Hielscher Ultraschall Technologie

Ultraschall induzéiert an erweidert Phase Transferkatalyse

Héichkraaft Ultraschall ass bekannt wéinst hirem Bäitrag zu verschidden chemesch Reaktiounen. Dëst ass de sougenannten Sonochemie. Heterogen Reakteren - a virun allem Phasentransfer Reaktiounen - sinn héich potenziell Applikatiounfelder fir Muecht Ultraschall. Wéinst der mechanescher an sonochemescher Energie, déi op d'Reagentien opgefouert gëtt, kënnen d'Reaktiounen initiéiert ginn, d'Reaktiounsgeschwindigkeit kann erheblech verbessert ginn, souwéi méi héije Conversiounsreschter, méi héich Erzéiungen a bessere Produkter kënnen erreecht ginn. D'linear Skalierbarkeet vum Ultraschall an d'Verfügbarkeit vun zuverlässigen Ultraschall Industrie Equipement maachen dës Technik eng interessant Léisung fir chemesch Produktioun.
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Ultraschall Glas Flow Cell

Phase Transferkatalyse

Phase Transfer Catalysis (PTC) ass eng speziell Form vun heterogener Katalyse an bekannt als praktesch Methodik fir organesch Synthese. Mat enger Phasentransferkatalysator kann et onregelméisseg Ionesch Reaktanten z'erreechen, déi oft an enger wäßrer Phase lues awer unlösbar an enger organescher Phase sinn. Dëst bedeit datt PTC eng alternativ Léisung ass fir d'Heterogenitéit Problem bei der Reaktioun ze iwwerwannen, an där d'Interaktioun tëschent zwee Substanzen an de verschiddene Phasen vun enger Mëschung geheelt wéinst der Inhalatioun vu Reagentë fir zesummen ze kommen. (Esen et al 2010) Allgemeng Virdeeler vun der Phasentransfer-Katalyse sinn déi kleng Efforten fir d'Virbereedung, einfach experimentell Prozeduren, mëllen Reaktiounsbedingungen, héich Reaktiounsraten, héich Selektivitéiten an de Gebrauch vu präiswäert a ëmweltgerecht Reagentien, wéi zB Quaternär Ammonium Salze, e Léisungsmëttel, an d'Méiglechkeet vu grousser Skala Préparatiounen (Ooi et al. 2007) ze maachen.
Verschidde Flëssegkeets- a Flëss-Feststoffreaktiounen ginn intensivéiert a selektiv gemaach andeems se einfacher Phasentransfer (PT) Katalysatoren wéi Quatere, Polyethylenglycol-400, etc. hunn, wat ionesch Substanzen aus wässerer Phase verféieren organesch Phase ass. Sou kann d'Problemer mat extrem gerénger Léisungsitéit vun den organesche Reaktanten an der wässer Phase ass iwwerwonne ginn. Am Pestiziden a pharmazeuteschen Industrien gëtt PTC extensiv genotzt a huet d'Grondiddele vum Geschäft geännert. (Sharma 2002)

Power Ultrasound

D'Applikatioun vum Kraaft Ultraschall ass e bekannte Tool fir extrem fein ze kreéieren Emulsiounen. An der Chemie si sou extrem emweltfeindlech Emulsiounen fir chemesch Reaktiounen ze verbesseren. Dëst bedeit datt de Grenzkontakt tëschend zwee oder méi onméiglechbare Flëssegkeeten dramatesch vergréissert an doduerch e bessere, méi komplette an / oder méi séier Verännerungen.
Fir Phase Transferkatalyse – selwecht wéi fir aner chemesch Reaktiounen - genuch kinetesch Energie brauch fir d'Reaktioun ze starten.
Dëst huet verschidde positiv Auswierkunge wéinst der chemescher Reaktioun:

  • Eng chemesch Reaktioun déi normalerweis net op Grond vun senger gerénger kinetescher Energie opgetratt kann duerch Ultraschall gestart ginn.
  • Chemesch Reaktiounen kënnen duerch Ultraschall-assistéierte PTC beschleunigt ginn.
  • Komplett Vermeidung vu Phasentransfer Katalysator.
  • Raw Materialien kënne méi effizient ginn.
  • By-Produkter kënnen reduzéiert ginn.
  • Ersatz vun deierentwéinende geféierlech staark Basis mat preiswerten anorganesche Basis.

Duerch dës Effekter ass PTC eng wertvolle chemesch Methodik fir organesch Synthese vun zwee a méi mettelbar Reaktanten: D'Phase Transfer Katalyse (PTC) erméiglecht de Rohmaterial vun chemeschen Prozesser méi effizient a méi effizient ze produzéieren. D'Verbesserung vu chemesche Reaktioune vu PTC ass e wichtegt Instrument fir chemesch Produktioun déi duerch Ultraschall dramatesch verbessert kënne ginn.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Kavitation an der Flësseg

Beispiller fir ultraschallgegebierte PTC-Reaktiounen

  • Synthese vun neien N '- (4,6-disubstituierte-Pyrimidin-2-yl) -N- (5-Aryl-2-furoyl) Thiourea-Derivate mat der PEG-400 ënner Ultraschall. (Ken et al. 2005)
  • D'Ultraschall assistéiert Synthese vun Mandelinsäure duerch PTC an Ionesch Flëssegkeets weist eng signifikante Verbesserung an der Reaktioun vu Produkter ënner Emweltbedéngungen. (Hua et al 2011)
  • Kubo et al. (2008) rapport d'Ultraschall assistéierte C-Alkylatioun vun Phenylacetonitril an enger lösemittleschter Ëmfeld. Den Effekt vum Ultraschall fir d'Reaktioun ze promouvéieren ass dem extrem groussen Grenzgebitt tëscht den zwou flëssegt Phasen zougesat ginn. D'Ultraschung bréngt vill méi séier Reaktiounsrang wéi d'mechanesch Mëschung.
  • Sonikitéit während der Reaktioun vum Tetrachlorid vun Tetrachlorid mat Magnesium fir d'Generatioun vu DichloroCarben ergëtt eng méi héich Ausbeutung vum Gem-Dichlorkyclopropan an der Präsenz vu Olefinen. (Lin et al. 2003)
  • Ultrasound ass d'Beschleunigung vun der Cannizzaro Reaktioun vu p-chlorobenzaldehyd ënner Phasendransferbedingungen. Vun dräi Phasentransfer Katalysatoren – Benzyltriethylammoniumchlorid (TEBA), Aliquat an 18-Krouner-6 -, déi vum Polácková et al. (1996) TEBA gouf fonnt als effektiv. Ferrocenecarbaldehyde a p-dimethylaminobenzaldehyd hunn ënnert ähnlechen Bedingungen 1,5-Diaryl-1,4-pentadien-3-als als Haaptprodukt gegeben.
  • Lin-Xiao et al. (1987) hunn ugewisen datt d'Kombinatioun vun Ultraschall a PTC effektiv d'Generatioun vu Dichlorencarben aus Chloroform effektiv fördert mat besseren Ausbeuten a manner Quantitéit vu Katalysator.
  • Yang et al. (2012) déi gréng, ultraschall assistéiert Synthese vun Benzyl-4-Hydroxybenzoesin bei 4,4'-Bis (tributylammoniomethyl) -1,1'-biphenyl-dichlorid (QCl) untersucht2) als Katalysator. Duerch d'Benotzung vum QCL2Si hunn eng nei Dual-Site-Phasentransfer-Katalyse entwéckelt. Dës Solid-Liquidphase-Transfektkatalyse (SLPTC) gouf als Stapelveraarbechtung mat Ultraschall gemaach. Ënnert intensiver Ophänzung hunn 33% vun der addéierter Q2 + 45,2% vu Q (Ph (OH) COO)2 huet an d'organesch Phase transferéiert mat Benzylbromid ze reagéieren, dofir war d'Gesamtreaktiounsquote erhéicht. Dës verbesserte Reaktiounsraten erhéichte 0.106 min-1 ënner 300W vun der Ultraschallbestrahlung, ouni Ouschterung un enger Rate vun 0,0663 min-1 observéiert ginn. Dofir ass de synergistesche Wierk vum Dual-Site-Phase-Transferkatalysator mat Ultraschall an der Phasentransfer-Katalyse bewisen ginn.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

Bild 1: Den UP200Ht ass e 200 wattsmächtege staarken Ultraschallhomogeniséierer

Ultraschall Enhancement vun der Asymmetrescher Phase Transferreaktioun

Mat dem Zil, eng praktesch Method fir d'asymmetresch Synthese vun a-Aminosäuren an hir Derivate mat der Maruoka an Ooi (2007) ze erméiglechen, "ob d'Reaktivitéit vun N-Spiro-chiralen quaternären Ammoniumsalzen verstäerkt ginn an hir Strukture vereinfacht ginn. Well d'Ultraschallbestrahlung produzéiert Homogeniséierung, dat heescht ganz gutt Emulsiounen, et vergréissert d'Grenzflächenhaal, wouvun d'Reaktioun ka kommen, wat e substantiell Beschleunigung vun der Liquiditéit an de Flüssegkeet-Liquidphasen-Transfereaktiounen erreechen kann. D'Zuelung vun der Reaktiounsmischung aus 2, Methyljodid a (S, S) -Naphtyl-Ënnerunitt (1 mol%) an Toluol / 50% wässer KOH bei 0 degC fir 1 Stonn huet zu dem korrespondéierte Alkylierungsprodukt zu 63% mat 88% ee ee; D'chemesch Ausbezuele an d'Enantioselektiv waren verännerbar mat denen aus enger Reaktioun duerch eisen Rührung vun der Mëschung fir 8 Stonnen (0 deg., 64%, 90% ee). "(Maruoka et al., 2007, S. 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

Schema 1: D'Ultraschung vergréissert d'Reaktiounsquote während der asymmetrescher Synthese vun α-Aminosäuren [Maruoka et al. 2007]

Eng aner Reaktiounstyp vun enger asymmetrischer Katalyse ass d'Michael Reaktioun. Den Michael Zousatz vun Dietsyl n-acetyl-aminomalonat zum Chalcon ass positiv beaflosst duerch Ultraschall, wat zu enger Erhéijung vun 12% vun der Ausbezuele (vu 72%, déi während der stëlleger Reaktioun bis zu 82% bei Ultraschall gewonnen gouf). D'Reaktiounsdauer ass sechs méi séier méi séier wéi en Ultraschall verglach mat der Reaktioun ouni Ultraschall. De enantiomereschen Iwwerdeelung (ee) huet net geännert an war fir zwou Reaktiounen - mat an ouni Ultraschall - bei 40% ee. (Mirza-Aghayan et al 1995)
Li et al. (2003) huet bewisen datt d'Michael-Reaktioun vu Chalconen als Akzeptairen mat verschiddene aktive Methylenzellen, wéi Diäthylononat, Nitromethan, Cyclohexanon, Ethylacetoacetat an Acetylaceton als Doneren, déi duerch KF / Basis Aluminiumoxid katalyséiert ginn, zu Addukten a méi Ausbefeieren innerhalb kuerzer Zäit am Ultraschall Bestralung. An enger anerer Etüd, Li et al. (2002) hunn déi erfollegräicher Ultraschall assistéiert Synthese vu Chalconen, déi duerch KF-Al katalyséiert ginn, ze gesinn2O3.
Dës PTC Reaktiounen uewendriwwer weisen nëmmen e klenge Spektrum vu Potenzial a Méiglechkeeten vun der Ultraschallbestralung.
D'Tester an d'Evaluatioun vum Ultraschall iwwer méiglech Erweiderunge bei PTC ass ganz einfach. Ultraschall-Laborgeräte wéi Hielscher UP200Ht (200 Watt) an Bank-Top Systemer wéi Hielscher UIP1000hd (1000 Watt) erméiglecht éischt Verspriechen. (kuckt Bild 1 an 2)
Ultraschall verbessert asymmetresch Michael addéieren (Klickt fir ze vergréisseren)

Schema 2: Ultraschall assistéiert asymmetresch Michael Zousatz vun Dietshyl N-Acetyl-Aminomonalat zu Chalcone [Török et al. 2001]

Effiziente Produktiounscompetéiere am chemeschen Maart

Mat Ultraschall-Phasentransfer-Katalyse kënnt Dir vu engem oder méi verschidde Virdeeler profitéieren:

  • Initialiséierung vu Reaktiounen déi soss net machbar sinn
  • Zuel vu Rendementer
  • zréck geschnidden vun deier, waesserecht, aprotesch Léisungsmëttel
  • Reduktioun vun der Reaktiounszäit
  • nidderegen Reaktiounstemperaturen
  • vereinfacht Präparenz
  • d'Benotze vu wässerleche Alkalimetall anstatt Alkalimetallalkoxiden, Natriumamid, Natriumhydrid oder metallesch Natrium
  • Benotzt méi klengen Rohmaterial, besonnesch Oxidanten
  • Verännerung vun der Selektivitéit
  • Verännerung vu Produktverhältnisser (zB O- / C-Alkylatioun)
  • vereinfacht Isoléierungs- a Purifikatioun
  • Erhéijung vun der Ausbezuele duerch Ënnerdréckungseitlech Reaktiounen
  • einfach a linear Skala bis op d'industriell Produktiounsstrooss, souguer mat ganz héich Duerchbesserung
UIP1000hd Bench-Top Ultraschelen Homogeniséier

Setup mat 1000W Ultraschall-Prozessor, Stroumzelle, Tank a Pompel

Einfach a risikofreier Tester vu Ultraschall Effekte an der Chemie

Fir ze gesinn, wéi Ultraschall spezifesch Materialien a Reaktiounen beaflosst, kann éischt Machbarkeet Tester kënnen kleng sinn. Hand-held oder Stand-mounted Laborgeräte am Répertoire vun 50 bis 400 watts erlaabt d'Ouerrung vu Kleng- a Mëttelproblemer am Becher. Wann déi éischt Resultater de potenziellen Erreeen weisen, kann de Prozess an der Bankchef mat engem industrielle Ultraschall-Prozesser entwéckelt a optiméiert ginn, zB UIP1000hd (1000W, 20kHz). Hielscher Ultraschallbanksystemer mat 500 Watt 2000 Watts sinn ideal Iddien fir R&D an Optimisatioun. Dës Ultraschere Systeme - fir Becher an Inline-sonikatioun entwéckelt – déi ganz Kontroll iwwer den wichtegsten Prozessparameter: Amplitude, Druck, Temperatur, Viskositéit a Konzentratioun.
D'korrekt Kontroll iwwer d'Parameteren erlaabt et exakter Reproduzibility an linear Skalierbarkeet vun den Resultater. Nodeems Dir verschidden Installatiounen testen, kann d'Konfiguratioun déi am Beschten besser bestinn, fir kontinuéierlech (24h / 7d) ënnert Produktiounsbedingungen ze lafen. D'optional PC-Control (Software-Interface) erliichtert och d'Aufgab vun den individuellen Versuch. Fir d'Unerkennung vu entzündlechen Flëssegkeeten oder Léisungsmëttelen a geféierlech Ëmfeld (ATEX, FM) UIP1000hd ass an enger ATEX-zertifizéierter Versioun verfügbar: UIP1000-Exd.

Allgemeng Virdeeler vun Ultraschall in der Chemie:

  • Eng Reaktioun kann beschleunegt ginn oder manner Schleiftverhältnisser kann néideg sinn, wann d'Sonikatioun ugewandt gëtt.
  • Induktiounsperioden ginn oft staark reduzéiert wéi d'Exotherme normalerweis mat sou e puer Reaktiounen ass.
  • Sonochemesch Reaktiounen ginn oft duerch Ultraschall initiéiert ouni de Besoin vun Additiven.
  • D'Zuel vu Schrëtt, déi normalerweis an enger synthetescher Streck gefuerdert ginn, kënnen heiansdo reduzéiert ginn.
  • A verschiddene Situatiounen kann eng Reaktioun op e alternative Wee passéiert ginn.

Kontaktéiert eis / frot bei méi Informatiounen

Diskussioun un eis iwwert Är Veraarbechtung Ufuerderunge. Mir wäerten déi gëeegent charge an Veraarbechtung Parameteren fir Äre Projet recommandéieren.






Literatur / nëmmen

  1. Esen, Ilker et al. (2010): Long Chain Dementësch Phase Transfer Katalysatoren an de Kondenswasserreaktiounen vu aromatesche Aldehyde am Waasser ënner Ultraschall Effekt. Bulletin vun der koreanescher chemescher Gesellschaft 31/8, 2010; pp. 2289-2292.
  2. Hua, Q. et al. (2011): Ultraschallgefor vun der Mandelinsäure duerch Phasentransferkatalyse an enger Ionesch Flüssegkeet. An: Ultraschall Sonochemie Vol. 18/5, 2011; pp. 1035-1037.
  3. Li, J.-T. et al. (2003): D'Michael-Reaktioun vu KF / Basem aluminiumoxid duerch Ultraschallbestrahlung katalyséiert. Ultraschall Sonochemie 10, 2003. S. 115-118.
  4. Lin, Haixa et al. (2003): E Faciléierter Prozedur fir d'Generatioun vu Dichlorencarben aus der Reaktioun vum Kuelentetrachlorid a Magnesium duerch Ultraschallbestrahlung. An: Molekülen 8, 2003; pp. 608 -613.
  5. Lin-Xiao, Xu et al. (1987): Eng Romanpraxis fir d'Generatioun vu Dichlorocebene duerch Ultraschallbestrahlung a Phasentransfer-Katalyse. An: Acta Chimica Sinica, Vol. 5/4, 1987; pp. 294-298.
  6. Ken, Shao-Yong et al. (2005): Phase transferéiert katalyséiert Synthese bei der Ultraschallbestralung an der Bioaktivitéit vun N '- (4,6-disubstituierte-Pyrimidin-2-yl) -N- (5-Aryl-2-furoyl) Thiourea-Derivate. In: Indian Journal of Chemistry Vol. 44B, 2005; pp. 1957-1960.
  7. Kubo, Masaki et al. (2008): Kinetik vun der lösemittelfreier C-Alkyléierung vun Phenylacetonitril iwwer Ultraschall Bestrahlung. Chemesch Engineering Journal Japan, Vol. 41, 2008; pp. 1031-1036.
  8. Maruoka, Keiji et al. (2007): Rezent Advances zu der Asymmetrescher Phase-Transfer Katalyse. An: Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; pp. 4222-4266.
  9. Mason, Timothy et al. (2002): Applikéiert Sonochemie: D'Utilir vun der Kraaft Ultraschall an der Chemie an der Veraarbechtung. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  10. Mirza-Aghayan, M. et al (1995): Ultrasound Bestrahlungseffekt op der asymmetrescher Michaelreaktioun. Tetraeder: Asymmetrie 6/11, 1995; pp. 2643-2646.
  11. Polácková, Viera et al. (1996): Ultrasound-Promotioun Cannizzaro Reaktioun ënnert Phasendransferbedingungen. An: Ultraschall Sonochemie Vol. 3/1, 1996; S. 15-17.
  12. Sharma, MM (2002): Strategien vun der Reaktioun op enger klenger Skala. Selektivitéitstechnik a Prozessverdichtung. An: Pure an Applied Chemistry, Vol. 74/12, 2002; pp. 2265-2269.
  13. Török, B. et al. (2001): Asymmetresch Reaktiounen am Sonochemie. Ultraschall Sonochemie 8, 2001; pp. 191-200.
  14. Wang, Maw-Ling et al. (2007): Ultraschall assistéiert Phasentransfer-katalytesche Epoxidatioun vun 1,7-Octadien - Eng kinetesch Studie. An: Ultraschall Sonochemie Vol. 14/1, 2007; pp. 46-54.
  15. Yang, H.-M .; Chu, W.-M. (2012): Ultrasound-assistéierte Phase-Transfer-Katalyse: Gréng Synthese vun Substituéiertem Benzoat mat enger Dual-Site-Phase-Transfer-Katalysator am Solid-Liquid System. An: Proceeding s of 14th Asia Pacific Konfederatioun vum Chemeschen Ingenieur Kongress APCChE 2012.


Fakten Wësse wat weess

Ultraschallgewënnhomogeniseren ginn oft als Sonde-Sonikater genannt, sonic Lyser, Ultraschall-Verzerrer, Ultraschallschleifer, Sono-Ruptor, Verdënger, Klangentwécker, Zilerstouss, Ultraslon-Disperser oder Dissolver. Déi ënnerschiddlech Begrëffer entstoen vun de verschiddene Programmer déi duerch Opléisung erfëllt ginn kann.