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.

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.

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.

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)

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)

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