სონოქიმიურად გაუმჯობესებული დილს-ალდერის რეაქციები

დილს-ალდერის რეაქციები ფართოდ გამოიყენება ქიმიურ სინთეზში, სადაც ატომური ნახშირბად-ნახშირბადის ბმები უნდა შეიქმნას. ულტრაბგერითი დამუშავება და მისი სონოქიმიური ეფექტები უაღრესად ეფექტურია დილს-ალდერის რეაქციების წარმართვისა და ხელშეწყობისთვის, რაც იწვევს უფრო მაღალ გამოსავლიანობას, რეაქციის დროის მნიშვნელოვან შემცირებას და ამავდროულად წარმოადგენს ეკოლოგიურად სუფთა მწვანე ქიმიის ნაწილს.

სონოქიმიურად გაძლიერებული დილს-ალდერის რეაქცია მწვანე ქიმიისთვის

დილს-ალდერის რეაქციები არის ქიმიური რეაქციები, რომლებშიც ნახშირბადის ატომებს შორის ბმები იქმნება. დილს-ალდერის რეაქცია კლასიფიცირდება, როგორც თერმულად დასაშვები [4+2] ციკლომიერთების რეაქცია [_π4_s + _π2_s]. რადგან ულტრაბგერით ხელშეწყობილი ორგანული სინთეზი არის მწვანე და ეფექტური სინთეზის გზა, რომელიც ზრდის რეაქციის სიჩქარეს, გამოსავლიანობას და რეაქციების სელექციურობას, ულტრაბგერითი დამუშავება არის მარტივი და საიმედო ტექნიკა, რომელიც ფართოდ გამოიყენება ლაბორატორიებსა და სამრეწველო წარმოებაში. ხშირად სონოქიმიურად ხელშეწყობილი გზა აადვილებს ორგანულ გარდაქმნას გარემო პირობებში, მაშინ როდესაც ულტრაბგერის გარეშე ამისთვის ტემპერატურისა და წნევის მკაცრი პირობებია საჭირო. ეს ხელს უწყობს ენერგეტიკული ხარჯების შემცირებას და ქიმიურ სინთეზს უფრო უსაფრთხო პროცედურად აქცევს.

ულტრაბგერითი დილს-ალდერის რეაქცია ღრმა ევტექტიკური გამხსნელების გამოყენებით

ღრმა ევტექტიკური გამხსნელები (DES) არის ლუისის ან ბრონსტედის მჟავებისა და ფუძეების ხსნარები, რომლებიც ქმნიან ევტექტიკურ ნარევს. რადგან ღრმა ევტექტიკური გამხსნელები აალებადი არ არის, აქვთ დაბალი ორთქლის წნევა და დაბალი ტოქსიკურობა და ხშირად ბუნებრივი ნაერთებისგან მზადდება, ისინი წარმოადგენენ გამხსნელების უფრო უსაფრთხო და ეკოლოგიურად უფრო სუფთა ალტერნატივას. ცნობილია, რომ ულტრაბგერითი დამუშავება და ღრმა ევტექტიკური გამხსნელები სინერგიულად მოქმედებენ და ამიტომ გამოიყენება როგორც ქიმიური სინთეზისთვის, ასევე ულტრაბგერითი ექსტრაქციისთვის. ღრმა ევტექტიკური გამხსნელების გამოყენება სასარგებლოა ულტრაბგერით ხელშეწყობილ დილს-ალდერის რეაქციებშიც. მაგალითად, ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება დილს-ალდერის რეაქციის ხელშესაწყობად N-ეთილმალეიმიდის, როგორც დიენოფილის, გამოყენებით და დიენის ბუნების ცვლილებით ღრმა ევტექტიკურ გამხსნელებში (DES), როგორც ჩვეულებრივი გათბობის, ისე ულტრაბგერითი აქტივაციის პირობებში.
ულტრაბგერითი აქტივაციის გამოყენება ღრმა ევტექტიკურ გამხსნელებთან კომბინაციაში სასარგებლო აღმოჩნდა, რადგან ის უზრუნველყოფს კარგ გამოსავლიანობას რეაქციის დროის მკვეთრად შემცირებულ პირობებში.

ულტრაბგერითად გაუმჯობესებული დილს−ალდერის რეაქცია.
სქემა ადაპტირებულია Marullo et al., 2020-დან

დილს-ალდერის რეაქციის ზოგადი პროცედურა DES-ისა და ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენებით

ულტრაბგერით ხელშეწყობილი დილს-ალდერის რეაქციები ჩატარდა ულტრაბგერითი ზონდის (სონოტროდის / რქის) რეაქციის ჭურჭელში ჩასმით. 0,5 cm დიამეტრის წვერის მქონე ულტრაბგერითი ზონდის გამოყენებისას ნომინალური გამომავალი სიმძლავრე იყო 70 W. რეაქციები ჩატარდა 40°C-ზე, ულტრაბგერითი დამუშავების იმპულსურ რეჟიმში, 5 sec ჩართვისა და 20 sec გამორთვის ციკლებით. ულტრაბგერით გაძლიერებულმა დილს-ალდერის რეაქციამ კარგი გამოსავლიანობა მოგვცა ბევრად უფრო მოკლე დროში, ვიდრე ულტრაბგერის გარეშე ჩატარებულმა რეაქციამ (70 min და 24 h სონოქიმიური და ულტრაბგერის გარეშე ჩატარებული რეაქციებისთვის, შესაბამისად).
სონოქიმიურად გაძლიერებული დილს-ალდერის რეაქციის ენერგოეფექტურობის შესაფასებლად შედარდა ენერგიის მოხმარება ულტრაბგერის გარეშე და ულტრაბგერით ხელშეწყობილი დილს-ალდერის რეაქციებისთვის. გამოთვლებმა აჩვენა ენერგიის მოხმარება 35,094 kJ/g ულტრაბგერის გარეშე ჩატარებული რეაქციისთვის და 28,4 kJ/g ულტრაბგერით ხელშეწყობილი რეაქციისთვის (ულტრაბგერითი რქა 70 W წმინდა გამომავალი სიმძლავრით), შესაბამისად. ეს ნიშნავს ენერგიის 99%-ის დაზოგვას სონოქიმიურად წარმართული დილს-ალდერის რეაქციის შემთხვევაში. ყველა ეს დაკვირვება მტკიცედ მიუთითებს, რომ ღრმა ევტექტიკური გამხსნელებისა (DES) და ულტრაბგერითი დასხივების ერთობლივი გამოყენება ეფექტური და ენერგოდამზოგავი მეთოდია ისეთი მნიშვნელოვანი სინთეზური პროცესებისთვის, როგორიცაა დილს-ალდერის რეაქცია. (Marullo et al., 2020)

სხვადასხვა ღრმა ევტექტიკური გამხსნელის ეფექტი ულტრაბგერით დამუშავებასთან კომბინაციაში

საუკეთესო შედეგები ულტრაბგერითად ხელშეწყობილი დილს-ალდერის რეაქციისთვის მიღწეულ იქნა, როდესაც ღრმა ევტექტიკური გამხსნელები [ChCl]:[Fru] და [TBACl]:[EG] გამოიყენება, როგორც გამხსნელები. [ChCl]:[Fru] და [TBACl]:[EG] გამხსნელებად გამოყენებამ უზრუნველყო რეაქციის დროის მნიშვნელოვანი შემცირება, ასევე გამოსავლიანობის მნიშვნელოვანი გაუმჯობესება ( [TBACl]:[EG] 73% და 87%, ხოლო [ChCl]:[Fru] 23 და 75% ულტრაბგერის გარეშე და სონოქიმიურ პირობებში, შესაბამისად).
ზოგიერთ შემთხვევაში, კერძოდ, როდესაც [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly], და [AcChCl]:[EG] გამოიყენება გამხსნელებად, გამოსავლიანობა ულტრაბგერის გარეშე მიღებული გამოსავლიანობის მსგავსია, მაგრამ ქიმიური პროცესი ულტრაბგერითი დამუშავებით მაინც მკვეთრად ჩქარდება.
ულტრაბგერითი დამუშავება ძალიან კარგად მუშაობს დაბალი ორთქლის წნევის მქონე ბლანტ გამხსნელებთან, როგორიცაა იონური სითხეები (ILs), რადგან ეს პირობები ხელს უწყობს უფრო ინტენსიური კავიტაციური ეფექტების წარმოქმნას. რადგან ღრმა ევტექტიკურ გამხსნელებს იონური სითხეების მსგავსი ფიზიკური თვისებები აქვთ, მათი გამოყენება ულტრაბგერით დამუშავებასთან ერთად მიზანშეწონილია. ღრმა ევტექტიკური გამხსნელებისა (DES) და ულტრაბგერითი დამუშავების ერთობლივი მოქმედება მნიშვნელოვნად ამცირებს დილს-ალდერის რეაქციის ენერგეტიკულ მოთხოვნას. შეინიშნება რეაქციის დროის მნიშვნელოვანი შემცირება 24 h-დან 70 min-მდე, ძალიან კარგი გამოსავლიანობის შენარჩუნებით. პროცესის ეფექტურობის თვალსაზრისით, ეს ნიშნავს, რომ ღრმა ევტექტიკური გამხსნელებისა (DES) და ულტრაბგერითი დამუშავების ერთობლივი გამოყენება საშუალებას გვაძლევს დავამუშავოთ 10-ჯერ მეტი მასალა, ვიდრე ულტრაბგერის გარეშე. (Marullo et al., 2020)

ულტრაბგერითი დილს-ალდერის რეაქცია ოქსაბიციკლური ალკენებისთვის

Wei-მ და კოლეგებმა (2004) აჩვენეს, რომ ჩანაცვლებული ფურანების ულტრაბგერით ხელშეწყობილი დილს–ალდერის რეაქცია რეაქტიულ დიენოფილებთან, როგორიცაა დიმეთილ აცეტილენდიკარბოქსილატი (DMAD) და დიმეთილ მალეატი, იძლევა ფუნქციონალიზებულ ოქსაბიციკლურ ალკენებს კარგი გამოსავლიანობით. 2-ვინილური ფურანების DMAD-თან ულტრაბგერით ხელშეწყობილმა რეგიოსპეციფიკურმა ფურანულმა დილს-ალდერის ციკლომიერთების რეაქციამ მოგვცა ფუნქციონალიზებული ოქსაბიციკლური ალკენები კარგი გამოსავლიანობით.

სონოქიმიურად გაუმჯობესებული ციკლომიერთების რეაქციები

Bravo-მ და კოლეგებმა (2006) აღწერეს სონოქიმიური ციკლომიერთების რეაქციების სერია ციკლოპენტადიენის ან 1,3-ციკლოჰექსადიენის მონაწილეობით კარბონილურ დიენოფილებთან, სარეაქციო გარემოდ იმიდაზოლიუმზე დაფუძნებული იონური სითხის გამოყენებით. მათ აჩვენეს, რომ ულტრაბგერითი დამუშავება ეფექტურად აუმჯობესებს ამ ციკლომიერთების რეაქციებს, რაც იწვევს უფრო მაღალ გამოსავლიანობას და/ან რეაქციის დროის შემცირებას ულტრაბგერის გარეშე ჩატარებულ შესაბამის რეაქციებთან შედარებით. მაგალითად, მარტივი α,β-უჯერი დიენოფილებისთვის, როგორიცაა მეთილ ვინილ კეტონი ან აკროლეინი, ულტრაბგერითი აქტივაციის ეფექტები აშკარაა. მაგალითად, მეთილ ვინილ კეტონი იძლევა 89% გამოსავლიანობას 1 h-ის განმავლობაში მსუბუქი ულტრაბგერითი დამუშავების პირობებში, ხოლო ულტრაბგერის გარეშე ჩატარებულმა რეაქციამ მხოლოდ 52% მოგვცა იმავე დროში.

ულტრაბგერითი აპარატები ნებისმიერი ზომის სონოქიმიურად ხელშეწყობილი დილს-ალდერის რეაქციებისთვის

Hielscher Ultrasonics აპროექტებს, აწარმოებს და ავრცელებს მაღალი წარმადობის ზონდური ტიპის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს და სონოქიმიურ აპარატურას ქიმიურ სისტემებში ინტეგრაციისთვის, როგორიცაა სინთეზისა და კატალიზის რეაქციები. Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები მსოფლიო მასშტაბით გამოიყენება, როგორც საიმედო ინსტრუმენტი ქიმიური რეაქციების ხელშეწყობის, გაძლიერების, დაჩქარებისა და გაუმჯობესებისთვის.
Hielscher Ultrasonics-ის ულტრაბგერითი პროცესორები ხელმისაწვდომია ნებისმიერი ზომის, მცირე ლაბორატორიული მოწყობილობებიდან დიდ სამრეწველო პროცესორებამდე, პერიოდული და ნაკადური ქიმიური პროცესებისთვის. ულტრაბგერითი ამპლიტუდის – სონოქიმიური გამოყენებებისთვის ყველაზე მნიშვნელოვანი პარამეტრის – ზუსტი რეგულირება საშუალებას იძლევა, Hielscher-ის ულტრაბგერითმა აპარატებმა იმუშაონ დაბალიდან ძალიან მაღალ ამპლიტუდებამდე და ამპლიტუდა ზუსტად მოერგოს კონკრეტული ქიმიური რეაქციის სისტემისთვის საჭირო ულტრაბგერითი პროცესის პირობებს.
Hielscher-ის ულტრაბგერითი გენერატორები ფლობენ სმარტ პროგრამულ უზრუნველყოფას ავტომატური მონაცემთა პროტოკოლირებით. ყველა მნიშვნელოვანი დამუშავების პარამეტრი, როგორიცაა ულტრაბგერითი ენერგია, ტემპერატურა, წნევა და დრო, ავტომატურად ინახება ჩაშენებულ SD-ბარათზე მოწყობილობის ჩართვისთანავე.
პროცესის მონიტორინგი და მონაცემთა ჩაწერა მნიშვნელოვანია უწყვეტი პროცესის სტანდარტიზაციისა და პროდუქტის ხარისხისთვის. ავტომატურად ჩაწერილ პროცესის მონაცემებზე წვდომით, შეგიძლიათ გადახედოთ წინა ულტრაბგერითი დამუშავების ციკლებს და შეაფასოთ შედეგი.
მომხმარებლისთვის მოსახერხებელი კიდევ ერთი ფუნქციაა ჩვენი ციფრული ულტრაბგერითი სისტემების ბრაუზერული დისტანციური მართვა. ბრაუზერის მეშვეობით შეგიძლიათ ნებისმიერი ადგილიდან დისტანციურად ჩართოთ, შეაჩეროთ, დაარეგულიროთ და მონიტორინგი გაუწიოთ თქვენს ულტრაბგერით პროცესორს.
დაგვიკავშირდით ახლავე, რომ მეტი გაიგოთ იმის შესახებ, თუ როგორ შეიძლება ჩვენმა მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითმა ჰომოგენიზატორებმა გააუმჯობესონ თქვენი ორგანული სინთეზის რეაქცია, როგორიცაა დილს-ალდერის რეაქციები, მანიხის რეაქციები ან მიქაელის შეერთება და მრავალი სხვა!

ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების მიახლოებითი დამუშავების სიმძლავრის შესახებ: