Hielscher Echografietechniek

Ultrasoon Induced en Enhanced faseoverdrachtkatalyse

High power echografie is bekend om zijn bijdrage aan diverse chemische reacties. Dit is de zogenaamde sonochemistry. Heterogene reacties - en in het bijzonder fase-transfer reacties - zijn sterk mogelijke toepassingsgebieden voor power echografie. Vanwege de mechanische en sonochemische energie toegevoerd aan de reagentia reacties kunnen worden geïnitieerd krijgen, kan de reactiesnelheid aanzienlijk worden verbeterd, alsmede hogere conversie, hogere opbrengsten en betere producten worden verkregen. De lineaire schaalbaarheid van ultrageluid en de beschikbaarheid van betrouwbare ultrasone industrieel apparatuur maakt deze techniek een interessante oplossing voor de chemische productie.
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Ultrasone Glass Flow Cell

faseoverdrachtkatalyse

Phase Transfer Catalysis (PTC) is een speciale vorm van heterogene katalyse en staat bekend als een praktische methode voor organische synthese. Door gebruik te maken van een faseoverdrachtskatalysator, wordt het mogelijk ionische reactanten oplosbaar te maken, die vaak oplosbaar zijn in een waterige fase maar onoplosbaar in een organische fase. Dit betekent dat PTC een alternatieve oplossing is om het heterogeniteitsprobleem te overwinnen in een reactie waarbij de interactie tussen twee stoffen die zich in verschillende fasen van een mengsel bevinden, wordt geremd vanwege het onvermogen van reagentia om samen te komen. (Esen et al. 2010) Algemene voordelen van faseoverdrachtskatalyse zijn de kleine inspanningen voor de bereiding, eenvoudige experimentele procedures, milde reactieomstandigheden, hoge reactiesnelheden, hoge selectiviteiten en het gebruik van goedkope en milieuvriendelijke reagentia, zoals quaternair ammonium zouten en oplosmiddelen en de mogelijkheid om grootschalige bereidingen uit te voeren (Ooi et al. 2007).
Een verscheidenheid van vloeistof-vloeistof en vloeistof-vast reacties geïntensiveerd en maakte selectieve met eenvoudige fasenoverdrachtsomstandigheden (PT) katalysatoren, zoals quats, polyethyleenglycol-400, enz., Waardoor ionische species worden overgezet van waterfase organische fase. Aldus kunnen de problemen geassocieerd met extreem lage oplosbaarheid van de organische reactanten in de waterfase worden overwonnen. In het pesticide en farmaceutische industrie, wordt PTC intensief gebruikt en heeft de fundamenten van het bedrijfsleven veranderd. (Sharma 2002)

Vermogen ultrasound

De toepassing van de macht echografie is een bekend hulpmiddel om uiterst fijne creëren emulsies. In de chemie zoals uiterst fijne-size-emulsies worden gebruikt om chemische reacties te verbeteren. Dit betekent dat het grensvlakcontact tussen twee of meer onmengbare vloeistoffen wordt aanzienlijk vergroot en biedt daardoor een betere, completere en / of snellere reactieverloop.
Voor faseoverdrachtkatalyse – hetzelfde als voor andere chemische reacties - genoeg kinetische energie nodig is om de reactie te starten.
Dit heeft verschillende positieve effecten ten aanzien van de chemische reactie:

  • Een chemische reactie die normaal gesproken niet zal optreden als gevolg van de lage kinetische energie aan de slag kunt met ultrasone trillingen.
  • Chemische reacties kunnen worden versneld door ultrasoon-ondersteunde PTC.
  • Volledig vermijden van faseoverdrachtskatalysator.
  • Grondstoffen kunnen efficiënter worden gebruikt.
  • Bijproducten kan worden verminderd.
  • Vervanging kostenintensieve gevaarlijke sterke base met goedkope anorganische base.

Door deze effecten PTC is een waardevolle chemische methode voor organische synthese van twee of meer onmengbare reagentia: faseoverdrachtskatalyse (PTC) mogelijk maakt grondstof van chemische processen efficiënter te gebruiken en meer kosteneffectief te produceren. De versterking van chemische reacties door PTC is een belangrijk instrument voor de productie van chemische stoffen die dramatisch kan worden verbeterd door het gebruik van ultrageluid.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Cavitatie in vloeibare

Voorbeelden voor het ultrasoon bevorderd PTC reacties

  • Synthese van nieuwe N’- (4,6-digesubstitueerd-pyrimidin-2-yl) -N- (5-aryl-2-furoyl) thioureum derivaten behulp PEG-400 onder ultrasone trillingen. (Ken et al. 2005)
  • De ultrasoon geassisteerde synthese amandelzuur door PTC ionische vloeistof toont een aanzienlijke verbetering in reactieopbrengsten onder omgevingsomstandigheden. (Hua et al. 2011)
  • Kubo et al. (2008) rapporteren de ultrasoon bijgestaan ​​C-alkylering van fenylacetonitrile in een oplosmiddel-vrije omgeving. Het effect van de echo om de reactie te bevorderen werd toegeschreven aan de zeer grote grensvlak tussen de twee vloeibare fasen. Ultrasone trillingen resulteert in een veel snellere reactiesnelheid dan mechanisch mengen.
  • Sonificatie tijdens de reactie van tetrachloorkoolstof met magnesium voor de vorming van dichlorocarbene leidt tot een hogere opbrengst aan gem-dichloorcyclopropaan in aanwezigheid van alkenen. (Lin et al. 2003)
  • Ultrageluid verschaft de versnelling van de Cannizzaro-reactie van P-chlorobenzaldehyde onder fase-transfer condities. Drie faseoverdrachtskatalysatoren – benzyltriethylammoniumchloride (TEBA), Aliquat en 18-kroon-6 -, die getest Polácková et al. (1996) TEBA bleek het meest effectief te zijn. Ferrocenecarbaldehyde en P-dimethylaminobenzaldehyde gaf onder soortgelijke omstandigheden, 1,5-diaryl-1,4-pentadieen-3-onen als hoofdproduct.
  • Lin-Xiao et al. (1987) hebben aangetoond dat de combinatie van ultrasone trillingen en PTC bevordert effectief de vorming van dichlorocarbene uit chloroform in een kortere tijd met een betere opbrengst en een kleinere hoeveelheid katalysator.
  • Yang et al. (2012) hebben de groene, ultrasoon-ondersteunde synthese van benzyl-4-hydroxybenzoaat behulp 4,4'-bis (tributylammoniomethyl) -1,1'-bifenyl dichloride onderzocht (QCL2) Als katalysator. Door het gebruik van Qcl2, Hebben zij een nieuwe dual-website faseoverdrachtkatalyse ontwikkeld. Deze vaste-vloeibare faseoverdrachtkatalyse (SLPTC) is uitgevoerd als batchproces met ultrasone uitgevoerd. Onder intense ultrasoonapparaat, 33% van de toegevoegde Q2 + bevattende 45,2% Q (Ph (OH) COO)2 is overgebracht naar de organische fase om te reageren met benzylbromide werd dus de totale reactiesnelheid verbeterd. Deze verbeterde reactiesnelheid verkregen 0,106 min-1 300W onder ultrasone bestraling, terwijl zonder sonificatie een snelheid van 0,0563 min-1 werd waargenomen. Daardoor is het synergetische effect van dual-plaats faseoverdrachtskatalysator met ultrageluid faseoverdrachtskatalysereacties aangetoond.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

Foto 1: De UP200Ht is een 200 watt krachtige ultrasoon homogenisator

Ultrasone Versterking van Asymmetric Phase Transfer Reactie

Het doel een praktische werkwijze voor de asymmetrische synthese van a-aminozuren en derivaten daarvan Maruoka en Ooi (2007) onderzochten “of de reactiviteit van N-spiro chirale quaternaire ammoniumzouten kan worden verbeterd en de structuur vereenvoudigd. Aangezien ultrasone bestraling produceert homogenisatie, Dat wil zeggen, zeer fijn emulsiesHet verhoogt het grensvlak waarover de reactie aangaan, die aanzienlijke versnelling van kon leveren in de vloeibare-vloeibare fase-overdrachtsreacties. Inderdaad, sonicatie van het reactiemengsel van 2, methyljodide en (S, S) -naphtyl subeenheid (1 mol%) in tolueen / 50% waterig KOH bij 0 ° C gedurende 1 uur leidde tot het overeenkomstige alkyleringsproduct in 63% opbrengst met 88% ee; de chemische opbrengst en enantioselectiviteit waren vergelijkbaar met die van een reactie uitgevoerd door eenvoudig roeren van het mengsel uitgevoerd gedurende acht uur (0 ° C, 64%, 90% ee) “. (Maruoka et al 2007;. blz. 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

Schema 1: Ultrasone trillingen verhoogt de reactiesnelheid tijdens de asymmetrische synthese van α-aminozuren [Maruoka et al. 2007]

Een ander reactietype van een asymmetrische katalyse is de Michael-reactie. De Michael toevoeging van diethyl nacetyl-aminomalonaat te chalcon wordt positief beïnvloed door ultrasone hetgeen een stijging van 12% van de opbrengst (van 72% verkregen gedurende de stille omzetting tot 82% onder ultrasone trillingen). De reactietijd is zes keer sneller onder de macht van ultrageluid in vergelijking met de reactie zonder echo. De enantiomere overmaat (ee) is niet veranderd en was voor beide reacties - met en zonder ultrageluid - 40% ee. (Mirza-Aghayan et al. 1995)
Li et al. (2003) aangetoond dat de Michael-reactie van chalconen als acceptoren met verschillende actieve methyleenverbindingen zoals diethylmalonaat, nitromethaan, cyclohexanon, ethylacetoacetaat en acetylaceton als donor gekatalyseerd door KF / basisch aluminiumoxide leidt adducten hoge opbrengst binnen een kortere tijd onder echografische bestraling. In een andere studie, Li et al. (2002) hebben aangetoond dat de succesvolle ultrasoon-geassisteerde synthese van chalconen gekatalyseerd door KF-Al2de3.
Deze PTC reacties hierboven tonen slechts een klein bereik van de mogelijkheden en de mogelijkheden van ultrasone straling.
Het testen en evalueren van ultrageluid over mogelijke verbeteringen in de PTC is zeer eenvoudig. Ultrasone laboratorium apparaten zoals Hielscher's Uf200 ः t (200 watt) en bench-top systemen zoals Hielscher's UIP1000hd (1000 watt) mogelijk te maken eerste trials. (Zie afbeelding 1 en 2)
Ultrasone verbeterde asymmetrische Michael toevoeging (klik om te vergroten!)

Schema 2: Ultrasoon bijgestaan ​​asymmetrische Michael-additie van diethyl-N-acetyl-aminomalonaat te chalcon [Török et al. 2001]

Efficiënte productie Concurreren op de Chemical Market

Met behulp van ultrasone faseoverdrachtskatalysereacties profiteert u van de ene of meer verschillende heilzame voordelen:

  • initialisatie van de reacties die anders niet haalbaar zijn
  • verhoging van de opbrengst
  • bezuinigen dure watervrije aprotische oplosmiddelen
  • reductie van de reactietijd
  • lagere reactietemperaturen
  • vereenvoudigde voorbereiding
  • toepassing van waterige alkalimetaal plaats van alkalimetaalalcoholaten, natriumamide, natriumhydride of metallisch natrium
  • gebruik van goedkopere grondstoffen, met name oxidanten
  • verschuiving van de selectiviteit
  • verandering productverhoudingen (bijvoorbeeld O- / C-alkylering)
  • vereenvoudigde isoleren en zuiveren
  • verhoging van het rendement door het onderdrukken van nevenreacties
  • eenvoudige, lineaire schaal-up van de industriële productie niveau, zelfs bij zeer hoge doorvoersnelheid
UIP1000hd Bench-Top Ultrasone Homogeniseerapparaat

Opstelling met 1000W ultrasone processor, stroomcel, tank en de pomp

Eenvoudig en zonder risico's testen van Ultrasonic Effecten in Chemie

Om te zien hoe ultrasound invloeden specifieke materialen en reacties, kan eerst de haalbaarheid onderzoeken worden uitgevoerd in kleine schaal. Hand-held of op standaard laboratorium apparatuur in het bereik van 50 tot 400 watt zorgen voor ultrasoonapparaat van kleine en mid-size monsters in de beker. Als de eerste resultaten potentiële prestaties kan de werkwijze ontwikkeld en geoptimaliseerd in bench-top met een industriële ultrasone processor, b.v. UIP1000hd (1000 W, 20 kHz). Hielscher ultrasone's bench-top systemen 500 watt 2000 watt zijn de ideale apparaten voor R&D en optimalisatie. Deze ultrasone systemen - Geschikt voor beker en inline ultrasoonapparaat – geven volledige controle over de belangrijkste proces parameter: Amplitude, druk, temperatuur, viscositeit, en concentratie.
De nauwkeurige controle over de parameters maakt het mogelijk om exacte reproduceerbaarheid en lineaire schaalbaarheid van de verkregen resultaten. Na het testen van verschillende configuraties, de configuratie bleek best kan worden gebruikt om continu (24u / 7d) uitgevoerd onder productieomstandigheden. De optionele PC-Control (software interface) vergemakkelijkt ook de opname van de individuele proeven. Voor de ultrasoonapparaat van brandbare vloeistoffen of oplosmiddelen in gevaarlijke omgevingen (ATEX, FM) de UIP1000hd is beschikbaar in een ATEX-gecertificeerde versie: UIP1000-Exd.

Algemene voordelen van ultrasone trillingen in de chemie:

  • Een reactie kan worden versneld of minder forceren omstandigheden kan nodig zijn als sonicatie toegepast.
  • Inductie periodes worden vaak aanzienlijk verminderd als de exothermen gewoonlijk geassocieerd met dergelijke reacties.
  • Sonochemische reacties worden vaak geïnitieerd door ultrageluid zonder de noodzaak voor additieven.
  • Het aantal stappen die normaal gesproken in een syntheseroute vereist zijn kunnen soms worden verminderd.
  • In sommige situaties kan een reactie worden gericht op een alternatieve route.

Neem contact met ons op / vraag om meer informatie

Praat met ons over uw verwerking eisen. We zullen de meest geschikte configuratie en bewerkingsparameters aanbevelen voor uw project.





Let op onze Privacybeleid.


Literatuur / Referenties

  1. Esen, Ilker et al. (2010): Long Chain dikationische fasenoverdrachtskatalysators in de condensatiereacties van aromatische aldehyden in Water Under Ultrasonic Effect. Bulletin van de Koreaanse Chemical Society 31/8, 2010; blz. 2289-2292.
  2. Hua, Q. et al. (2011) Ultrasoon gestimuleerde synthese van amandelzuur door faseoverdrachtskatalysereacties in een ionische vloeistof. In: Sonochemistry Ultrasonics Vol. 18/5, 2011; blz. 1035-1037.
  3. Li, J.-T. et al. (2003): De Michael reactie gekatalyseerd door KF / basisch aluminiumoxide onder bestraling met ultrageluid. Ultrasonics Sonochemistry 10, 2003. blz. 115-118.
  4. Lin, Haixa et al. (2003): Een Facile Procedure voor de generatie van Dichlorocarbene uit de reactie van koolstoftetrachloride en Magnesium gebruik Ultrasone bestraling. In: Molecules 8, 2003; blz. 608 -613.
  5. Lin-Xiao, Xu et al. (1987): Een nieuwe praktische methode voor het genereren van dichlorocebene door ultrasoon bestralen en faseoverdrachtkatalyse. In: Acta Chimica Sinica, Vol. 5/4, 1987; blz. 294-298.
  6. Ken, Shao-Yong et al. (2005): overdrachtsfase gekatalyseerde synthese onder ultrasone bestraling en biologische activiteit van N’- (4,6-digesubstitueerd-pyrimidin-2-yl) -N- (5-aryl-2-furoyl) thioureum derivaten. In: Indian Journal of Chemistry Vol. 44B, 2005; blz. 1957-1960.
  7. Kubo, Masaki et al. (2008): Kinetiek van Solvent-Free C-Alkylering van fenylacetonitrile Met behulp van ultrasone bestraling. Chemical Engineering Journal Japan, Vol. 41, 2008; blz. 1031-1036.
  8. Maruoka, Keiji et al. (2007): Recent Advances in Asymmetric faseoverdrachtkatalyse. In: Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; blz. 4222-4266.
  9. Mason, Timothy et al. (2002): Toegepaste sonochemistry: het gebruik van de macht ultrasound in de chemie en verwerking. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  10. Mirza-Aghayan, M. et al (1995): bestraling met ultrageluid Effecten op de asymmetrische Michael Reaction. Tetrahedron: Asymmetry 6/11, 1995; blz. 2643-2646.
  11. Polácková, Viera et al. (1996): ultrageluid bevorderd Cannizzaro-reactie onder fasenoverdrachtsomstandigheden. In: Sonochemistry Ultrasonics Vol. 3/1, 1996; blz. 15-17.
  12. Sharma, M. M. (2002) Strategies geleidende reacties op kleine schaal. Selectiviteit engineering en procesintensificatie. In: Pure and Applied Chemistry, Vol. 74/12, 2002; blz. 2265-2269.
  13. Török, B. et al. (2001): Asymmetrische reacties in sonochemistry. Ultrasonics Sonochemistry 8, 2001; blz. 191-200.
  14. Wang, krop-Ling et al. (2007): Echografie bijgestaan ​​fasenoverdrachtsomstandigheden katalytische epoxidatie van 1,7-octadieen - Een kinetisch onderzoek. In: Sonochemistry Ultrasonics Vol. 14/1, 2007; blz. 46-54.
  15. Yang, H.-M .; Chu, W.-M. (2012): Ultrasound-Assisted faseoverdrachtkatalyse: Groen Synthese van gesubstitueerde Benzoate met Novel Dual-Site faseoverdrachtskatalysator in Solid-Liquid System. In: Uitgaande van 14d Asia Pacific Confederation of Chemical Engineering Congres APCChE 2012.


Feiten die de moeite waard zijn om te weten

Ultrasone weefselhomogenisers worden vaak aangeduid als probe ultrasoonapparaat, sonische lyser, ultrasone disruptor, ultrasone slijpmachine, Sono-ruptor, sonicatie, sonisch dismembrator, celvernietiger, ultrasoon dispergeerapparaat of oplosinrichting. De verschillende termen resulteren uit de verschillende toepassingen die kunnen worden vervuld door behandeling met ultrageluid.