Reaksi Diels-Alder banyak digunakan untuk sintesis kimia, di mana ikatan karbon-karbon atom harus terbentuk. Ultrasonication dan efek sonochemical yang sangat berkhasiat dalam mengemudi dan mempromosikan reaksi Diels-Alder menghasilkan hasil yang lebih tinggi, secara signifikan mengurangi waktu reaksi dan pada saat yang sama menjadi bagian dari kimia hijau ramah lingkungan.

Reaksi Diels-Alder sonochemically-Enhanced untuk Kimia Hijau

Reaksi Diels-Alder adalah reaksi kimia, di mana ikatan antara atom karbon terbentuk. Reaksi Diels-Alder diklasifikasikan sebagai cycloaddition termal-diperbolehkan [4 + 2] [_π4_S + _π2_S]. Karena sintesis organik yang dibantu ultrasound adalah rute sintetis hijau dan efisien, yang meningkatkan laju reaksi, hasil, dan selektivitas reaksi, sonikasi adalah teknik sederhana dan dapat diandalkan yang digunakan secara luas di laboratorium dan produksi industri. Seringkali, rute sonochemically dipromosikan memfasilitasi transformasi organik pada kondisi sekitar yang sebaliknya membutuhkan kondisi drastis suhu dan tekanan, yang membantu untuk menghemat biaya energi dan mengubah sintesis kimia menjadi prosedur saver.

Reaksi Ultrasonic Diels-Alder menggunakan Pelarut Eutektik Dalam

Pelarut eutektik dalam (DES) adalah larutan asam dan basa Lewis atau Brønsted yang membentuk campuran eutektik. Karena pelarut eutektik yang dalam tidak mudah terbakar, memiliki tekanan uap rendah dan toksisitas, dan sering terbuat dari senyawa alami, mereka adalah pembabung, alternatif pelarut yang lebih ramah lingkungan. Ultrasonication dan pelarut eutektik yang dalam diketahui bekerja secara sinergis bersama-sama dan karena itu digunakan untuk sintesis kimia serta ekstraksi ultrasonik. Penggunaan pelarut eutektik yang dalam bermanfaat dalam reaksi Diels-Alder yang dipromosikan secara ultrasonik juga. Misalnya, sonikasi digunakan untuk mempromosikan reaksi Diels-Alder menggunakan N-ethylmaleimide sebagai dienophile, mengubah sifat diena dalam pelarut eutektik dalam (DES) di bawah pemanasan konvensional dan aktivasi ultrasonik.
Menggunakan aktivasi ultrasonik dalam kombinasi dengan pelarut eutektik yang dalam terbukti bermanfaat memberikan hasil yang baik dalam waktu reaksi yang berkurang secara drastis.

Ultrasonically meningkatkan reaksi Diels-Alder.
skema yang diadaptasi dari Marullo et al., 2020

Prosedur Umum untuk Reaksi Diels-Alder menggunakan DES dan Sonication

Reaksi Diels-Alder yang dipromosikan secara ultrasonik dilakukan dengan memasukkan probe ultrasonik (sonotrode / tanduk) di bejana reaksi. Menggunakan probe ultrasonik dengan ujung diameter 0,5 cm, daya output nominal adalah 70 W. Reaksi dilakukan pada 40 ° C menerapkan mode inpulse sonikasi dengan 5 detik ON dan 20 detik siklus OFF. Reaksi Diels-Alder yang diintensifkan secara ultrasonik memberikan hasil yang baik dalam waktu yang jauh lebih singkat daripada dalam kondisi diam (masing-masing 70 menit dan 24 jam untuk reaksi sonochemical dan silent).
Untuk mengevaluasi efisiensi energi dari reaksi Diels-Alder yang diintensifkan secara sonochemically, konsumsi energi untuk reaksi Diels-Alder yang diam dan yang dipromosikan secara ultrasonik dibandingkan. Perhitungan memberikan konsumsi 35.094 kJ / g untuk reaksi diam dan 28,4 kJ / g untuk reaksi ultrasonik-dibantu (tanduk ultrasonik dengan kekuatan output 70 W energi bersih), masing-masing. Hal ini menghasilkan 99% energi yang disimpan untuk reaksi Diels-Alder yang digerakkan oleh sonochemically. Semua pengamatan ini sangat menunjukkan bahwa penggunaan gabungan pelarut eutektik dalam (DES) dan iradiasi ultrasonikasi adalah metodologi yang efisien dan hemat energi untuk proses sintetis penting seperti reaksi Diels-Alder. (Marullo et al., 2020)

Efek Berbagai Pelarut Eutektik Dalam Dalam Kombinasi dengan Sonikasi

Hasil terbaik untuk reaksi Diels-Alder yang dipromosikan secara ultrasonik dicapai, ketika pelarut eutektik yang dalam [ChCl]:[Fru] dan [TBACl]:[EG] digunakan sebagai pelarut. Menggunakan [ChCl]:[Fru] dan [TBACl]:[EG] sebagai pelarut diberikan pengurangan yang signifikan dalam waktu reaksi serta perbaikan yang signifikan dalam hasil (untuk [TBACl]:[EG] 73% dan 87%, dan untuk [ChCl]:[Fru] 23 dan 75% dalam kondisi diam dan sonochemical, masing-masing).
Dalam beberapa kasus, yaitu ketika [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly], dan [AcChCl]:[EG] digunakan sebagai pelarut, hasilnya sebanding dengan yang diperoleh dalam kondisi diam, tetapi laju proses kimia masih meningkat secara drastis oleh sonikasi.
Sonikasi bekerja sangat baik dengan tekanan uap rendah dan pelarut kental seperti cairan ionik (ILs) karena kondisi ini memfasilitasi generasi efek kavitasi yang lebih inetnse. Karena pelarut eutektik dalam memiliki sifat fisik yang sama dengan cairan ionik, mereka dapat digunakan dengan tepat dalam hubungannya dengan ultrasonikasi. Interaksi gabungan pelarut eutektik dalam (DES) dan sonikasi secara signifikan mengurangi permintaan energik dari reaksi Diels-Alder. Pengurangan sigmificant dalam waktu reaksi dari 24 jam hingga 70 menit dapat diamati sambil memberikan hasil yang sangat baik. Dalam hal efisiensi proses, ini berarti bahwa penggunaan gabungan pelarut eutektik dalam (DES) dan ultrasonikasi memungkinkan untuk memproses sejumlah bahan 10 kali lebih tinggi daripada dalam kondisi diam. (Marullo et al., 2020)

Ultrasonic Diels-Alder Reaksi Oxabicyclic Alkenes

Wei dan rekannya (2004) menunjukkan bahwa ultrasonikasi mempromosikan reaksi Diels-Alder dari furans diganti dengan dienophiles reaktif seperti dimethyl acetylenedicarboxylate (DMAD) dan dimethyl maleate diberikan fungsional oxabicyclic alkenes dalam hasil yang baik. Reaksi ultrasonik dipromosikan furano regiospecific Furano Diels-Alder cycloaddition dari furans 2-vinylic dengan DMAD dilengkapi alkena oxabicyclic fungsional dalam hasil yang baik.

Reaksi Cycloaddition yang Ditingkatkan Secara Sonochemically

Bravo dan rekannya (2006) menggambarkan serangkaian cycloadditions sonochemical yang melibatkan cyclopentadiene atau 1,3-cyclohexadiene dengan carbonyl dienophiles dalam cairan ionik berbasis imidazolium sebagai media reaksi. Mereka menunjukkan bahwa ultrasonikasi secara efektif meningkatkan reaksi cycloaddition ini menghasilkan hasil yang lebih tinggi dan / atau mengurangi waktu reaksi bila dibandingkan dengan reaksi diam yang sesuai. Misalnya, untuk α sederhana, β-tak jenuh dienophiles seperti metil vinil keton atau akrolein efek aktivasi ultrasonik jelas. Misalnya, metil vinil keton menimbulkan hasil 89% dalam waktu 1 jam dari sonikasi ringan, sedangkan reaksi diam hanya diberikan 52% dalam waktu reaksi yang sama.

Ultrasonicators pada Setiap Ukuran untuk Sonochemically Dipromosikan Reaksi Diels-Alder

Hielscher Ultrasonics merancang, memproduksi dan mendistribusikan homogenizers tipe probe ultrasonik berkinerja tinggi dan peralatan sonochemical untuk integrasi ke dalam sistem kimia seperti sintesis dan reaksi katalisis. Hielscher ultrasonicators digunakan di seluruh dunia sebagai alat yang dapat diandalkan untuk mempromosikan, mengintensifkan, mempercepat dan meningkatkan reaksi kimia.
Hielscher Ultrasonics’ Prosesor ultrasonik tersedia dalam berbagai ukuran dari perangkat laboratorium kecil hingga prosesor industri besar untuk aplikasi kimia batch dan flow. Penyesuaian yang tepat dari amplitudo ultrasonik – Parameter yang paling penting untuk aplikasi sonochemical – memungkinkan untuk mengoperasikan ultrasonikator Hielscher pada amplitudo rendah hingga sangat tinggi dan untuk menyempurnakan amplitudo persis dengan kondisi proses ultrasonik yang diperlukan dari sistem reaksi kimia tertentu.
Generator ultrasonik Hielscher memiliki perangkat lunak pintar dengan protokol data otomatis. Semua parameter pemrosesan penting seperti energi ultrasonik, suhu, tekanan dan waktu secara otomatis disimpan ke kartu SD bawaan segera setelah perangkat dihidupkan.
Pemantauan proses dan perekaman data penting untuk standardisasi proses berkelanjutan dan kualitas produk. Dengan mengakses data proses yang direkam secara otomatis, Anda dapat merevisi sonication sebelumnya berjalan dan mengevaluasi hasilnya.
Fitur lain yang ramah pengguna adalah kontrol jarak jauh browser dari sistem ultrasonik digital kami. Melalui kontrol browser jarak jauh Anda dapat memulai, menghentikan, menyesuaikan, dan memantau prosesor ultrasonik Anda dari jarak jauh dari mana saja.
Hubungi kami sekarang untuk mempelajari lebih lanjut tentang homogenisasi ultrasonik berkinerja tinggi kami dapat meningkatkan reaksi sintesis organik Anda seperti reaksi Diels-Alder, reaksi Mannich atau penambahan Michael di antara banyak lainnya!

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: