Sonochemesch verbessert Diels-Alder-Reaktiounen

Diels-Alder-Reaktioune gi vill fir chemesch Synthese benotzt, bei deene Bindungen tëscht Kuelestoffatomer musse gebilt ginn. D’Ultraschallbehandlung an hir sonochemesch Effekter si ganz wierksam, fir Diels-Alder-Reaktiounen unzedreiwen an ze fërderen. Si féieren zu méi héije Rendementer an enger däitlech verkierzter Reaktiounszäit a sinn dobäi Deel vun enger ëmweltfrëndlecher grénger Chimie.

Sonochemesch verstäerkt Diels-Alder-Reaktioun fir gréng Chimie

Diels-Alder-Reaktioune si chemesch Reaktiounen, bei deene Bindungen tëscht Kuelestoffatomer gebilt ginn. D’Diels-Alder-Reaktioun gëtt als thermesch erlaabt [4+2]-Cycloadditioun klasséiert [_π4_s + _π2_s]. Well d’ultraschallënnerstëtzt organesch Synthes e gréngen an effiziente Synthesewee ass, deen d’Reaktiounsgeschwindegkeeten, d’Rendementer an d’Selektivitéit vun de Reaktiounen erhéicht, ass d’Ultraschallbehandlung eng einfach an zouverlässeg Technik, déi a Laboratoiren an an der industrieller Produktioun vill benotzt gëtt. Dacks erméiglecht de sonochemesch gefërderte Wee organesch Ëmwandlunge bei Ëmgéigungsbedingungen, déi soss extrem Temperatur- an Drockbedingunge géifen erfuerderen. Dat hëlleft, Energiekäschten ze spueren, a mécht d’chemesch Synthes zu engem méi séchere Verfaren.

Ultraschallënnerstëtzt Diels-Alder-Reaktioun mat déif eutektesche Léisungsmëttelen

Déif eutektesch Léisungsmëttel (DES) si Léisunge vu Lewis- oder Brønsted-Saieren a Basen, déi eng eutektesch Mëschung bilden. Well déif eutektesch Léisungsmëttel net entflammbar sinn, en niddregen Dampdrock an eng niddreg Toxizitéit hunn an dacks aus natierleche Verbindunge bestinn, si si eng méi sécher a méi ëmweltfrëndlech Alternativ zu anere Léisungsmëttelen. Et ass bekannt, datt d’Ultraschallbehandlung an déif eutektesch Léisungsmëttel synergistesch zesummewierken. Dofir gi si souwuel fir chemesch Synthesen ewéi och fir d’Ultraschallextraktioun benotzt. Och bei ultraschallgefërderten Diels-Alder-Reaktiounen ass de Gebrauch vun déif eutektesche Léisungsmëttel vu Virdeel. Zum Beispill gëtt d’Ultraschallbehandlung agesat, fir d’Diels-Alder-Reaktioun mat N-Ethylmaleimid als Dienophil ze fërderen, woubäi d’Aart vum Dien an déif eutektesche Léisungsmëttelen (DES) souwuel bei konventioneller Erwiermung ewéi och bei Ultraschallaktivéierung variéiert gëtt.
D’Ultraschallaktivéierung a Kombinatioun mat déif eutektesche Léisungsmëttelen huet sech als virdeelhaft erwisen, well si gutt Rendementer bei drastesch verkierzte Reaktiounszäiten erméiglecht huet.

Duerch Ultraschall verbessert Diels–Alder-Reaktioun.
Schema no Marullo et al., 2020 ugepasst

Allgemengt Verfare fir d’Diels-Alder-Reaktioun mat DES an Ultraschallbehandlung

Ultraschallgefërdert Diels-Alder-Reaktioune goufen duerchgefouert, andeems d’Ultraschallsond (Sonotrod / Horn) an d’Reaktiounsgefäss agefouert gouf. Bei der Benotzung vun enger Ultraschallsond mat engem Spëtzenduerchmiesser vun 0,5 cm war déi nominell Ausgangsleeschtung 70 W. D’Reaktioune goufe bei 40°C mat Ultraschallbehandlung am Pulsmodus mat Zykle vu 5 sec UN an 20 sec AUS duerchgefouert. Déi duerch Ultraschall intensivéiert Diels-Alder-Reaktioun huet a vill méi kuerzer Zäit gutt Rendementer geliwwert ewéi ënner Bedingungen ouni Ultraschall (70 min fir sonochemesch Reaktiounen a 24 h fir Reaktiounen ouni Ultraschall).
Fir d’Energieeffizienz vun der sonochemesch intensivéierter Diels-Alder-Reaktioun ze bewäerten, gouf den Energieverbrauch vun der Diels-Alder-Reaktioun ouni Ultraschall mat deem vun der ultraschallgefërderter Reaktioun verglach. D’Berechnungen hunn e Verbrauch vu 35.094 kJ/g fir d’Reaktioun ouni Ultraschall a vun 28,4 kJ/g fir d’ultraschallënnerstëtzt Reaktioun erginn (Ultraschallhorn mat enger Ausgangsleeschtung vu 70 W Nettoenergie). Dat entsprécht enger Energieerspuernis vun 99% fir déi sonochemesch ugedriwwen Diels-Alder-Reaktioun. All dës Observatioune weisen däitlech drop hin, datt déi kombinéiert Benotzung vun déif eutektesche Léisungsmëttelen (DES) an Ultraschallbestralung eng effizient an energiespuerend Method fir wichteg Syntheseprozesser wéi d’Diels-Alder-Reaktioun ass. (Marullo et al., 2020)

Den Effekt vu verschiddenen déif eutektesche Léisungsmëttelen a Kombinatioun mat Ultraschallbehandlung

Déi bescht Resultater fir d’ultraschallgefërdert Diels-Alder-Reaktioun goufen erreecht, wann déi déif eutektesch Léisungsmëttel [ChCl]:[Fru] an [TBACl]:[EG] als Léisungsmëttel benotzt ginn. D’Benotzung vun [ChCl]:[Fru] an [TBACl]:[EG] als Léisungsmëttel huet däitlech Verkierzunge vun der Reaktiounszäit souwéi däitlech Verbesserunge vum Rendement erméiglecht (fir [TBACl]:[EG] 73% an 87%, a fir [ChCl]:[Fru] 23 a 75% ënner Bedingungen ouni Ultraschall respektiv ënner sonochemesche Bedingungen).
A verschiddene Fäll, nämlech wann [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly], an [AcChCl]:[EG] als Léisungsmëttel benotzt ginn, sinn d’Rendementer mat deenen ënner Bedingungen ouni Ultraschall vergläichbar, mee d’Geschwindegkeet vum chemesche Prozess gëtt duerch d’Ultraschallbehandlung trotzdeem drastesch erhéicht.
D’Ultraschallbehandlung funktionéiert ganz gutt mat viskose Léisungsmëttel mat niddregem Dampdrock, wéi ionesche Flëssegkeeten (ILs), well dës Bedingungen d’Entstoe vu méi intensive Kavitatiounseffekter erliichteren. Well déif eutektesch Léisungsmëttel änlech physikalesch Eegenschaften ewéi ionesch Flëssegkeeten hunn, eegne si sech fir d’Benotzung a Kombinatioun mat Ultraschallbehandlung. D’Zesummewierke vun déif eutektesche Léisungsmëttelen (DES) an Ultraschallbehandlung reduzéiert den Energiebedarf vun der Diels-Alder-Reaktioun däitlech. Däitlech Verkierzunge vun der Reaktiounszäit vu 24 h op 70 min kënne festgestallt ginn, woubäi ganz gutt Rendementer erreecht ginn. Wat d’Prozesseffizienz ugeet, bedeit dat, datt déi kombinéiert Benotzung vun déif eutektesche Léisungsmëttelen (DES) an Ultraschallbehandlung et erlaabt, eng 10-mol méi grouss Materialquantitéit ze verschaffen ewéi ënner Bedingungen ouni Ultraschall. (Marullo et al., 2020)

Ultraschallënnerstëtzt Diels-Alder-Reaktioun vun oxabicycleschen Alkenen

Wei a seng Mataarbechter (2004) hu gewisen, datt déi duerch Ultraschall gefërdert Diels–Alder-Reaktioun vu substituéierte Furane mat reaktiven Dienophile wéi Dimethylacetylendicarboxylat (DMAD) an Dimethylmaleat funktionaliséiert oxabicyclesch Alkene mat gudde Rendementer geliwwert huet. Déi ultraschallgefërdert regiospezifesch Furano-Diels-Alder-Cycloadditioun vun 2-vinylesche Furane mat DMAD huet funktionaliséiert oxabicyclesch Alkene mat guddem Rendement geliwwert.

Sonochemesch verbessert Cycloadditiounsreaktiounen

Bravo a seng Mataarbechter (2006) hunn eng Serie vu sonochemesche Cycloadditioune beschriwwen, bei deenen entweder Cyclopentadien oder 1,3-Cyclohexadien mat Carbonyl-Dienophilen an enger ionescher Flëssegkeet op Imidazoliumbasis als Reaktiounsmedium reagéiert. Si hu gewisen, datt d’Ultraschallbehandlung dës Cycloadditiounsreaktioune wierksam verbessert an am Verglach mat den entspriechende Reaktiounen ouni Ultraschall zu méi héije Rendementer an/oder verkierzte Reaktiounszäite féiert. Bei einfachen α,β-ongesiedegten Dienophile wéi Methylvinylketon oder Acrolein sinn d’Effekter vun der Ultraschallaktivéierung zum Beispill däitlech ze erkennen. Sou liwwert Methylvinylketon bannent 1 h mat douce Ultraschallbehandlung e Rendement vun 89%, wärend d’Reaktioun ouni Ultraschall an där selwechter Reaktiounszäit nëmmen 52% geliwwert huet.

Ultraschallapparater an all Gréisst fir sonochemesch gefërdert Diels-Alder-Reaktiounen

Hielscher Ultrasonics entwéckelt, produzéiert a verkeeft héichleeschtungsfäeg Ultraschallhomogenisateure mat Sond a sonochemesch Ausrüstung fir d’Integratioun a chemesch Systemer wéi Synthes- a Katalysereaktiounen. Hielscher-Ultraschallapparater gi weltwäit als zouverlässegt Instrument benotzt, fir chemesch Reaktiounen ze fërderen, ze intensivéieren, ze beschleunegen an ze verbesseren.
D’Ultraschallprozessoren vun Hielscher Ultrasonics sinn an all Gréisst verfügbar, vu klenge Laborapparater bis zu groussen industrielle Prozessore fir Uwendungen an der Chargen- an Duerchflosschimie. Déi präzis Astellung vun der Ultraschallamplitud – dem wichtegste Parameter fir sonochemesch Uwendungen – erlaabt et, Hielscher-Ultraschallapparater mat niddrege bis ganz héijen Amplituden ze bedreiwen an d’Amplitud genee op déi néideg Ultraschallprozessbedingunge vum jeeweilege chemesche Reaktiounssystem ofzestëmmen.
D’Ultraschallgeneratore vun Hielscher hunn eng intelligent Software mat automatescher Dateprotokolléierung. All wichteg Veraarbechtungsparameter wéi Ultraschallenergie, Temperatur, Drock an Zäit ginn automatesch op enger agebauter SD-Kaart gespäichert, soubal den Apparat ageschalt gëtt.
D’Prozessiwwerwaachung an d’Datenopzeechnung si wichteg fir eng kontinuéierlech Prozessstandardiséierung an d’Produktqualitéit. Duerch den Zougrëff op déi automatesch opgezeechent Prozessdate kënnt Dir viregt Ultraschallbehandlungen nokucken an d’Resultat bewäerten.
Eng weider benotzerfrëndlech Funktioun ass d’Fernsteierung vun eisen digitalen Ultraschallsystemer iwwer de Browser. Mat der Fernsteierung iwwer de Browser kënnt Dir Ären Ultraschallprozessor vun iwwerall aus starten, stoppen, astellen an iwwerwaachen.
Kontaktéiert eis elo, fir méi doriwwer ze gewuer ze ginn, wéi eis héichleeschtungsfäeg Ultraschallhomogenisateuren Är organesch Synthesereaktioune wéi Diels-Alder-Reaktiounen, Mannich-Reaktiounen oder Michael-Additiounen a vill anerer verbessere kënnen!

Déi follgend Tabell gëtt Iech eng Iddi vun der ongeféierer Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater: