Ultrasonikasi Menyebabkan dan Meningkatkan Tahap Transfer Katalis

Ultrasound dengan daya yang tinggi terkenal untuk kontribusinya untuk berbagai reaksi kimia. Ini yang disebut Sonochemistry. Reaksi heterogen- dan terutama fasa reaksi transfer-yang berpotensi tinggi di bidang aplikasi untuk kekuatan ultrasound. Karena energi mekanik dan sonochemical yang diterapkan pada reagen, reaksi dapat dimulai, kecepatan reaksi dapat tingkat secara signifikan, serta tingkat konversi yang lebih tinggi, hasil yang lebih tinggi, dan produk yang lebih baik dapat dicapai. Skalabilitas linier ultrasound dan ketersediaan peralatan ultrasonik Industri membuat teknik ini menjadi solusi menarik untuk produksi kimia.

fasa katalis transfer

Phase Transfer Catalysis (PTC) adalah bentuk khusus dari katalis heterogen dan dikenal sebagai metodologi praktis untuk sintesis organik. Dengan menggunakan fasa katalis transfer, menjadi mungkin untuk melarutkan reaktan ionik, yang sering larut dalam fasa air tetapi tidak larut dalam fasa organik. Ini berarti PTC solusi alternatif untuk mengatasi masalah heterogenitas dalam reaksi di mana interaksi antara dua zat yang berada pada fase campuran yang berbeda dihambat karena ketidakmampuan reagen untuk bersatu. (Esen et al. 2010) Keuntungan umum dari fasa katalis transfer adalah sedikit usaha untuk persiapan, prosedur percobaan yang sederhana, kondisi reaksi yang ringan, laju reaksi yang tinggi , selektifitas yang tinggi, dan menggunakan reagen yang murah dan ramah lingkungan, seperti garam amonium kuarter, dan pelarut, dan kemungkinan untuk melakukan persiapan dalam skala yang besar (Ooi et al. 2007).
Berbagai reaksi liquid–liquid dan liquid–solid telah ditingkatkan dan dilakukan secara selektif dengan menggunakan phase transfer (PT) katalis seperti quats, polyethylene glycol-400, dll, yang memungkinkan jenis ionik untuk diangkut dari fasa air ke fasa organik. Dengan demikian, masalah yang terkait dengan sangat rendah kelarutan reaktan organik dalam fasa air dapat diatasi. Dalam pestisida dan industri farmasi, PTC digunakan secara ekstensif dan telah mengubah dasar-dasar bisnis. (Sharma 2002)

Kekuatan Ultrasound

Penerapan kekuatan ultrasound adalah alat yang tekenal untuk mebuat Emulsi. Dalam kimia, emulsi ukuran sangat halus seperti itu digunakan untuk meningkatkan reaksi kimia. Ini berarti bahwa daerah kontak interfacial antara dua atau lebih cairan yang tidak bisa bercampur menjadi sangat besar dan memberikan jalan reaksi yang lebih baik, lebih lengkap dan / atau lebih cepat.
Untuk katalis fasa transfer – sama seperti reaksi kimia lainnya- energi kinetik yang cukup diperlukan untuk memulai reaksi.
Ini memiliki berbagai efek positif mengenai reaksi kimia:

• Reaksi kimia yang biasanya tidak terjadi karena energi kinetik yang rendah dapat dimulai dengan ultrasonikasi
• Reaksi kimia dapat dipercepat oleh PTC dibantu ultrasonik
• Penghindaran lengkap katalis fasa transfer
• Penggunaan bahan baku yang ebih efisien
• Produk sampingan dapat dikurangi
• Penggantian basis kuat berbahaya yang intensif biaya dengan basis anorganik yang murah.

Oleh efek-efek, PTC adalah metodologi kimia yang berharga untuk sintesis organik dari dua dan lebih immiscible reaktan: fasa transfer katalis (PTC) memungkinkan untuk menggunakan bahan baku proses kimia yang lebih efisien dan menghasilkan biaya lebih efektif. Peningkatan reaksi kimia oleh PTC mere-akan alat penting untuk produksi kimia yang dapat ditingkatkan dengan penggunaan ultrasound secara dramatis.

Contoh untuk Ultrasonikasi yang Mendorong Reaksi PTC

• Sintesis baru N'-(4,6-disubstituted-pyrimidin-2-yl)-N-(5-aryl-2-furoyl) derivatif dengan menggunakan PEEG-400 di bawah ultrasonikasi. (Ken et al. 2005)
• Ultrasonikasi membantu sintesis untuk medelic acid oleh PTC dalam cairan ion menunjukkan peningkatan yang significant dalam hasil reaksi pada kondisi sekitar (Hua et al. 2011)
• Kubo et al. (2008) melaporkan ultrasonically membantu C-alkilasi dari phenylacetonitrile di lingkungan bebas pelarut. Efek ultrasound untuk mendorong reaksi yang diatribusikan kepada kawasan interfacial yang sangat besar antara dua fase cair. Ultrasonikasi menghasilkan tingkat reaksi yang jauh lebih cepat daripada pencampuran mekanis.
• Sonikasi selama reaksi karbon tetraklorida dengan magnesium untuk menghasilkan dichlorocarbene yang lebih tinggi gem-dichlorocyclopropane dengan kehadiran olefins. (Lin et al. 2003)
• Ultrasound menyediakan percepatan reaksi Cannizzaro P-chlorobenzaldehyde pada kondisi fase transfer. Dari tiga fasa katalis transfer – benzyltriethylammonium chloride(TEBA), Aliquat dan 18-crown-6-, yang telah diuji oleh Polácková et al. (1996) TEBA ditemukan paling efektif. Ferrocenecarbaldehyde dan P-dimethylaminobenzaldehyde memberi, dalam kondisi yang sama, 1,5-diaryl-1,4-pentadien-3-ones sebagai produk utama.
• Lin-Xiao et al. (1987) telah menunjukkan bahwa kombinasi dari ultrasonikasi dan PTC mempromosikan secara efektif pembuatan dichlorocarbene dari kloroform dalam waktu yang lebih singkat dengan hasil yang lebih baik dan jumlah katalis yang lebih sedikit.
• Yang et al. (2012) telah menyelidiki sintesis benzil 4-hydroxybenzoate yang ramah lingkungan dengan menggunakan 4,4'-bis (tributylammoniomethyl) -1,1'-biphenyl dichloride (QCl₂) sebagai katalis. Dengan menggunakan QCl₂, mereka telah mengembangkan sebuah dual-site phase-transfer katalis yang baru. Solid-liquid phase-transfer catalysis (SLPTC) ini telah dilakukan sebagai proses batch dengan ultrasonikasi. Di bawah intensitas sonikasi, 33% Q2 + mengandung 45,2% dari Q(Ph(OH)COO)₂ telah ditransfer ke dalam fasa organik bereaksi dengan benzyl bromide, sehingga laju reaksi keseluruhan ditingkatkan. Laju peningkatan reaksi ini diperoleh 0.106 menit^-1 di bawah 300W iradiasi ultrasonik, sementara tanpa tingkat sonikasi 0.0563 min^-1 diamati. Dengan demikian, efek sinergis dari katalis transfer fasa dua lokasi dengan ultrasound dalam katalisis transfer fasa telah ditunjukkan.

Peningkatan Ultrasonik dari Reaksi Transfer Fasa Asimetris

Dengan tujuan untuk membangun metode praktis untuk sintesis asimetris a-amino asam dan turunannya Maruoka dan Ooi (2007) menyelidiki "Apakah reaktivitas N-spiro chiral quaternary ammonium salts dapat ditingkatkan dan strukturnya disederhanakan. Karena iradiasi ultrasonik menghasilkan Homogenisasi, yaitu, emulsi halus Emulsi, ini sangat meningkatkan daerah interfacial atas yang reaksi dapat terjadi, yang dapat memberikan tingkat substansial percepatan dalam liquid–liquid fase transfer reaksi. Memang, sonikasi campuran reaksi 2, metil iodida, dan (S, S) -naphtyl subunit (1 mol%) pada KOH berair toluene / 50% pada 0 degC selama 1 jam menghasilkan produk alkilasi yang sesuai pada 63% Hasil dengan 88% ee; ; Hasil kimia dan enantioselektivitas sebanding dengan reaksi yang dilakukan dengan pengadukan sederhana campuran selama delapan jam (0 degC, 64%, 90% ee). "(Maruoka et al 2007; p 4229)

Jenis reaksi lain dari asimetris katalis adalah reaksi Michael. Penambahan Michael dietil n-asetil-aminomalonate ke chalcone secara positif dipengaruhi oleh ultrasonikasi yang menghasilkan peningkatan 12% dari hasil (dari 72% yang diperoleh selama reaksi diam hingga 82% di bawah ultrasonkasi). Waktu reaksi enam kali lebih cepat di bawah daya ultrasound dibandingkan dengan reaksi tanpa ultrasound. Kelebihan enansiomerik (ee) tidak berubah dan untuk kedua reaksi - dengan dan tanpa ultrasound - pada 40% ee. (Mirza-Aghayan et al 1995)
Li et al. (2003) menunjukkan bahwa reaksi Michael chalcones sebagai partisipan dengan berbagai macam senyawa aktif metilena seperti diethyl malonate, nitromethane, cyclohexanone, ethyl acetoacetate dan acetylacetone sebagai donor yang dikatalisis oleh KF/ alumina dasar menghasilkan hasil tambahan dalam hasil tinggi dalam waktu yang lebih singkat di bawah iradiasi ultrasound. Dalam studi lain, Li et al. (2002) telah menunjukkan ultrasonicakasi membantu sintesis dari chalcones dikatalisis oleh KF-Al₂O₃.
Reaksi PTC di atas menunjukkan hanya sedikit potensial dan kemungkinan radiasi ultrasonik.
Pengujian dan evaluasi ultrasound mengenai kemungkinan perbaikan/ peningkatan di PTC sangat sederhana. Perangkat lab ultrasonik seperti Hielscher UP200Ht (200 watt) dan bench-top sistem seperti Hielscher UIP1000hd (1000 watt) mengizinkan untuk uni coba pertama. (Lihat gambar 1 dan 2)

Produksi Efisien yang Bersaing di Pasar Kimia

Menggunakan katalis transfer fasa ultrasonik Anda akan mendapatkan keuntungan dari satu atau berbagai keunggulan yang bermanfaat:

• inisialisasi reaksi yang dinyatakan tidak layak dilakukan
• meningkatkan hasil
• mengurangi biaya yang mahal, anhydrous, aprotic solvents
• pengurangan waktu reaksi
• reaksi temperatur yang rendah
• persiapan sederhana
• menggunakan larutan alkali logam bukan logam alkali alkoxides, sodium amide, sodium hydride atau metallic sodium
• menggunakan bahan baku lebih murah, terutama oksidan
• pergeseran selektivitas
• perubahan rasio produk (misalnya O- / C-alkilasi)
• isolasi disederhanakan dan pemurnian
• meningkatkan hasil dengan menekan reaksi samping
• sederhana, linier skala-up hingga tingkat produksi industri, bahkan dengan throughput yang sangat tinggi