Sonoķīmiski uzlabotas Diels-Alkšņa reakcijas

Diels-Alkšņa reakcijas tiek plaši izmantotas ķīmiskajām sintēzēm, kur jāveido atomu oglekļa-oglekļa saites. Ultrasonication un tā sonochemical efekti ir ļoti efektīvi, vadot un veicinot Diels-Alder reakcijas, kā rezultātā rodas augstāka raža, ievērojami samazināts reakcijas laiks un tajā pašā laikā tā ir daļa no videi draudzīgas zaļās ķīmijas.

Sonoķīmiski uzlabota Diels-Alkšņa reakcija zaļajai ķīmijai

Diels-Alkšņa reakcijas ir ķīmiskas reakcijas, kurās veidojas saites starp oglekļa atomiem. Diels-Alkšņa reakcija tiek klasificēta kā termiski atļauta [4+2] ciklopievienošana [_π4_s + _π2_s]. Tā kā ultraskaņas organiskā sintēze ir zaļš un efektīvs sintētiskais ceļš, kas uzlabo reakcijas ātrumu, ražu un reakciju selektivitāti, ultraskaņas apstrāde ir vienkārša un uzticama metode, ko plaši izmanto laboratorijās un rūpnieciskajā ražošanā. Bieži vien sonoķīmiski reklamētais maršruts atvieglo organisko transformāciju apkārtējās vides apstākļos, kas citādi prasa krasus temperatūras un spiediena apstākļus, kas palīdz ietaupīt enerģijas izmaksas un pārvērš ķīmisko sintēzi par taupīgāku procedūru.

Ultraskaņas Diels-Alkšņa reakcija, izmantojot dziļus eutektiskus šķīdinātājus

Dziļie eutektiskie šķīdinātāji (DES) ir Lewis vai Brønsted skābju un bāzu šķīdumi, kas veido eutektisku maisījumu. Tā kā dziļie eutektiskie šķīdinātāji ir neuzliesmojoši, tiem ir zems tvaika spiediens un toksicitāte un tie bieži ir izgatavoti no dabīgiem savienojumiem, tie ir taupīt, videi draudzīgāka šķīdinātāju alternatīva. Ir zināms, ka ultrasonication un dziļi eutektiskie šķīdinātāji darbojas sinerģiski kopā, un tāpēc tos izmanto ķīmiskai sintēzei, kā arī ultraskaņas ekstrakcijai. Dziļu eutektisko šķīdinātāju izmantošana ir izdevīga arī ultrasoniski veicinātās Diels-Alder reakcijās. Piemēram, ultraskaņas apstrāde tiek izmantota, lai veicinātu Diels-Alder reakciju, izmantojot N-etilmaleimīdu kā dienofilu, mainot diēna raksturu dziļos eutektiskos šķīdinātājos (DES) gan parastajā sildīšanā, gan ultraskaņas aktivācijā.
Ultraskaņas aktivācijas izmantošana kombinācijā ar dziļiem eutektiskiem šķīdinātājiem izrādījās izdevīga, nodrošinot labu ražu krasi samazinātos reakcijas laikos.

Ultrasoniski uzlabota Diels−Alkšņa reakcija.
shēma adaptēta no Marullo et al., 2020

Vispārēja procedūra diels-alkšņa reakcijai, izmantojot DES un ultraskaņu

Ultrasoniski veicinātas Diels-Alder reakcijas tika veiktas, ievietojot ultraskaņas zondi (sonotrode / horn) reakcijas traukā. Izmantojot ultraskaņas zondi ar 0,5 cm diametra galu, nominālā izejas jauda bija 70 W. Reakcijas tika veiktas 40 ° C temperatūrā, izmantojot ultraskaņas impulsu režīmu ar 5 sek ON un 20 sek OFF cikliem. Ultrasoniski pastiprinātā Diels-Alder reakcija deva labu ražu daudz īsākā laikā nekā klusos apstākļos (attiecīgi 70 min un 24 h sonochemical un silent reakcijām).
Lai novērtētu sonoķīmiski pastiprinātās Diels-Alder reakcijas energoefektivitāti, tika salīdzināts enerģijas patēriņš klusajai un ultrasoniski veicinātajai Diels-Alder reakcijai. Aprēķini deva patēriņu attiecīgi 35,094 kJ/g klusajai reakcijai un 28,4 kJ/g ultrasoniski atbalstītai reakcijai (ultraskaņas rags ar izejas jaudu 70 W neto enerģija). Tā rezultātā tiek ietaupīti 99% enerģijas sonoķīmiski vadītajai Diels-Alder reakcijai. Visi šie novērojumi stingri liecina, ka dziļo eutektisko šķīdinātāju (DES) un ultrasonication apstarošanas kombinēta izmantošana ir efektīva un enerģijas taupīšanas metodika svarīgiem sintētiskiem procesiem, piemēram, Diels-Alder reakcijai. (Marullo et al., 2020)

Dažādu dziļu eutektisko šķīdinātāju ietekme kombinācijā ar ultraskaņu

Labākie rezultāti ultrasoniski veicinātai Diels-Alkšņa reakcijai tika sasniegti, kad dziļie eutektiskie šķīdinātāji [ChCl]:[Fru] un [TBACl]:[EG] tiek izmantoti kā šķīdinātāji. Izmantojot [ChCl]:[Fru] un [TBACl]:[EG] kā šķīdinātājus, ievērojami samazinājās reakcijas laiks, kā arī ievērojami uzlabojās iznākums ([TBACl]:[EG] 73% un 87%, un [ChCl]:[Fru] attiecīgi 23 un 75% klusos un sonoķīmiskos apstākļos).
Dažos gadījumos, proti, kad [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly] un [AcChCl]:[EG] tiek izmantoti kā šķīdinātāji, iznākums ir salīdzināms ar to, kas iegūts klusos apstākļos, bet ķīmiskā procesa ātrums joprojām ir krasi uzlabots ar ultraskaņu.
Ultraskaņas apstrāde ļoti labi darbojas ar zemu tvaika spiedienu un viskoziem šķīdinātājiem, piemēram, jonu šķidrumiem (ILs), jo šie apstākļi atvieglo vairāk inetnse kavitācijas efektu rašanos. Tā kā dziļajiem eutektiskajiem šķīdinātājiem piemīt līdzīgas fizikālās īpašības jonu šķidrumiem, tos var piemēroti izmantot kopā ar ultrasonikāciju. Dziļo eutektisko šķīdinātāju (DES) un ultraskaņas apstrādes kombinētā mijiedarbība ievērojami samazina Diels-Alkšņa reakcijas enerģētisko pieprasījumu. Var novērot būtisku reakcijas laika samazinājumu no 24 h līdz 70 min, vienlaikus nodrošinot ļoti labu ražu. Attiecībā uz procesa efektivitāti tas nozīmē, ka dziļo eutektisko šķīdinātāju (DES) un ultrasonication kombinēta izmantošana ļauj apstrādāt materiālu daudzumu 10 reizes lielāks nekā klusos apstākļos. (Marullo et al., 2020)

Oksabiciklisko alkēnu ultraskaņas diels-alksnis reakcija

Wei un kolēģi (2004) parādīja, ka ultrasonication veicināja Diels–Alder reakciju no aizvietotiem furāniem ar reaktīviem dinofiliem, piemēram, dimetilacetilēndikarboksilātu (DMAD) un dimetilmaleātu, kas nodrošināja funkcionalizētus oksabicikliskos alkēnus ar labu ražu. Ultrasoniski veicināta regiospecifisko furano Diels-Alkšņu reakcija 2-vinila furānu ciklopievienošana ar DMAD nodrošināja funkcionālus oksabicikliskos alkēnus labā ražā.

Sonoķīmiski uzlabotas ciklopievienošanas reakcijas

Bravo un kolēģi (2006) aprakstīja virkni sonochemisku ciklopiedevu, kas ietver vai nu ciklopentadiēnu, vai 1,3-cikloheksadiēnu ar karbonildinofiliem jonu šķidrumā uz imidazolija bāzes kā reakcijas vidi. Viņi parādīja, ka ultrasonication efektīvi uzlabo šīs ciklopievienošanas reakcijas, kā rezultātā rodas lielāka raža un / vai samazināts reakcijas laiks, salīdzinot ar atbilstošajām klusajām reakcijām. Piemēram, vienkāršiem α,β- nepiesātinātiem dienofiliem, piemēram, metilvinilketonam vai akroleīnam, ultraskaņas aktivācijas ietekme ir acīmredzama. Piemēram, metilvinilketons rada 89% ražu 1 stundas laikā pēc vieglas ultraskaņas apstrādes, bet klusā reakcija tajā pašā reakcijas laikā nodrošināja tikai 52%.

Ultrasonikatori jebkurā izmērā sonoķīmiski veicinātām Diels-Alkšņa reakcijām

Hielscher Ultrasonics projektē, ražo un izplata augstas veiktspējas ultraskaņas zondes tipa homogenizatorus un sonochemical iekārtas integrācijai ķīmiskās sistēmās, piemēram, sintēzes un katalīzes reakcijās. Hielscher ultrasonikatori tiek izmantoti visā pasaulē kā uzticams instruments, lai veicinātu, pastiprinātu, paātrinātu un uzlabotu ķīmiskās reakcijas.
Hielscher Ultrasonics’ Ultraskaņas procesori ir pieejami jebkurā izmērā, sākot no mazām laboratorijas ierīcēm līdz lieliem rūpnieciskiem procesoriem partijas un plūsmas ķīmijas lietojumiem. Precīza ultraskaņas amplitūdas pielāgošana – Svarīgākais parametrs sonochemical lietojumiem – ļauj darbināt Hielscher ultrasonikatorus ar zemām līdz ļoti augstām amplitūdām un precīzi noregulēt amplitūdu tieši līdz nepieciešamajiem ultraskaņas procesa apstākļiem konkrētajā ķīmiskās reakcijas sistēmā.
Hielscher ultraskaņas ģeneratoram ir gudra programmatūra ar automātisku datu protokolēšanu. Visi svarīgie apstrādes parametri, piemēram, ultraskaņas enerģija, temperatūra, spiediens un laiks, tiek automātiski saglabāti iebūvētajā SD kartē, tiklīdz ierīce ir ieslēgta.
Procesu uzraudzība un datu reģistrēšana ir svarīga nepārtrauktai procesu standartizācijai un produktu kvalitātei. Piekļūstot automātiski ierakstītajiem procesa datiem, varat pārskatīt iepriekšējos ultraskaņas braucienus un novērtēt rezultātu.
Vēl viena lietotājam draudzīga funkcija ir mūsu digitālo ultraskaņas sistēmu pārlūkprogrammas tālvadības pults. Izmantojot attālo pārlūka vadību, jūs varat sākt, apturēt, pielāgot un uzraudzīt ultraskaņas procesoru attālināti no jebkuras vietas.
Sazinieties ar mums tagad, lai uzzinātu vairāk par mūsu augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatori var uzlabot jūsu organisko sintēzes reakciju, piemēram, Diels-Alder reakcijas, Mannich reakcijas vai Michael papildinājums starp daudziem citiem!

Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu: