ヒールシャー超音波技術

超音波誘起および拡張相間移動触媒

ハイパワー超音波は、種々の化学反応への貢献のためによく知られています。これは、いわゆるです ソノケミストリー。不均一反応 - と特に相転移反応は - パワー超音波のために非常に可能性のある応用分野です。ための試薬に適用される機械的および音響化学エネルギーに、反応は、反応速度を大幅に向上させることができ、開始を取得することができ、同様に高いコンバージョン率、高い収率、そしてより良い製品を達成することができます。超音波のリニアなスケーラビリティと信頼性の高い超音波の利用可能性 産業 機器は、この技術化学製品製造のための興味深いソリューションとなります。
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

超音波ガラスフローセル

相間移動触媒

相間移動触媒(PTC)は、異種触媒の特別な形態であり、有機合成のための実用的な方法論として知られている。相間移動触媒を使用することによって、水相にしばしば可溶性であるが有機相には不溶性であるイオン性反応物を可溶化することが可能になる。これは、PTCが、混合物の異なる相に位置する2つの物質間の相互作用が、試薬が一緒になることができないために阻害される反応における異種性の問題を克服する代替の方法であることを意味する。 (Esen et al。2010)相間移動触媒の一般的な利点は、調製のためのわずかな努力、簡単な実験手順、穏やかな反応条件、高反応速度、高選択率、および安価で環境に優しい試薬、例えば四級アンモニウム(Ooi et al。、2007)、大規模な製剤を行う可能性がある。
液体 - 液体及び液体 - 固体反応の様々な強化およびイオン種は、水性相から運ばされることを可能にする等の単純な相間移動(PT)は、クアットなどの触媒、ポリエチレングリコール400を用いて選択がなされています有機相。このように、水相中の有機反応物の極めて低い溶解度に関連する問題を克服することができます。殺虫剤および製薬産業において、PTCが広く使用され、事業の基礎を変更しました。 (2002シャルマ)

電源超音波

パワー超音波の適用は、非常に微細な作成するために、よく知られたツールです。 エマルション。化学では、このような極めて微細なサイズのエマルジョンは、化学反応を強化するために使用されています。これは、二つ以上の不混和性液体間の界面の接触面積が大幅に拡大となり、反応のより良好な、より完全なおよび/またはより高速なコースを提供することを意味します。
相間移動触媒の場合 – 十分な運動エネルギーが反応を開始するために必要とされている - 他の化学反応の場合と同じ。
これは、化学反応に関する様々なプラス効果があります。

  • 通常、その低い運動エネルギーを発生しない化学反応は、超音波によって始めることができます。
  • 化学反応は、超音波アシストPTCにより加速することができます。
  • 相間移動触媒を完全に回避。
  • 原材料は、より効率的に使用することができます。
  • 副産物を低減することができます。
  • 安価な無機塩基とコストのかかる危険な強塩基の交換。

これらの効果により、PTCは、二つより混和しない反応物質から、有機合成のための貴重な化学的方法である:相間移動触媒(PTC)は、より効率的に化学プロセスの原料を使用し、よりコスト効率よく製造することができます。 PTCによる化学反応の増強は劇的に超音波の使用によって改善することができる化学物質生産のための重要なツールです。

Ultrasonic cavitation in a glass column

液体中のキャビテーション

超音波昇格PTC反応の例

  • 超音波の下でPEG-400を使用して、(4,6-二置換 - ピリミジン-2-イル)-N-(5-アリール-2-フロイル)チオ尿素誘導体 - 新しいN」の合成。 (ケンら、2005)
  • イオン性液体中のPTCによるマンデル酸の超音波アシスト合成は、周囲条件下で反応収率の有意な向上を示しています。 (華ら、2011)
  • 久保ら。 (2008)は、溶剤のない環境でのフェニルアセトニトリルの超音波支援C-アルキル化を報告しています。反応を促進するために超音波の効果は、二つの液相の間で非常に大きな界面領域に起因していました。超音波処理は、機械的混合よりもはるかに速い反応速度になります。
  • オレフィンの存在下で宝石dichlorocyclopropaneのより高い収率でジクロロカルベンの結果の生成のためのマグネシウムと四塩化炭素との反応の間超音波処理。 (Linら2003)
  • 超音波は、カニッツァーロ反応の加速を提供します P相転移条件で-chlorobenzaldehyde。三の相間移動触媒の – 塩化ベンジルトリエチルアンモニウム(TEBA)のAliquat及び18-クラウン-6 - 、Poláckováらによってテストされています。 (1996)TEBAが最も効果的であることが判明しました。 Ferrocenecarbaldehydeと P-dimethylaminobenzaldehydeは、主生成物としての1,5-ジアリール-1,4-ペンタジエン-3-もの、同様の条件下で、与えました。
  • LIN-シャオら。 (1987)は、超音波及びPTCの組み合わせは、より良い収率および触媒のより少ない量に短時間で効果的にクロロホルムからジクロロカルベンの生成を促進することが示されています。
  • Yangら。 (2012)、4,4'-ビス(tributylammoniomethyl)-1,1'-ビフェニルジクロライドを用いて、ベンジル4-ヒドロキシ安息香酸の緑色、超音波アシスト合成を調べた(QCL2)触媒として。 QCLの使用により、2、彼らは、新規のデュアルサイト相間移動触媒を開発しました。この固体 - 液体相間移動触媒(SLPTC)は、超音波を用いてバッチ法として行われています。激しい超音波処理下、添加Q2の33%+ Q 45.2%(のpH(OH)COO)を含みます2 従って、全体の反応速度が向上し、臭化ベンジルと反応させるために、有機相中に移しました。この改良された反応速度は0.106分で得ました。-1 超音波照射の300Wの下で、0.0563分の速度超音波処理なしながら、-1 観察されました。これにより、相間移動触媒で超音波でデュアルサイト相間移動触媒の相乗効果が実証されています。
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

写真1:UP200Htは200ワットの強力な超音波ホモジナイザーです

非対称相移動反応の超音波強化

アミノ酸およびN-スピロキラル四級アンモニウム塩の反応性を高めることができ、それらの構造を簡素化するかどうか」を調べ、それらの誘導体丸岡と大井(2007)の不斉合成のための実用的な方法を確立することを目的としました。超音波照射を生成しているため 均一化、それは、非常に細かいです エマルション、それは非常に液 - 液相間移動反応の実質的な速度の加速度を実現可能性が、反応が起こり得る上界面積を増大させます。実際、1時間0摂氏度でトルエン/ 50%水性KOH中の2の反応混合物を、ヨウ化メチル、及び(S、S)-naphtylサブユニット(1モル%)の超音波処理は63%の対応するアルキル化生成物を生じました88%eeで、収率;化学収率及びエナンチオ8時間(0摂氏度、64%、90%eeで)のための混合物の単純な撹拌によって行わ反応からのものと同等であった「。(丸岡ら、2007;。。P 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

スキーム1:超音波処理は、丸岡ら[αアミノ酸の不斉合成時の反応速度を向上させます。 2007]

不斉触媒のもう一つの反応型は、マイケル反応です。ジエチルのマイケル付加 n個 - アセチルアミノマロンカルコンには正(サイレント反応、超音波下で最大82%の間に得られた72%から)収率の12%の増加をもたらす超音波処理によって影響されます。反応時間は、超音波なしの反応に比べてパワー超音波下で6倍高速です。鏡像体過剰率(ee)を変更し、両方の反応についてあっていない - と超音波なしで - 40%のeeにおいて、。 (ミルザ-Aghayanら、1995)
Liら。 (2003)ドナーは、超音波下で短時間、高収率で付加物でKF /塩基性アルミナの結果により触媒としてジエチルマロネート、ニトロメタン、シクロヘキサノン、アセト酢酸エチル及びアセチルアセトンなどの種々の活性メチレン化合物とアクセプターとしてカルコンのマイケル反応することを実証しました照射。別の研究では、Liら。 (2002)KF-Al系によって触媒カルコンの成功した超音波支援合成を示しています2ザ・3
上記これらPTC反応は、潜在的な超音波照射の可能性のほんの範囲を示しています。
PTCで可能な機能強化に関する超音波の検査と評価は非常に簡単です。なヒールシャーの超音波ラボ機器 Uf200ःトン (200ワット)や、ヒールシャーのようなベンチトップシステム UIP1000hd (千ワット)最初の試行を許可します。 (画像1及び2を参照されたいです)
超音波は、不斉マイケル付加を改善した(クリックすると拡大します!)

スキーム2:超音波で[TörökらカルコンジエチルN-アセチルアミノマロンの不斉マイケル付加アシスト。 2001]

化学市場における競争効率的な生産

あなたが一つ以上の様々な有益な利点から利益になる超音波相間移動触媒を使用します:

  • それ以外の場合は実行可能でない反応の初期化
  • 収量の増加
  • バック高価で、無水非プロトン性溶媒の切断
  • 反応時間の短縮
  • より低い反応温度
  • 簡略化の準備
  • 水性アルカリ金属の代わりにアルカリ金属アルコキシド、ナトリウムアミド、水素化ナトリウムまたは金属ナトリウムの使用
  • 安価な原料の使用、特に酸化剤
  • 選択のシフト
  • 生成物比の変化(例えば、O- / Cアルキル化)
  • 簡略化された単離及び精製
  • 副反応を抑制することにより、収率の増加
  • でも、非常に高いスループットを持つ工業生産レベルへの単純な、リニアスケールアップ、
UIP1000hdのベンチトップ超音波ホモジナイザー

1000Wの超音波プロセッサ、フローセル、タンクとポンプとのセットアップ

化学の超音波効果のシンプルかつリスクフリーのテスト

どのように超音波の影響特定の材料との反応を確認するには、最初の実証実験は、小規模で行うことができます。 50〜400ワットの範囲内のハンドヘルドまたはスタンドに取り付けられた実験室用装置をビーカーに中小型サイズのサンプルの超音波処理を可能にします。最初の結果は、潜在的な成果を示している場合、プロセスは、工業超音波プロセッサとベンチトップで開発および最適化することができ、例えば UIP1000hd (1000W、20kHzの)。ヒールシャーの超音波ベンチトップシステムとの 500名 ワットへ 2000年 ワットは、Rのための理想的なデバイスです&Dと最適化。これらの超音波システム - ビーカーやインライン超音波処理のために設計 – 最も重要なプロセスパラメータの完全な制御を与える:振幅、圧力、温度、粘度、および濃度を。
パラメータに対する正確な制御をすることができます 正確な再現性とリニアなスケーラビリティ 得られた結果の。各種設定をテストした後、最高であることが判明した構成は、製造条件で連続して(24時間/ 7D)を実行するために使用することができます。オプションのPC-コントロール(ソフトウェア・インタフェース)も、個々の試験の記録を容易にします。危険な環境(ATEX、FM)に可燃性の液体または溶媒の超音波処理のための UIP1000hd ATEX認定のバージョンで提供されています: UIP1000-EXD

化学の超音波からの一般的なメリット:

  • 反応が促進され得るか、または超音波処理が適用される場合より少ない強制条件が必要とされ得ます。
  • 通常、このような反応に関連した発熱があるとして、誘導期間がしばしば大幅に低減されます。
  • 音響化学反応は、多くの場合、添加物を必要とせずに、超音波によって開始されています。
  • 通常合成経路に必要なステップの数は時々減少させることができます。
  • いくつかの状況において、反応は、代替経路に向けることができます。

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文学/参考文献

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知る価値のある事実

超音波組織ホモジナイザーは、多くの場合、プローブソニケータ、ソニックlyser、超音波破砕、超音波粉砕機、ソノruptor、ソニファイアー、ソニックジスメンブレーター、細胞破砕、超音波分散又は溶解と呼ばれます。異なる用語は、超音波処理によって達成することができ、さまざまなアプリケーションに起因します。