Sonochemisch verbeterde Diels-Alder-reacties

Diels-Alder reacties worden op grote schaal gebruikt voor chemische syntheses, waarbij atomaire koolstof-koolstof bindingen moeten worden gevormd. Ultrasoonbehandeling en de sonochemische effecten daarvan zijn zeer doeltreffend bij het aanzwengelen en bevorderen van Diels-Alder-reacties, wat leidt tot hogere opbrengsten, een aanzienlijk kortere reactietijd en tegelijk een onderdeel vormt van milieuvriendelijke groene chemie.

Sonochemisch-verrijkte Diels-Alder reactie voor groene chemie

De Diels-Alder reacties zijn chemische reacties, waarbij bindingen tussen koolstofatomen worden gevormd. De Diels-Alderreactie wordt geclassificeerd als een thermisch toegestane [4+2] cycloadditie [π4S + π2S]. Aangezien de organische synthese met behulp van ultrasone trillingen een groene en efficiënte syntheseroute is, die de reactiesnelheid, de opbrengst en de selectiviteit van de reacties verbetert, is sonicatie een eenvoudige en betrouwbare techniek die op grote schaal in laboratoria en bij de industriële productie wordt gebruikt. Vaak vergemakkelijkt de sonochemisch gestimuleerde route de omzetting van organische stoffen in omgevingsomstandigheden, waarvoor anders drastische temperatuur- en drukvoorwaarden nodig zijn, wat helpt energiekosten te besparen en de chemische synthese tot een spaarzame procedure maakt.

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


Ultrasonicators such as the UP400St are widely used to intensify and accelerate organic reactions (e.g., the Diels-Alder reaction) via sonochemical effects.

Ultrasone sondetoestellen zoals de UP400St worden op grote schaal gebruikt om organische reacties zoals de Diels-Alder-reactie via sonochemische effecten te versnellen en te versnellen.

Ultrasone Diels-Alder reactie met gebruik van diepe eutectische oplosmiddelen

Diepe eutectische oplosmiddelen (DES) zijn oplossingen van Lewis- of Brønstedzuren en -basen die een eutectisch mengsel vormen. Aangezien diepe eutectische oplosmiddelen niet brandbaar zijn, een lage dampspanning en toxiciteit bezitten, en vaak uit natuurlijke verbindingen worden vervaardigd, vormen zij een zuiniger, milieuvriendelijker oplosmiddelalternatief. Het is bekend dat ultrasone trillingen en diepe eutectische oplosmiddelen synergetisch samenwerken en daarom zowel voor chemische synthese als voor ultrasone extractie worden gebruikt. Het gebruik van diepe eutectische oplosmiddelen is ook nuttig bij ultrasoon gestimuleerde Diels-Alder-reacties. Zo wordt sonicatie gebruikt om de Diels-Alder-reactie met N-ethylmaleimide als dienofiel te bevorderen, waarbij de aard van het diene verandert in diepe eutectische oplosmiddelen (DES) bij zowel conventionele verhitting als ultrasone activering.
Het gebruik van ultrasone activering in combinatie met diepe eutectische oplosmiddelen bleek een gunstig effect te hebben en leverde goede opbrengsten op bij drastisch verkorte reactietijden.

Using ultrasonic activation of the Diels−Alder reactio in combination with deep eutectic solvents is proved to be beneficial providing good yields in drastically reduced reaction times.

Ultrasonisch verbeterde Diels-Alder reactie.
schema aangepast van Marullo et al., 2020

Algemene procedure voor de Diels-Alder-reactie met DES en sonificatie

Ultrasoon gestuurde Diels-Alder reacties werden uitgevoerd door de ultrasone probe (sonotrode / hoorn) in het reactievat te brengen. Met een ultrasone sonde met een tip van 0,5 cm diameter bedroeg het nominale uitgangsvermogen 70 W. De reacties werden uitgevoerd bij 40°C waarbij sonicatie in de pulsmodus werd toegepast met cycli van 5 sec. aan en 20 sec. uit. De ultrasoon versterkte Diels-Alder reactie gaf goede opbrengsten in een veel kortere tijd dan onder stille omstandigheden (70 min en 24 uur voor respectievelijk sonochemische en stille reacties).
Om de energie-efficiëntie van de sonochemisch geïntensiveerde Diels-Alder reactie te evalueren, werd het energieverbruik voor de stille en de ultrasoon gestimuleerde Diels-Alder reactie vergeleken. De berekeningen gaven een verbruik van 35.094 kJ/g voor de stille reactie en 28,4 kJ/g voor de ultrasoon gestimuleerde reactie (ultrasone hoorn met een uitgangsvermogen van 70 W netto energie), respectievelijk. Dit resulteert in een energiebesparing van 99% voor de sonochemisch gestuurde Diels-Alder reactie. Al deze waarnemingen wijzen er sterk op dat het gecombineerde gebruik van diepe eutectische oplosmiddelen (DES) en ultrasone bestraling een efficiënte en energiebesparende methode is voor belangrijke synthetische processen zoals de Diels-Alder-reactie. (Marullo et al., 2020)

Het effect van verschillende diepe eutectische oplosmiddelen in combinatie met sonificatie

De beste resultaten voor ultrasoon-bevorderde Diels-Alder-reactie werden bereikt wanneer de diepe eutectische oplosmiddelen [ChCl]:[Fru] en [TBACl]:[EG] als oplosmiddelen worden gebruikt. Het gebruik van [ChCl]:[Fru] en [TBACl]:[EG] als oplosmiddelen leverde een aanzienlijke verkorting van de reactietijd op en een aanzienlijke verbetering van de opbrengst (voor [TBACl]:[EG] 73% en 87%, en voor [ChCl]:[Fru] 23 en 75% onder respectievelijk stille en sonochemische omstandigheden).
In sommige gevallen, namelijk wanneer [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly], en [AcChCl]:[EG] als oplosmiddel worden gebruikt, zijn de opbrengsten vergelijkbaar met die welke onder stille omstandigheden worden verkregen, maar de snelheid van het chemische proces wordt toch nog drastisch verbeterd door sonicatie.
Sonificatie werkt zeer goed met lage dampspanning en viskeuze oplosmiddelen zoals ionische vloeistoffen (IL's) aangezien deze omstandigheden het genereren van meer inetnse cavitatie-effecten vergemakkelijken. Aangezien diepe eutectische oplosmiddelen soortgelijke fysische eigenschappen bezitten als ionische vloeistoffen, kunnen zij geschikt worden gebruikt in combinatie met ultrasoonbehandeling. Het gecombineerde samenspel van diepe eutectische solventen (DES) en sonicatie vermindert de energetische vraag van de Diels-Alder reactie aanzienlijk. Een aanzienlijke verkorting van de reactietijd van 24 uur tot 70 minuten kan worden waargenomen terwijl toch zeer goede opbrengsten worden verkregen. Wat de procesefficiëntie betreft, betekent dit dat het gecombineerde gebruik van diepe eutectische oplosmiddelen (DES) en ultrasoonbehandeling het mogelijk maakt een hoeveelheid materiaal te verwerken die 10 maal groter is dan onder stille omstandigheden. (Marullo et al., 2020)

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


Ultrasone Diels-Alder reactie van oxabicyclische alkenen

Wei en collega's (2004) toonden aan dat ultrasoonbehandeling de Diels-Alder-reactie van gesubstitueerde furanen met reactieve dienofielen zoals dimethylacetylenedicarboxylaat (DMAD) en dimethylmaleaat bevorderde, waardoor gefunctionaliseerde oxabicyclische alkenen met een goede opbrengst ontstonden. De ultrasoon-gestuurde reactie van regiospecifieke furano Diels-Alder cycloadditie van 2-vinyl furanen met DMAD leverde gefunctionaliseerde oxabicyclische alkenen op met een goede opbrengst.

Sonochemisch verbeterde cycloadditie-reacties

Bravo en collega's (2006) beschreven een reeks sonochemische cycloaddities met cyclopentadieen of 1,3-cyclohexadieen met carbonyl-dienofielen in een imidazolium-gebaseerde ionische vloeistof als reactiemedium. Zij toonden aan dat ultrasoonbehandeling deze cycloadditiereacties effectief verbetert, wat resulteert in hogere opbrengsten en/of kortere reactietijden in vergelijking met de overeenkomstige stille reacties. Bijvoorbeeld voor eenvoudige α,β-onverzadigde dienofielen zoals methylvinylketon of acroleïne zijn de effecten van ultrasone activering duidelijk. Zo levert methylvinylketon een opbrengst van 89% op binnen 1 uur milde sonicatie, terwijl de stille reactie slechts 52% opleverde binnen dezelfde reactietijd.

Ultrasoonapparaten van elke grootte voor sonochemisch gestimuleerde di-alderreacties

Hielscher Ultrasonics ontwerpt, fabriceert en distribueert hoogwaardige ultrasone sonde-type homogenisatoren en sonochemische apparatuur voor de integratie in chemische systemen zoals synthese- en katalyse-reacties. Hielscher ultrasoonapparaten worden wereldwijd gebruikt als betrouwbaar instrument om chemische reacties te bevorderen, te intensiveren, te versnellen en te verbeteren.
Hielscher Ultrasonics’ Ultrasone processoren zijn verkrijgbaar in alle maten, van kleine laboratoriumapparaten tot grote industriële processoren voor batch- en flowchemietoepassingen. Nauwkeurige instelling van de ultrasone amplitude – de belangrijkste parameter voor sonochemische toepassingen – maakt het mogelijk Hielscher ultrasooninstallaties te gebruiken bij lage tot zeer hoge amplitudes en de amplitude precies af te stemmen op de vereiste ultrasone procesomstandigheden van het specifieke chemische reactiesysteem.
Hielscher's ultrasoongenerator is voorzien van een slimme software met automatische dataprotocollering. Alle belangrijke verwerkingsparameters zoals ultrasoon energie, temperatuur, druk en tijd worden automatisch opgeslagen op een ingebouwde SD-kaart zodra het apparaat wordt ingeschakeld.
Procesbewaking en gegevensregistratie zijn belangrijk voor continue processtandaardisatie en productkwaliteit. Door toegang te krijgen tot de automatisch geregistreerde procesgegevens, kunt u eerdere sonicatieruns herzien en het resultaat evalueren.
Een andere gebruiksvriendelijke functie is de browser-afstandsbediening van onze digitale ultrasoon systemen. Via browserbesturing op afstand kunt u uw ultrasoonprocessor overal vandaan starten, stoppen, instellen en controleren.
Neem nu contact met ons op om meer te weten te komen over onze ultrasone homogenisatoren met hoge prestaties die uw organische synthesereactie kunnen verbeteren, zoals Diels-Alderreacties, Mannichreacties of Michael-additie, naast vele andere!

Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators:

batch Volume Stroomsnelheid Aanbevolen apparaten
1 tot 500 ml 10 tot 200 ml / min UP100H
10 tot 2000 ml 20 tot 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 tot 20L 0.2 tot 4L / min UIP2000hdT
10 tot 100L 2 tot 10 l / min UIP4000hdT
na 10 tot 100 l / min UIP16000
na grotere cluster van UIP16000

Neem contact met ons op! / Vraag ons!

Vraag voor meer informatie

Gebruik het onderstaande formulier om aanvullende informatie aan te vragen over ultrasone processoren, toepassingen en prijs. Wij bespreken graag uw proces met u en bieden u een ultrasoon systeem aan dat aan uw eisen voldoet!









Let op onze Privacybeleid.


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor mengtoepassingen, dispersie, emulsificatie en extractie op laboratorium-, pilot- en industriële schaal.



Literatuur / Referenties

Feiten die de moeite waard zijn om te weten


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics vervaardigt hoogwaardige ultrasone homogenisatoren van Laboratorium naar industrieel formaat.