Hielscher ультрадыбыстық технологиясы

Ультрадыбыстық түрде индуцирленген және кеңейтілген фаза тасымалдау катализі

Жоғары қуатты ультрадыбыстық әртүрлі химиялық реакцияларға қосқан үлесі үшін жақсы танымал. Бұл деп аталады соңғы химия. Гетерогенді реакциялар - әсіресе фазалық трансферлік реакциялар - бұл қуатты ультрадыбысты қолдану үшін өте әлеуетті қолдану өрістері. Реагенттерге қолданылатын механикалық және соңғыохимиялық энергияның арқасында реакциялар басталуы мүмкін, реакция жылдамдығы едәуір жақсартылуы мүмкін, сондай-ақ жоғары конверсия жылдамдығы, жоғары өнімділік және жақсы өнімдер болуы мүмкін. Ультрадыбысты сызықтық масштабталуы және сенімді ультрадыбыстық қол жетімділігі Индустриялық бұл техниканы химиялық өндіріс үшін қызықты шешім жасайды.
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Ультрадыбыстық Glass Flow Cell

фазалық тасымалдау катализі

Фазалық тасымалдау катализі (PTC) - гетерогенді катализдің ерекше түрі және органикалық синтездеудің практикалық әдістемесі ретінде белгілі. Фазалық тасымалдау катализаторын қолданып, су фазасында еритін, бірақ органикалық фазадағы ерімейтін реагенттерді ерітуге болады. Бұл дегеніміз, РТС - реагенттің түрлі фазаларында орналасқан екі зат арасындағы өзара әрекеттесу реагенттердің бірігу қабілетсіздігіне байланысты ингибирленген реакциядағы гетерогенділік проблемасын еңсерудің баламалы шешімі. (Esen et al., 2010) Фазалық тасымалдау катализінің негізгі артықшылықтары дайындыққа, қарапайым эксперименталды процедураларға, жұмсақ реакция жағдайына, жоғары реакция жылдамдығына, жоғары селективтілігіне және кварцтік аммоний сияқты арзан және экологиялық таза реагенттерді пайдалануда аз күш болып табылады тұздар мен еріткіштерді, сондай-ақ кең ауқымды препараттарды өткізу мүмкіндігі (Ooi және т.б., 2007).
Сұйық-сұйық және сұйық-қатты реакциялардың әртүрлілігі сулы фазадан судың ерітіндісіне дейін жетуге мүмкіндік беретін сығындылар, полиэтиленгликоль-400 және т.б. сияқты қарапайым фазалық-трансферт (ПТ) органикалық фаза. Осылайша, су фазасындағы органикалық реагенттердің өте ерігіштікке байланысты проблемаларды еңсеруге болады. Пестицидте және фармацевтикалық салаларда PTC кеңінен қолданылады және бизнес негіздерін өзгертті. (Sharma 2002)

Қуатты ультрадыбыстық зерттеу

Қуатты ультрадыбысты қолдану - өте жақсы айыппұл салудың танымал құралы эмульсиялар. Химияда химиялық реакцияларды жақсарту үшін осындай өте көлемді эмульсиялар қолданылады. Бұл дегеніміз, екі немесе одан да көп араласпайтын сұйықтықтардың аралық байланыс алаңы айтарлықтай кеңейтіліп, реакцияның жақсы, толық және / немесе жылдам жүруін қамтамасыз етеді.
Фазаны ауыстыру катализі үшін – басқа химиялық реакциялар сияқты - реакцияны бастау үшін жеткілікті кинетикалық энергия қажет.
Бұл химиялық реакцияға қатысты әртүрлі жағымды әсерлерге ие:

  • Әдетте, кинетикалық қуатының төмен болуына байланысты болмайтын химиялық реакция ultrasonication арқылы басталуы мүмкін.
  • Химиялық реакциялар ультрадыбыстық көмекші PTC арқылы жеделдетілуі мүмкін.
  • Фазалық ауыспалы катализатордың толық болмауы.
  • Шикізат тиімдірек пайдаланылуы мүмкін.
  • Қосарлы өнімдер азайтылуы мүмкін.
  • Қымбат емес зиянды күшті негізді қымбат емес бейорганикалық базамен алмастыру.

Осы әсерлерге байланысты PTC - екі және одан да көп араласпайтын реагенттердің органикалық синтезі үшін баға жетпес химиялық әдіснама: фазалық тасымалдау катализі (РТС) химиялық процесстердің шикізатын тиімдірек және тиімдірек өндіруге мүмкіндік береді. Химиялық реакцияларды ПТС-мен жақсарту химиялық өндірістің маңызды құралы болып табылады, ол ультрадыбысты күрделі пайдалану арқылы жетілдіріледі.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Кавитация сұйықтық

Ультрадыбыстық деңгейде көтерілген ПТС реакцияларына арналған мысалдар

  • Ultrasonication under PEG-400 көмегімен жаңа N '- (4,6-дисбирленген-пиримидин-2 -ил) -N- (5-арил-2-фуроил) тиоуралық туындыларын синтездеу. (Кен және т.б., 2005)
  • Иондық сұйықтықта PTC арқылы мантел қышқылының ультрадыбыстық көмекші синтезі қоршаған ортаның жағдайында реакция өнімділігінің айтарлықтай жақсаруын көрсетеді. (Hua және т.б., 2011)
  • Kubo және т.б. (2008) еріткішсіз ортада фенилацетонитрилдің ультрадыбыстық көмекті C-алкилдеуін баяндайды. Ультрадыбысты реакцияны ынталандыру әсері екі сұйық фаза арасындағы өте үлкен аралық аймаққа жатқызылды. Ультрадыбыспен механикалық араластырудан әлдеқайда жылдам реакция жылдамдығы.
  • Дихлорцарбинді генерациялау үшін көміртегі тетрахлоридін магниймен реакция кезінде ұлғаюы олефиндердің қатысуымен гем-дихлорциклопропанды жоғары өнімділікке әкеледі. (Lin және т.б., 2003)
  • Ультрадыбыспен Cannizzaro реакциясының жеделдігін қамтамасыз етеді Рфазаны тасымалдау шарттарында хлорбензальдегидтер. Үш фазалық беру катализаторларынан – бензолтриэтиламмоний хлориді (TEBA), Aliquat және 18-таджик-6 -, олар Polaccka et al. (1996) TEBA ең тиімді деп танылды. Ferrocenecarbaldehyde және Р-dimethylaminobenzaldehyde осыған ұқсас жағдайларда 1,5-диарил-1,4-пентадиен-3-өнімдерді негізгі өнім ретінде берді.
  • Лин-Сяо және т.б. (1987) көрсеткендей, ultrasonication және PTC комбинациясы хлороформтан дихлорокарбензиннің пайда болуын тиімдірек етеді, ол жақсы нәтиже береді және катализатордың азырақ саны бар.
  • Янг және т.б. (2012) 4,4'-бис (трибутиламмониометил) -1,1'-дифенил дихлориді (QC1) арқылы жасыл, ультрадыбыстық-синтез бензил 4-гидроксибензоат зерттеді2) катализатор ретінде. QCl пайдалану арқылы2, олар жаңа қос фазалық-тасымалдау катализін әзірледі. Бұл қатты-сұйық фазалық ауыспалы катализ (SLPTC) ultrasonication арқылы пакеттік процесс ретінде жүзеге асырылды. Қарқынды Ультрадыбыспен Q (Ph (OH) COO) 45,2% Q2 + қосылған 33%2 органикалық фазаға бензил бромидімен реакцияға көшті, демек, жалпы реакция жылдамдығы күшейтілді. Бұл жақсартылған реакция жылдамдығы 0,106 мин алынған-1 ультрадыбыстық сәулеленудің 300 Вт-қа дейін, ал Ультрадыбыспен 0,05663 мин-1 байқалды. Осылайша, фазалық ауысу катализіндегі ультрадыбыстық қосарлы фазалық-тасымал катализаторының синергетикалық әсері көрсетілді.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

1-сурет: UP200Ht 200 Вт қуатты ультрадыбыстық гомогенизатор

Асимметриялық Фазалық Тасымалдау Реакцияларын Ультрадыбыстық Жақсарту

А-аминқышқылдарының асимметриялық синтезі және олардың туындылары үшін Маруока және Оуи (2007) асимметриялық синтезін жасау мақсатында «N-spiro chiral quaternary аммоний тұздарының реактивтілігін күшейте алады және олардың құрылымдары жеңілдетілген бе?» Зерттелді. Ультрадыбыстық сәуле шығарғаннан бері гомогенизация, яғни өте жақсы эмульсияларол сұйық-сұйық фазалық-трансферлік реакцияларда айтарлықтай жылдамдықты жеделдете алатын реакцияның пайда болуы мүмкін аралық аймақты айтарлықтай арттырады. Реакциялық қоспаның 2, метил йодидінің және (S, S) -наптил қосылысының (1 моль%) толуолада / 50% су қышқылындағы KOH-дің 0 сағ кезінде 1 сағат бойы Ультрадыбыспен 63% 88% ee шығыны; химиялық кірістілік және энантиоселективтілік 8 сағат бойы (0 ° C, 64%, 90% ee) қарапайым араластырумен жүргізілген реакцияға ұқсас болды »(Maruoka et al 2007, 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

1-схема: Ultrasonication α-аминқышқылдарының асимметриялық синтезі кезінде реакция жылдамдығын арттырады [Maruoka et al. 2007]

Асимметриялық катализдің басқа реакция түрі Майкл реакциясы. Михаэль диэтилдің қосылуы n- ацетил-аминомалонатты кальцонға ultrasonication әсерін тигізеді, бұл нәтиже 12% жоғарылайды (дыбыссыз реакция кезінде алынған 72% -дан ультрадыбыстықпен 82% дейін). Ультрадыбыспен ультрадыбыспен реакцияға қарағанда реакция уақыты алты есе жылдамырақ. Ээнтиомериялық артық (ee) өзгерген жоқ және реакциялар үшін - УДЗ бар және жоқ - 40% ee. (Мирза-Агаян және т.б., 1995)
Li және соавт. (2003) KF / негізгі алюминиймен катализаторлар донорлар ретінде диэтиларалонат, нитрометан, циклогексанон, этилацетоацетат және ацетилацетон тәрізді әртүрлі белсенді метилен қосылыстары бар реакциялардың Майкл реакциясы ультрадыбыстық зерттеу кезінде қысқа мерзім ішінде жоғары өнімділікке әкеледі сәулелену. Басқа зерттеуде, Li et al. (2002 ж.) KF-Al-ға катализделген шелкоздардың ультрадыбыстық көмегімен синтезін көрсетті2The3.
Жоғарыда көрсетілген РТС реакциялары ультрадыбыстық сәулеленудің әлеуеті мен мүмкіндіктерінің кішкене ауқымын ғана көрсетеді.
ҰБТ-да мүмкін жақсартулар туралы УДЗ тестілеу және бағалау өте қарапайым. Hielscher's сияқты ультрадыбыстық зертханалық құрылғылар Uf200 ः T (200 ватт) және Hielscher's сияқты стендтік жүйелер UIP1000hd (1000 ватт) бірінші сынақтарға мүмкіндік береді. (1 және 2 суреттерді қараңыз)
Ультрадыбыстық жақсартылған асимметриялық Майкл қосымша (үлкейту үшін басыңыз!)

2-схема: ультрадыбыстық көмегімен асимметриялы Майкл қосымша хальконға диэтил N-ацетил-аминомалонатты қосу [Török et al. 2001]

Химия нарығында бәсекеге қабілетті тиімді өндіріс

Ультрадыбыстық фазалық тасымалдау катализін қолдану арқылы сіз бір немесе бірнеше пайдалы артықшылықтардан пайда табасыз:

  • реакцияларды инициализациялау мүмкін емес
  • кірістілікті арттыру
  • қымбат, сусыз, аппроксикалық еріткіштерді кесіп тастаңыз
  • реакция уақытын азайту
  • төмен реакция температурасы
  • жеңілдетілген дайындық
  • сілтілі металдардың алкоксидтерінің, натрий амидінің, натрий гидридінің немесе металл натрийінің орнына су сілтілі металды қолдану
  • арзан шикізатты, әсіресе, оксиданттарды пайдалану
  • селективтіліктің ауысуы
  • өнімнің коэффициенттерін өзгерту (мысалы, O- / C-алкилация)
  • жеңілдетілген оқшаулау және тазарту
  • жанама реакцияларды басу арқылы кірістілікті арттыру
  • өте жоғары өткізу қабілеті бар болса да, өнеркәсіптік өндіріс деңгейіне қарапайым, сызықтық масштабтау
UIP1000hd Bench-Top ультрадыбыстық гомогенизаторы

1000 Вт ультрадыбыстық процессормен, ағымдық ұяшықпен, бакпен және сорғымен орнату

Химиядағы ультрадыбыстық әсерлерді қарапайым және тәуекелсіз сынау

Ультрадыбыстық зерттеудің нақты материалдар мен реакцияларға қалай әсер ететінін көру үшін алғашқы техникалық-экономикалық негіздемені шағын көлемде жүргізуге болады. 50-ден 400 ватт диапазонында қолмен немесе орнықтырылған зертханалық құрылғылар шағын және орташа өлшемді үлгілерді ультрадыбыспен беруге мүмкіндік береді. Алғашқы нәтижелер әлеуетті жетістіктерді көрсеткен жағдайда, үдеріс өнеркəсіптік ультрадыбыстық процессормен үстелдің үстінде дамыған жəне оңтайландырылуы мүмкін, мысалы: UIP1000hd (1000Вт, 20кГц). Hielscher's ультрадыбыстық стендтік жүйелер бар 500 ватт дейін 2000 ж ват - R үшін өте қолайлы құрылғылар&D және оңтайландыру. Бұл ультрадыбыстық жүйелер - бокстер мен кірістірілген Ультрадыбыспен арналған – ең маңызды процесс параметрін толық бақылауды қамтамасыз етіңіз: амплитудасы, қысым, температура, тұтқырлық және концентрация.
Параметрлерді нақты бақылауға мүмкіндік береді дәл қайталануы және сызықтық масштабталуы алынды. Түрлі қондырғыларды тексергеннен кейін, ең жақсы деп табылған конфигурация өндіріс жағдайында үздіксіз (24h / 7d) іске қосу үшін пайдаланылуы мүмкін. Қосымша PC-Control (бағдарламалық интерфейс) жеке сынақтарды жазуды жеңілдетеді. Жанғыш сұйықтықтарды немесе еріткіштерді қауіпті орталарда (ATEX, FM) Ультрадыбыспен UIP1000hd ATEX сертификатталған нұсқасында қол жетімді: UIP1000-EXD.

Химиядағы ультрадыбыстықтан алынған жалпы артықшылықтар:

  • Ультрадыбыспен қолданылса, реакция жеделдетілуі мүмкін немесе күштеу жағдайлары аз болуы мүмкін.
  • Индукциялық кезеңдер көбінесе айтарлықтай төмендейді, өйткені экзотермалар, әдетте, мұндай реакциялармен байланысты.
  • Sonochemical реакциялар көбінесе ультрадыбыспен қоспаларға қажеттіліксіз басталады.
  • Әдетте синтетикалық бағытта талап етілетін қадамдардың саны кейде азайтылуы мүмкін.
  • Кейбір жағдайларда реакция альтернативті жолға бағытталуы мүмкін.

Кері байланыс / қосымша ақпарат алу үшін сұраңыз

Егер қайта өңдеу талаптары туралы бізге әңгімелестік. Біз сіздің жобасы үшін ең қолайлы орнату және өңдеу параметрлері ұсынамыз.





Біздің ескеріңіз құпиялылық саясаты.


Әдебиеттер / әдебиеттер

  1. Есен, Ількер және басқалар. (2010): ультрадыбыстық әсердің астында судағы хош иісті альдегидтердің конденсация реакцияларындағы ұзын тізбекті дикациялық фазалық тасымалдау катализаторлары. Корей химиялық қоғамының бюллетені 31/8, 2010; с. 2289-2292.
  2. Хуа, Q. және т.б. (2011): Ионды сұйықтықта фазалық ауыспалы катализ арқылы мантел қышқылының ультрадыбыстық-ілеспе синтезі. В: Ультрадыбыспен Sonochemistry Vol. 2011ж. 1035-1037 ж.
  3. Ли, Дж.- Т. т.б. (2003): Ультрадыбыстық сәуле астында KF / негізгі алюминий катализдік Майкл реакциясы. Ультрадыбыспен ультрадыбыстық зерттеу: Sonochemistry 10, 2003. pp. 115-118.
  4. Лин, Хайка және т.б. (2003): Ультрадыбыстық сәулеленуді қолдану арқылы көміртегі тетрахлоридінің және магнийдің реакциясынан Дихлорокарбенді генерациялаудың фасилиталық процедурасы. В: Молекулалар 8, 2003; 608 -613 бет.
  5. Лин-Сяо, Ху және т.б. (1987): ультрадыбыстық сәулелену және фазалық ауыспалы катализ арқылы дихлорцебеннің пайда болуының жаңа әдісі. В: Acta Chimica Sinica, Vol. 1987 ж., 5/4; 294-298 бет.
  6. Кен, Шао-Йонг және т.б. (2005): N '- (4,6-дисбирленген-пиримидин-2 -ил) -N- (5-арил-2-фуроил) тиоуралық туындыларының ультрадыбыстық сәулелендіруі мен биоактивтілігі бойынша фазалық катализаторлық синтез. Индиядағы Химия журналы. 44Б, 2005; 1957-1960 жж.
  7. Kubo, Masaki және басқалар. (2008): Ультрадыбыстық сәулелену әдісімен фенилацетонитрилдің еріткішсіз C-алкилденуінің кинетикасы. Химиялық инженерия журналы Japan, Vol. 41, 2008; 1031-1036 ж.
  8. Maruoka, Keiji және т.б. (2007 ж.): Асимметриялы фазаға көшіру катализіндегі соңғы жетістіктер. В: Ашық. Хим. Int. Ed., Vol. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; с. 4222-4266.
  9. Мейсон, Тимоти және т.б. (2002 ж.): Қолданбалы токохимия: химия және өңдеуде күшті ультрадыбысты қолдану. Вилей-ВЧ, Вейнхайм, 2002.
  10. Мирза-Агаян, М. және басқалар (1995): Асимметриялық Майкл реакциясының ультрадыбыстық сәулелену әсері. Тетраэдра: ассиметрия 6/11, 1995; 2643-2646 бет.
  11. Polácková, Viera et al. (1996): Фазалық-тасымалдау жағдайында Ультрадыбыстық-ілгерілеуші ​​Канницаро реакциясы. В: Ультрадыбыспен Sonochemistry Vol. 1996 ж., 3/1; 15-17 бет.
  12. Шарма, ММ (2002): Шағын ауқымда реакцияларды жүргізу стратегиясы. Таңдау бойынша инженерия және процестің қарқындылығы. «Таза және қолданбалы химия», том. 74/12, 2002; с. 2265-2269.
  13. Торок, Б. және т.б. (2001): Сонокимиядағы асимметриялық реакциялар. Ультрадыбыспен ультрадыбыстық зерттеу 8, 2001; 191-200 бет.
  14. Wang, Maw-Ling және басқалар. (2007): Ультрадыбыстық көмегімен 1,7-оттадиен каталитикалық эпоксидталған фазалық-трансфактивті кинетикалық зерттеу. В: Ультрадыбыспен Sonochemistry Vol. 14/1, 2007; 46-54 бет.
  15. Янг, Х.-М .; Чу, В.-М. (2012): Ультрадыбыстық көміртекті фазалық-трансфер катализі: Қатты-сұйықтық жүйесінде романның екі жақты фаза-трансфер катализаторымен алмастырылған бензоаттың жасыл синтезі. Ішінде: 14-бапмың APCChE 2012 химиялық конгресінің конгресінің Азия-Тынық мұхит Конфедерациясы.


Біле Worth фактілері

Ультрадыбыстық тіндердің гомогенизаторлары көбінесе зондтық дыбыс күшейткіші, ультрадыбыстық лизер, ультрадыбыстық диспергатор, ультрадыбыстық тегістеуіш, соно-рипторы, ультрадыбыс құралы, дыбыстық дисмематор, ұяшықтың бұзылуы, ультрадыбыстық диспергатор немесе диспергатор деп аталады. Әртүрлі терминдер Ультрадыбыспен орындауға болатын түрлі қосымшалардан туындайды.