Hielscher ultraskaņas tehnoloģija

Ultrasonically inducēta un uzlabota fāze Transfer Catalysis

Lieljaudas Ultraskaņa ir labi pazīstama ar savu ieguldījumu dažādās ķīmiskās reakcijās. Šis ir tā sauctais Sonokīmija. Heterogēnas reakcijas – un jo īpaši fāzes pārneses reakcijas – ir ļoti potenciālas izmantošanas lauki jaudas ultrasonogrāfijai. Tā kā reaģentiem ir piemērota mehāniskā un sonoķīmiskā enerģija, var tikt izraisītas reakcijas, reakcijas ātrumu var ievērojami uzlabot, kā arī var sasniegt augstāku konversijas līmeni, augstāku ražu un labākus produktus. Ar ultraskaņu lineārā mērogojamība un droša ultraskaņas pieejamība Rūpnieciska tehnika padara šo tehniku par interesantu risinājumu ķīmiskai ražošanai.
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Ultraskaņas stikla plūsmas šūna

fāzes pārneses katalīze

Fāzes Transfer katalīze (PTC) ir īpaša veida heterogēna katalīze un pazīstama kā praktiska metodoloģija organisko sintēzi. Izmantojot fāzes pārneses katalizatoru, kļūst iespējams Šķīdināmās jonu reactants, kas bieži šķīst ūdens fāzē, bet nešķīst organiskā fāzē. Tas nozīmē, ka PTC ir alternatīvs risinājums, lai pārvarētu neviendabīguma problēmu reakcijā, kurā mijiedarbība starp divām vielām, kas atrodas dažādos maisījuma posmos, tiek kavēta, jo reaģenti nespēj sanākot kopā. (ESEN et al. 2010) Vispārīgas priekšrocības fāzes pārneses katalīze ir maz pūles, lai sagatavotu, vienkāršas eksperimentālas procedūras, vieglas reakcijas apstākļi, augstas reakcijas likmes, augstu selektivitāti, un izmantot lētu un videi labdabīgu reaģentu, piemēram, Četraizvietotie amonija sāļi un šķīdinātāji un iespēja veikt plaša mēroga preparātus (Ooi et al. 2007).
Šķidruma un šķidrumu – cieto reakciju ir pastiprināti un selektīvi, izmantojot vienkāršus fāzu pārneses (PT) katalizatorus, piemēram, quats, polietilēnglikols-400 utt., kas pieļauj jonu sugu pārnešanu no ūdens fāzes uz organisko fāzi. . Tādējādi var pārvarēt problēmas, kas saistītas ar ļoti zemu šķīdību organiskās reaktīvās vielas ūdens fāzē. Pesticīdu un farmācijas rūpniecībā PTC plaši izmanto un ir mainījusi uzņēmējdarbības pamatus. (Sharma 2002)

Jaudas ultraskaņa

Piemērošana varas Ultraskaņa ir labi zināms instruments, lai radītu ļoti smalkas emulsijas. Ķīmijā šāda ļoti smalka izmēra emulsijas tiek izmantotas, lai uzlabotu ķīmiskās reakcijas. Tas nozīmē, ka saskares zona starp diviem vai vairākiem nesanesamjamiem šķidrumiem kļūst dramatiski paplašināta un tādējādi nodrošina labāku, pilnīgāku un/vai ātrāku reakcijas gaitu.
Fāzes pārneses katalīze – tas pats, kas citām ķīmiskām reakcijām – lai uzsāktu reakciju, nepieciešama pietiekama kinētiskā enerģija.
Tam ir dažādas pozitīvas sekas attiecībā uz ķīmisko reakciju:

  • Ķīmiskā reakcija, kas parasti nerodas, jo tās zemo kinētisko enerģiju var sākt ar ultrasonication.
  • Ķīmiskās reakcijas var paātrināt ar ultrasonically atbalstīto PTC.
  • Pilnīga izvairīšanās no fāzes pārneses katalizatora.
  • Izejmateriālus var izmantot efektīvāk.
  • Blakusproduktus var samazināt.
  • Izmaksu ietilpīgas bīstamas spēcīgas pamatnes aizstāšana ar lētu neorganisku bāzi.

Ar šiem efektiem PTC ir nenovērtējama ķīmiskā metodoloģija bioloģiskajai sintēzei no diviem un vairākiem nesašifrējošiem reaktīvajām vielām: fāzes pārneses katalīze (PTC) ļauj efektīvāk izmantot ķīmisko procesu izejvielas un ražot rentablāk. Ķīmisko reakciju uzlabošana, ko PTC ir svarīgs instruments ķīmiskai ražošanai, ko var uzlabot, izmantojot ultraskaņas dramatiski.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Kavitācija šķidrā

Piemēri ultraskaņas veicināta PTC reakcijas

  • Jaunu N '-(4,6-disubstituted-pyrimidin-2-il)-N-(5-aryl-2-furoyl) tiourīnviela atvasinājumi, izmantojot PEG-400 saskaņā ar ultrasonication. (Ken et al. 2005)
  • Ultrasoniski Assisted sintēze no mandelskābes ar PTC jonu šķidrumā liecina par ievērojamu uzlabošanu reakcijas ražu saskaņā ar apkārtējās vides apstākļiem. (Hua et al. 2011)
  • Kubo et al. (2008) ziņo ultrasoniski palīdz C-alkilēšanu fenilacetonitrila vidē bez šķīdinātāja. No ultraskaņas, lai veicinātu reakciju efekts tika attiecināts uz ļoti lielu intersejas zonā starp diviem šķidro fāzēm. Ultrasonication rada daudz ātrāku reakcijas ātrumu nekā mehāniska sajaukšana.
  • Ultraskaņu tetrahloroglekļa ar magniju reakcijā, kas paredzēta dihlorkarbene, rezultātā iegūst lielāku ieguvumu no gem-dihlorciklopropāna olefīnu klātbūtnē. (LIN et al. 2003)
  • Ultraskaņa nodrošina paātrinājumu Cannizzaro reakcijas P-hlorbenzaldehīds saskaņā ar fāzu nodošanas nosacījumiem. No trīs fāzes pārneses katalizatoriem – benziltrtilammonija hlorīds (TEBA), Aliquat un 18-Crown-6-, kas testēti ar Polácková et al. (1996) TEBA, tika atzīts par visefektīvāko. Ferrocenecarbaldehīds un P-dimetilaminobenzaldehīda deva, saskaņā ar līdzīgiem nosacījumiem, 1,5-diaril-1,4-pentadien-3-ones par galveno produktu.
  • Lin-Xiao et al. (1987) ir pierādījuši, ka ultrasonication un PTC kombinācija efektīvi veicina dihlorkarbenta ražošanu no hloroforma īsākā laikā ar labāku ražu un mazāku katalizatora daudzumu.
  • Yang et al. (2012) izmeklēja zaļo, ultrasoniski atbalstīto benzil4-hidroksibenzoāta sintēzi, izmantojot 4,4 '-bis (tributylammoniometil)-1,1 '-bifenildihlorīds (QCl2) kā katalizators. Izmantojot QCl2, viņi ir izstrādājuši jaunu divvietu fāzes pārneses katalīzi. Šī cietā šķidruma fāzes pārneses katalīze (SLPTC) ir veikta kā sērijas process ar ultrasonication. Saskaņā ar intensīvu ultraskaņu, 33% no pievienotās Q2 + satur 45,2% no Q (pH (OH) COO)2 ir pārnests uz organisko fāzi, lai reaģētu ar benzilbromīdu, tāpēc tika uzlabots vispārējais reakcijas rādītājs. Šis uzlabotais reakcijas rādītājs tika iegūts 0,106 min-1 zem 300W ultraskaņas apstarošana, kamēr bez ultraskaņas apstrādes likme ir 0,0563 min-1 netika novērota. Līdz ar to tika pierādīta divējāda ietekme, ko var izraisīt fāzes pārneses katalizators ar ultraskaņu fāzes pārneses katalīzi.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

1. attēls: UP200Ht ir 200 vati jaudīgs ultraskaņas homogenizators

Ultraskaņas pastiprināšana asimetriskā fāze Transfer reakcija

Ar mērķi izveidot praktisku metodi a-aminoskābju asimetriskai sintēzei un to atvasinājumi maruoka un Ooi (2007) pētīja "vai varētu uzlabot N-Spiro enantiobagātinātu četraizvietoto amonija sāļu reaktivitāti un to struktūras Vienkāršotā. Tā kā ultraskaņas apstarošana rada homogenizācija, tas ir, ļoti jauki emulsijas, tas ievērojami palielina intersejas platība, pār kuru var notikt reakcija, kas varētu nodrošināt ievērojamu ātrumu paātrinājumu šķidrumā-šķidrums fāze pārneses reakcijas. Protams, reakcijas maisījuma 2, metiljodīda un (s, s)-naphtyl subvienības (1 mol%) ultraskaņas apstrāde toluolā/50% ūdenī KOH pie 0 degC 1 h radīja attiecīgo alkilēšanas produktu 63% apmērā, kas atbilst 88% ee; ķīmiskā raža un enantiokselektivitāte bija salīdzināma ar reakciju, ko veic vienkārša maisījuma maisīšana astoņas stundas (0 degC, 64%, 90% ee). " (Maruoka et al. 2007; p. 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

Shēma 1: ultrasonication uzlabo reakcijas ātrumu asimetrisko aminoskābju sintēzē [Maruoka et al. 2007]

Cita reakcijas veida asimetriska katalīze ir Michael reakcija. Michael pievienojot dietilētera N-acetil-aminomalonātu ar metilhalkons pozitīvi ietekmē ultrasonication, kura rezultātā palielinās 12% no ražas (no 72%, ko iegūst pasīvās reakcijas laikā līdz 82% saskaņā ar ultrasonication). Reakcijas laiks ir sešas reizes ātrāk ar jaudu ultraskaņu, salīdzinot ar reakciju bez ultraskaņu. Enantiomēru pārpalikums (EE) nav mainījies, un bija gan reakcijas-ar un bez ultraskaņu-40% ee. (Mirza-Aghayan et al. 1995)
Li et al. (2003) parādīja, ka Michael reakcija halkonu kā akceptētāji ar dažādiem aktīvā metilēnsavienojumiem, piemēram, dietilmalonāts, nitrometāns, cikloheksanons, etilacetoacetāts un Acetilacetons kā donori katalizē ar KF/Basic alumīnija oksīdu rezultātus ar augstu ražu īsākā laikā saskaņā ar ultraskaņas apstarošana. Citā pētījumā, li et al. (2002) ir izrādījuši veiksmīgu ultrasonically palīdz sintēze halkonu katalizē ar KF-Al2O3.
Šīs iepriekš minētās PTC reakcijas parāda tikai nelielu ultraskaņas apstarošanas potenciāla un iespēju klāstu.
Testēšana un novērtēšana ultraskaņas par iespējamiem uzlabojumiem PTC ir ļoti vienkārši. Ultraskaņas laboratorijas ierīces, piemēram, Hielscher UP200Ht (200 vati) un solu virsējo sistēmu, piemēram, Hielscher UIP1000hd (1000 vati) ļauj veikt pirmos izmēģinājumus. (skatiet 1. un 2. attēlu
Ultraskaņas uzlabota asimetriska Michael Turklāt (noklikšķiniet, lai palielinātu!)

Shēma 2: ultrasoniski palīdz asimetriska Michael pievienojot dietiln-acetil-aminomalonate uz metilhalkons [török et al. 2001]

Efektīva ražošana konkurē ķīmijas tirgū

Izmantojot ultraskaņas fāzes pārneses katalīzi, jūs gūsiet peļņu no vienas vai vairākām noderīgās priekšrocībām:

  • to reakciju inicializācija, kuras citādi nav iespējams
  • palielināt ražu
  • samazināt dārgu, bezūdens, apētiski šķīdinātāji
  • reakcijas laika samazināšana
  • zemākas reakcijas temperatūrās
  • vienkāršota sagatavošana
  • sārmu metālu metāla šķīdumu, nevis sārmu metālu aloksacīnu, nātrija AMĪDA, nātrija hidrīda vai metāliska nātrija
  • lētāku izejvielu, jo īpaši oksidantu, izmantošanu
  • selektivitātes maiņa
  • produktu attiecību maiņa (piem., O-/C-alkilēšana)
  • vienkāršota izolācija un attīrīšana
  • palielināt peļņu, apspiežot blaknes
  • vienkārša, lineāra skala līdz rūpnieciskās ražošanas līmenim, pat ar ļoti augstu caurlaidspēju
UIP1000hd Bench-top ultraskaņas homogenizators

Iestatīšana ar 1000W ultraskaņas procesoru, plūsmas šūnu, tvertni un sūkni

Ultraskaņas efektu vienkārša un bezriska testēšana ķīmijā

Lai redzētu, kā ultraskaņa ietekmē specifiskus materiālus un reakcijas, pirmās iespējamības pārbaudes var veikt nelielā mērogā. Rokā turētās vai piemontētas laboratoriju ierīces diapazonā no 50 līdz 400 vatiem, ļauj ultraskaņas apstrādāt mazo un vidējo izmēru paraugus vārglāzē. Ja pirmie rezultāti liecina par iespējamiem sasniegumiem, procesu var attīstīt un optimizēt stendā, izmantojot rūpniecisko ultraskaņas procesoru, piemēram, UIP1000hd (1000W, 20kHz). Hielscher ultraskaņas solu sistēmas ar 500. vati, lai 2000. vati ir ideāli piemērotas ierīces R&D un optimizāciju. Šīs ultraskaņas sistēmas-paredzētas vārglāzē un inline ultraskaņu – sniedz pilnīgu kontroli pār vissvarīgāko procesa parametru: amplitūda, spiediens, temperatūra, viskozitāte un koncentrācija.
Precīzā kontrole pār parametriem ļauj precīza reproducējamība un lineāra mērogojamība iegūtajiem rezultātiem. Pēc dažādu iestatījumu pārbaudes konfigurāciju, kas ir vislabāk atrodama, var izmantot, lai ražošanas nosacījumos nepārtraukti darbotos (24h/7D). Papildu PC-Control (programmatūras interfeiss) atvieglo arī atsevišķu izmēģinājumu reģistrēšanu. Uzliesmojošu šķidrumu vai šķīdinātāju apstrādei ar ultraskaņu bīstamā vidē (ATEX, FM) UIP1000hd ir pieejams ATEX sertificētā versijā: UIP1000-exd.

Vispārēji ieguvumi no ultrasonication ķīmijā:

  • Ja lieto ultraskaņu, reakcija var būt paātrināta vai mazāk uzspiežot.
  • Bieži vien indukcijas periodi ir būtiski samazināti, tāpat kā ar šādām reakcijām parasti saistītas eksotermiskas zāles.
  • SONOCHEMICAL reakcijas bieži uzsāk ar ultraskaņu, bez nepieciešamības pēc piedevām.
  • Dažreiz var samazināties darbību skaits, kas parasti ir nepieciešams sintētiskā maršrutā.
  • Dažās situācijās reakciju var vērst uz alternatīvu ceļu.

Sazinieties ar mums / lūdzam papildu informāciju

Runājiet ar mums par savām apstrādes prasībām. Mēs iesakām vispiemērotākās uzstādīšanas un apstrādes parametrus savam projektam.





Lūdzu, ņemiet vērā mūsu Privātuma politika.


Literatūra / Literatūras saraksts

  1. ESEN, Ilker et al. (2010): Long ķēdes Dikcijasfāze Transfer katalizatoriem kondensācijas reakcijās aromātisko aldehīdi ūdenī ar ultraskaņas efektu. Biļetens Korejas ķīmiskās sabiedrības 31/8, 2010; 2289-2292. lpp.
  2. Hua, Q. et al. (2011): ultrasonically veicinājuši sintēzi mandelskābes ar fāzes pārneses katalīzi jonu šķidrumā. In: Ultrasonics Sonoķīmija Vol. 18/5, 2011; 1035-1037. lpp.
  3. Li, J.-T. et al. (2003): Michael reakcija katalizē ar KF/Basic alumīnija oksīda ar ultraskaņas apstarošanu. Ultrasonics Sonochemistry 10, 2003. 115-118. lpp.
  4. Lin, Haixa et al. (2003): facile procedūra Dihlorkarbenes ģenerēšanai no oglekļa tetrahloroglekļa un magnija reakcijas, izmantojot ultraskaņas apstarošana. In: molekulas 8, 2003; 608. – 613. lpp.
  5. Lin-Xiao, Xu et al. (1987): jauna praktiska metode dihlorcebenes ģenerēšanai ar ultraskaņas apstarošanas un fāzes pārneses katalīzi. In: ACTA Chimica Sinica, Vol. 5/4, 1987; 294-298. lpp.
  6. Ken, Shao-Yong et al. (2005): fāzes pārneses katalizēts sintēze zem ultraskaņas apstarošanu un bioaktivitāti N '-(4,6-disubstituted-pyrimidin-2-YL)-N-(5-aryl-2-furoyl) tiourīnviela atvasinājumi. In: Indijas Journal ķīmijas sēj. 44B, 2005; 1957-1960. lpp.
  7. Kubo, Masaki et al. (2008): ar šķīdinātāju bez šķīdinātāja C-alkilēšanas Fenilacetonitrila, izmantojot ultraskaņas apstarošana. Chemical Engineering Journal Japāna, Vol. 41, 2008; 1031-1036. lpp.
  8. Maruoka, Keiji et al. (2007): jaunākie sasniegumi asimetriskā fāzē-Transfer Catalysis. In: Angew. Chem. int. Ed., Vol. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; 4222-4266. lpp.
  9. Mason, Timothy et al. (2002): lietišķās Sonochemistry: izmanto varas ultraskaņu ķīmijā un pārstrādē. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  10. Mirza-Aghayan, M. et al (1995): ultraskaņas apstarošana ietekme uz asimetrisko Michael Reaction. Tetrahedron: asimetrija 6/11, 1995; Pp. 2643-2646.
  11. Polácková, Viera et al. (1996): ultraskaņas-veicināta Cannizzaro reakcija fāzes pārneses apstākļos. In: Ultrasonics Sonoķīmija Vol. 3/1, 1996; 15-17. lpp.
  12. (2002): stratēģijas, kā veikt reakcijas uz maza mēroga. Selektivitātes inženierija un procesu intensifikācija. In: Pure un lietišķās ķīmijas, Vol. 74/12, 2002; 2265-2269. lpp.
  13. Török, B. et al. (2001): asimetriskas reakcijas sonoķīmijā. Ultrasonics Sonochemistry 8, 2001; 191-200. lpp.
  14. Wang, maw-Ling et al. (2007): ultraskaņas palīgfāzes pārneses katalītiskais epoksidācija 1,7-oktadiēns – kinētiskā izpēte. In: Ultrasonics Sonoķīmija Vol. 14/1, 2007; 46-54. lpp.
  15. Yang, H.-M.; Chu, W.-M. (2012): ultraskaņas-Assisted fāzes pārneses katalīze: zaļa aizvietota benzoāta sintēze ar jaunu divējāda mēroga fāzes pārneses katalizatoru cietā šķidruma sistēmā. In: process s no 14Th Asia Pacific Konfederāciju Chemical Engineering Congress APCChE 2012.


Fakti ir vērts zināt

Ultraskaņas audu homogenizatori bieži sauc par zondes sonicator, skaņas lyser, ultraskaņas disruptor, ultraskaņas dzirnaviņas, Sono-ruptor, sonifier, skaņas dismembrator, šūnu disrupter, ultraskaņas izkliedēšanas vai dissolver. Dažādi termini izriet no dažādām lietojumprogrammām, kuras var izpildīt ar ultraskaņu.