբ

UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizer

Կարգավորում 1000W ուլտրաձայնային պրոցեսորով, հոսքի բջիջով, տանկով և պոմպով

Ուլտրաձայնային էֆեկտների պարզ և առանց ռիսկի փորձարկում քիմիայում

Տեսնելու համար, թե ինչպես է ուլտրաձայնը ազդում կոնկրետ նյութերի և ռեակցիաների վրա, առաջին տեխնիկատնտեսական հիմնավորման թեստերը կարող են իրականացվել փոքր մասշտաբով: 50-ից 400 Վտ հզորության տիրույթում ձեռքի կամ կանգնած լաբորատոր սարքերը թույլ են տալիս բաժակի մեջ փոքր և միջին չափի նմուշների ձայնային զննումը: Եթե առաջին արդյունքները ցույց են տալիս պոտենցիալ ձեռքբերումներ, ապա գործընթացը կարող է զարգանալ և օպտիմիզացվել նստարանային մասում արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորով, օրինակ. UIP1000hd (1000 Վտ, 20 կՀց): Hielscher-ի ուլտրաձայնային նստարանային համակարգերը 500 վտ դեպի 2000 թ Վտ-երը իդեալական սարքեր են Ռ&D և օպտիմալացում: Այս ուլտրաձայնային համակարգերը – նախատեսված են բաժակի և inline sonication-ի համար – լիարժեք վերահսկողություն տալ գործընթացի ամենակարևոր պարամետրի վրա՝ առատություն, ճնշում, ջերմաստիճան, մածուցիկություն և համակենտրոնացում:
Պարամետրերի ճշգրիտ վերահսկողությունը թույլ է տալիս ճշգրիտ վերարտադրելիություն և գծային մասշտաբայնություն ստացված արդյունքներից։ Տարբեր կարգավորումների փորձարկումից հետո, լավագույն հայտնաբերված կոնֆիգուրացիան կարող է օգտագործվել արտադրության պայմաններում անընդհատ աշխատելու համար (24ժ/7 օր): Լրացուցիչ PC-Control-ը (ծրագրային ինտերֆեյսը) նաև հեշտացնում է առանձին փորձարկումների ձայնագրումը: Վտանգավոր միջավայրում (ATEX, FM) դյուրավառ հեղուկների կամ լուծիչների ձայնային ախտահանման համար՝ UIP1000hd հասանելի է ATEX-ով վավերացված տարբերակով՝ UIP1000-Exd.

Ուլտրաձայնային քիմիայի ընդհանուր առավելությունները.

Արձագանքը կարող է արագացվել կամ ավելի քիչ ստիպող պայմաններ պահանջվել, եթե կիրառվի ձայնային ազդեցություն:
Ինդուկցիոն ժամանակաշրջանները հաճախ զգալիորեն կրճատվում են, ինչպես նաև էկզոտերմները, որոնք սովորաբար կապված են նման ռեակցիաների հետ:
Սոնոքիմիական ռեակցիաները հաճախ սկսվում են ուլտրաձայնի միջոցով՝ առանց հավելումների անհրաժեշտության:
Սինթետիկ երթուղու համար սովորաբար պահանջվող քայլերի թիվը երբեմն կարող է կրճատվել:
Որոշ իրավիճակներում արձագանքը կարող է ուղղորդվել դեպի այլընտրանքային ճանապարհ:

Կապվեք մեզ հետ / Հարցրեք լրացուցիչ տեղեկությունների համար

Խոսեք մեզ հետ ձեր վերամշակման պահանջների մասին: Մենք խորհուրդ կտանք ձեր նախագծի համար ամենահարմար տեղադրման և մշակման պարամետրերը:

Անուն

Էլփոստի հասցեն (պարտադիր է)

Հեռախոսահամար

Ապրանք կամ հետաքրքրության ոլորտ

Խնդրում ենք նկատի ունենալ մեր Գաղտնիության քաղաքականություն.

Գրականություն/Հղումներ

Էսեն, Իլկեր և այլք: (2010). Երկար շղթայի դիկատիոնային փուլային փոխանցման կատալիզատորներ ջրի մեջ անուշաբույր ալդեհիդների խտացման ռեակցիաներում ուլտրաձայնային ազդեցության տակ: Կորեայի քիմիական ընկերության տեղեկագիր 31/8, 2010; էջ 2289-2292։
Hua, Q. et al. (2011): Մանդելիկ թթվի ուլտրաձայնային սինթեզը իոնային հեղուկում փուլային փոխանցման կատալիզով: In: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 18/5, 2011; էջ 1035-1037։
Լի, Ջ.-Թ. et al. (2003). Մայքլի ռեակցիան կատալիզացված է KF/հիմնական կավահողով ուլտրաձայնային ճառագայթման տակ: Ultrasonics Sonochemistry 10, 2003. էջ 115-118:
Lin, Haixa et al. (2003). Ածխածնի քառաքլորիդի և մագնեզիումի ռեակցիայից դիքլորկարբենի առաջացման հեշտ ընթացակարգ՝ ուլտրաձայնային ճառագայթման միջոցով: In: Molecules 8, 2003; էջ 608 -613։
Լին-Սյաո, Սյու և այլք: (1987): Նոր գործնական մեթոդ ուլտրաձայնային ճառագայթման և փուլային փոխանցման կատալիզով դիքլորոցենենի առաջացման համար: In: Acta Chimica Sinica, Vol. 5/4, 1987; էջ 294-298։
Ken, Shao-Yong et al. (2005). Ֆազային փոխանցման կատալիզացված սինթեզ ուլտրաձայնային ճառագայթման և N'-(4,6-դիփոխարինված-պիրիմիդին-2-իլ)-N-(5-արիլ-2-ֆուրոյլ)թիուրեա ածանցյալների կենսաակտիվության ներքո: In: Indian Journal of Chemistry Vol. 44B, 2005; էջ 1957-1960 թթ.
Kubo, Masaki et al. (2008). Ֆենիլացետոնիտրիլի առանց լուծիչի C-ալկիլացման կինետիկա՝ օգտագործելով ուլտրաձայնային ճառագայթում: Chemical Engineering Journal Japan, Vol. 41, 2008; էջ 1031-1036։
Maruoka, Keiji et al. (2007). Վերջին ձեռքբերումները ասիմետրիկ փուլային փոխանցման կատալիզում: In: Angew. Քիմ. Միջ. Ed., Vol. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; էջ 4222-4266։
Մեյսոն, Տիմոթի և այլք: (2002): Կիրառական սոնոքիմիա. ուժային ուլտրաձայնի օգտագործումը քիմիայի և մշակման մեջ: Wiley-VCH, Weinheim, 2002 թ.
Mirza-Aghayan, M. et al (1995): Ուլտրաձայնային ճառագայթման ազդեցությունը ասիմետրիկ Միքայելի ռեակցիայի վրա: Տետրաեդրոն. Ասիմետրիա 6/11, 1995 թ. էջ 2643-2646։
Պոլացկովա, Վիերա և այլք: (1996): Ուլտրաձայնային խթանված Cannizzaro ռեակցիա փուլային փոխանցման պայմաններում: In: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 3/1, 1996; էջ 15-17։
Sharma, MM (2002): Փոքր մասշտաբով ռեակցիաների անցկացման ռազմավարություններ. Ընտրողականության ճարտարագիտություն և գործընթացների ինտենսիվացում: In: Pure and Applied Chemistry, Vol. 74/12, 2002 թ. էջ 2265-2269։
Török, B. et al. (2001): Ասիմետրիկ ռեակցիաները սոնոքիմիայում: Ultrasonics Sonochemistry 8, 2001; էջ 191-200։
Wang, Maw-Ling et al. (2007). 1,7-օկտադիենի ուլտրաձայնային օգնությամբ փուլային փոխանցման կատալիտիկ էպօքսիդացում – Կինետիկ ուսումնասիրություն: In: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 14/1, 2007; էջ 46-54։
Յանգ, Հ.-Մ.; Չու, Վ.-Մ. (2012). Ուլտրաձայնային օգնությամբ փուլային փոխանցման կատալիզ. փոխարինված բենզոատի կանաչ սինթեզ պինդ-հեղուկ համակարգում երկտեղանոց փուլային փոխանցման նոր կատալիզատորով: 14-ի աշխատություն^րդ Ասիական Խաղաղօվկիանոսյան Քիմիական ճարտարագիտության կոնֆեդերացիայի APCChE 2012 թ.

Առնչվող թեմաներ

Փաստեր, որոնք արժե իմանալ

Հյուսվածքների ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորները հաճախ կոչվում են զոնդավորող, ձայնային լիզեր, ուլտրաձայնային խանգարող, ուլտրաձայնային սրող, սոնո-ռոտիչ, ձայնավորող, ձայնային դիսպերսատոր, բջջային խանգարող, ուլտրաձայնային դիսպերսեր կամ տարրալուծող: Տարբեր տերմինները բխում են տարբեր կիրառություններից, որոնք կարող են իրականացվել sonication-ի միջոցով: