Reaksi Diels-Alder yang Ditingkatkan Secara Sonokimia

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

Reaksi Diels-Alder yang Ditingkatkan Secara Sonokimia untuk Kimia Hijau

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

Reaksi Diels-Alder Ultrasonik menggunakan Pelarut Eutektik Dalam

Pelarut eutektik dalam (DES) adalah larutan asam dan basa Lewis atau Brønsted yang membentuk campuran eutektik. Karena pelarut eutektik dalam tidak mudah terbakar, memiliki tekanan uap dan toksisitas yang rendah, dan sering dibuat dari senyawa alami, pelarut ini adalah alternatif pelarut yang lebih hemat dan ramah lingkungan. Ultrasonikasi dan pelarut eutektik dalam diketahui bekerja secara sinergis bersama dan oleh karena itu digunakan untuk sintesis kimia serta dalam ekstraksi ultrasonik. Penggunaan pelarut eutektik dalam juga bermanfaat dalam reaksi Diels-Alder yang dipromosikan secara ultrasonik. Sebagai contoh, 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 dalam terbukti bermanfaat memberikan hasil yang baik dalam waktu reaksi yang berkurang secara drastis.

Reaksi Diels−Alder yang ditingkatkan secara ultrasonik.
diadaptasi dari Marullo et al., 2020

Prosedur Umum untuk Reaksi Diels-Alder menggunakan DES dan Sonikasi

Reaksi Diels-Alder yang dipromosikan secara ultrasonik dilakukan dengan memasukkan probe ultrasonik (sonotrode / tanduk) ke dalam bejana reaksi. Menggunakan probe ultrasonik dengan ujung berdiameter 0,5 cm, daya keluaran nominal adalah 70 W. Reaksi dilakukan pada 40 °C menerapkan mode inpulse sonikasi dengan siklus ON 5 detik dan OFF 20 detik. 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 sonokimia dan diam).
Untuk mengevaluasi efisiensi energi dari reaksi Diels-Alder yang diintensifkan secara sonokimia, konsumsi energi untuk reaksi Diels-Alder yang diam dan dipromosikan secara ultrasonik dibandingkan. Perhitungan memberikan konsumsi 35.094 kJ/g untuk reaksi senyap dan 28,4 kJ/g untuk reaksi berbantuan ultrasonik (tanduk ultrasonik dengan daya keluaran energi bersih 70 W). Ini menghasilkan 99% energi yang dihemat untuk reaksi Diels-Alder yang digerakkan secara sonokimia. 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 dkk., 2020)

Pengaruh Berbagai Pelarut Eutektik Dalam Kombinasi dengan Sonikasi

Hasil terbaik untuk reaksi Diels-Alder yang dipromosikan secara ultrasonik tercapai, ketika pelarut eutektik dalam [ChCl]: [Fru] dan [TBACl]: [EG] digunakan sebagai pelarut. Menggunakan [ChCl]:[Fru] dan [TBACl]:[EG] sebagai pelarut memberikan pengurangan waktu reaksi yang signifikan serta peningkatan hasil yang signifikan (untuk [TBACl]:[EG] 73% dan 87%, dan untuk [ChCl]:[Fru] masing-masing 23 dan 75% dalam kondisi senyap dan sonokimia).
Dalam beberapa kasus, yaitu ketika [TBPCl]: [EG], [ChCl]: [Gly], dan [AcChCl]: [EG] digunakan sebagai pelarut, hasilnya sebanding dengan yang diperoleh dalam kondisi senyap, tetapi laju proses kimia masih meningkat secara drastis dengan sonikasi.
Sonikasi bekerja sangat baik dengan tekanan uap rendah dan pelarut kental seperti cairan ionik (IL) karena kondisi ini memfasilitasi pembangkitan efek kavitasi yang lebih tidak terduga. Karena pelarut eutektik dalam memiliki sifat fisik yang mirip dengan cairan ionik, mereka dapat digunakan dengan tepat bersama dengan ultrasonikasi. Interaksi gabungan pelarut eutektik dalam (DES) dan sonikasi secara signifikan menurunkan permintaan energik reaksi Diels-Alder. Pengurangan waktu reaksi dari 24 jam hingga 70 menit dapat diamati sambil memberikan hasil yang sangat baik. Berkenaan dengan 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 senyap. (Marullo dkk., 2020)

Reaksi Diels-Alder Ultrasonik Alkena Oksabisiklik

Wei dan rekannya (2004) menunjukkan bahwa ultrasonikasi mempromosikan reaksi Diels-Alder dari furan yang disubstitusi dengan dienfil reaktif seperti dimetil asetilenedicarboxylate (DMAD) dan dimetil maleat memberikan alkena oxabicyclic fungsional dengan hasil yang baik. Reaksi yang dipromosikan secara ultrasonik dari siklotambahan furano Diels-Alder regiospesifik dari furan 2-vinylic dengan DMAD melengkapi alkena oxabicyclic fungsional dengan hasil yang baik.

Reaksi Cycloaddition yang Ditingkatkan Secara Sonokimia

Bravo dan rekannya (2006) menggambarkan serangkaian sikloaddasi sonokimia yang melibatkan siklopentadiena atau 1,3-sikloheksadiena dengan karbonil dienofil dalam cairan ionik berbasis imidazolium sebagai media reaksi. Mereka menunjukkan bahwa ultrasonikasi secara efektif meningkatkan reaksi sikloadisi ini yang menghasilkan hasil yang lebih tinggi dan / atau mengurangi waktu reaksi jika dibandingkan dengan reaksi diam yang sesuai. Misalnya, untuk dienfil α,β- tak jenuh sederhana seperti metil vinil keton atau akrolein, efek aktivasi ultrasonik terlihat jelas. Misalnya, metil vinil keton menghasilkan hasil 89% dalam waktu 1 jam sonikasi ringan, sedangkan reaksi diam hanya menghasilkan 52% dalam waktu reaksi yang sama.

Ultrasonicators pada Ukuran Berapa Pun untuk Reaksi Diels-Alder yang Dipromosikan Secara Sonokimia

Hielscher Ultrasonics merancang, memproduksi, dan mendistribusikan homogenizer tipe probe ultrasonik berkinerja tinggi dan peralatan sonokimia untuk integrasi ke dalam sistem kimia seperti reaksi sintesis dan katalisis. Ultrasonicator Hielscher digunakan di seluruh dunia sebagai alat yang andal untuk mempromosikan, mengintensifkan, mempercepat dan meningkatkan reaksi kimia.
Hielscher Ultrasonics’ Prosesor ultrasonik tersedia dalam berbagai ukuran mulai dari perangkat lab kecil hingga prosesor industri besar untuk aplikasi kimia batch dan aliran. Penyesuaian yang tepat dari amplitudo ultrasonik – Parameter terpenting untuk aplikasi sonokimia – memungkinkan untuk mengoperasikan ultrasonicators 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 pencatatan data penting untuk standarisasi proses dan kualitas produk yang berkelanjutan. Dengan mengakses data proses yang direkam secara otomatis, Anda dapat merevisi jalanan sonikasi sebelumnya dan mengevaluasi hasilnya.
Fitur ramah pengguna lainnya adalah remote control 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 homogenizer 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: