Sonochemicznie ulepszone reakcje Dielsa-Aldera

Reakcje Dielsa-Aldera są szeroko stosowane w syntezach chemicznych, gdzie konieczne jest tworzenie wiązań atomowych węgiel-węgiel. Ultradźwięki i ich efekty sonochemiczne są bardzo skuteczne w napędzaniu i promowaniu reakcji Dielsa-Aldera, co skutkuje wyższą wydajnością, znacznie skraca czas reakcji, a jednocześnie jest częścią przyjaznej dla środowiska zielonej chemii.

Sonochemicznie wzmocniona reakcja Dielsa-Aldera dla zielonej chemii

Reakcje Dielsa-Aldera są reakcjami chemicznymi, w których dochodzi do tworzenia wiązań między atomami węgla. Reakcja Dielsa-Aldera jest klasyfikowana jako termicznie dozwolona [4+2] cykloaddycja [π4S + π2S]. Ponieważ synteza organiczna wspomagana ultradźwiękami jest ekologicznym i wydajnym szlakiem syntetycznym, który zwiększa szybkość reakcji, wydajność i selektywność reakcji, sonikacja jest prostą i niezawodną techniką szeroko stosowaną w laboratoriach i produkcji przemysłowej. Często droga sonochemicznie wspomagana ułatwia transformację organiczną w warunkach otoczenia, które w przeciwnym razie wymagają drastycznych warunków temperatury i ciśnienia, co pomaga zaoszczędzić koszty energii i przekształca syntezę chemiczną w procedurę oszczędzającą.

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Ultradźwiękowce takie jak UP400St są powszechnie stosowane do intensyfikacji i przyspieszania reakcji organicznych (np. reakcji Dielsa-Aldera) poprzez efekty sonochemiczne.

Ultradźwiękowe urządzenia typu sonda, takie jak UP400St są szeroko stosowane do intensyfikacji i przyspieszania reakcji organicznych, takich jak reakcja Dielsa-Aldera, poprzez efekty sonochemiczne.

Ultradźwiękowa reakcja Dielsa-Aldera z użyciem rozpuszczalników głęboko eutektycznych

Rozpuszczalniki głęboko eutektyczne (DES) to roztwory kwasów i zasad Lewisa lub Brønsteda, które tworzą mieszaninę eutektyczną. Ponieważ głębokie rozpuszczalniki eutektyczne są niepalne, mają niską prężność par i toksyczność, a często są wytwarzane ze związków naturalnych, stanowią one oszczędniejszą, bardziej przyjazną dla środowiska alternatywę rozpuszczalnika. Wiadomo, że ultradźwięki i głębokie rozpuszczalniki eutektyczne działają synergicznie i dlatego są stosowane zarówno w syntezie chemicznej, jak i w ekstrakcji ultradźwiękowej. Zastosowanie głęboko eutektycznych rozpuszczalników jest korzystne również w reakcjach Dielsa-Aldera wspomaganych ultradźwiękami. Na przykład, sonikacja jest stosowana do promowania reakcji Dielsa-Aldera z użyciem N-etylmaleimidu jako dienofila, zmieniając charakter dieny w głębokich rozpuszczalnikach eutektycznych (DES) zarówno pod wpływem konwencjonalnego ogrzewania, jak i aktywacji ultradźwiękowej.
Zastosowanie aktywacji ultradźwiękowej w połączeniu z głęboko eutektycznymi rozpuszczalnikami okazało się korzystne, zapewniając dobre wydajności w drastycznie skróconym czasie reakcji.

Zastosowanie ultradźwiękowej aktywacji reakcji Dielsa-Aldera w połączeniu z głęboko eutektycznymi rozpuszczalnikami okazało się korzystne, zapewniając dobre wydajności w drastycznie skróconym czasie reakcji.

Ulepszona ultradźwiękowo reakcja Dielsa-Aldera.
schemat dostosowany z Marullo et al., 2020

Ogólna procedura reakcji Dielsa-Aldera z zastosowaniem DES i sonikacji

Ultradźwiękowo promowane reakcje Dielsa-Aldera prowadzono wprowadzając sondę ultradźwiękową (sonotroda/róg) do naczynia reakcyjnego. Stosując sondę ultradźwiękową z końcówką o średnicy 0,5 cm, nominalna moc wyjściowa wynosiła 70 W. Reakcje prowadzono w temperaturze 40°C stosując sonikację w trybie impulsowym z cyklami 5 s ON i 20 s OFF. Ultradźwiękowo intensyfikowana reakcja Dielsa-Aldera dawała dobre wydajności w znacznie krótszym czasie niż w warunkach bezdźwięcznych (70 min i 24 h odpowiednio dla reakcji sonochemicznej i bezdźwięcznej).
W celu oceny efektywności energetycznej sonochemicznie intensyfikowanej reakcji Dielsa-Aldera, porównano zużycie energii dla reakcji Dielsa-Aldera przebiegającej bezgłośnie i wspomaganej ultradźwiękami. W wyniku obliczeń otrzymano zużycie energii odpowiednio 35,094 kJ/g dla reakcji cichej i 28,4 kJ/g dla reakcji wspomaganej ultradźwiękami (tuba ultradźwiękowa o mocy wyjściowej 70 W netto). Daje to 99% oszczędności energii w przypadku sonochemicznie napędzanej reakcji Dielsa-Aldera. Wszystkie te obserwacje silnie sugerują, że połączone zastosowanie głębokich rozpuszczalników eutektycznych (DES) i promieniowania ultradźwiękowego jest wydajną i energooszczędną metodologią dla ważnych procesów syntetycznych, takich jak reakcja Dielsa-Aldera. (Marullo et al., 2020)

Wpływ różnych rozpuszczalników głęboko eutektycznych w połączeniu z sonikacją

Najlepsze wyniki dla ultradźwiękowo promowanej reakcji Dielsa-Aldera uzyskano, gdy jako rozpuszczalniki zastosowano głęboko eutektyczne rozpuszczalniki [ChCl]:[Fru] i [TBACl]:[EG]. Zastosowanie [ChCl]:[Fru] i [TBACl]:[EG] jako rozpuszczalników pozwoliło na znaczne skrócenie czasu reakcji oraz znaczącą poprawę wydajności (dla [TBACl]:[EG] 73% i 87%, a dla [ChCl]:[Fru] 23 i 75% odpowiednio w warunkach cichych i sonochemicznych).
W niektórych przypadkach, mianowicie, gdy jako rozpuszczalników użyto [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly] i [AcChCl]:[EG], wydajności są porównywalne z otrzymanymi w warunkach ciszy, ale szybkość procesu chemicznego jest nadal drastycznie poprawiona przez sonikację.
Sonikacja bardzo dobrze działa z rozpuszczalnikami o niskim ciśnieniu pary i lepkości, takimi jak ciecze jonowe (ILs), ponieważ warunki te ułatwiają generowanie bardziej inetnsywnych efektów kawitacyjnych. Ponieważ głębokie rozpuszczalniki eutektyczne posiadają podobne właściwości fizyczne do cieczy jonowych, mogą być one odpowiednio stosowane w połączeniu z ultradźwiękami. Połączenie głębokich rozpuszczalników eutektycznych (DES) i sonikacji znacząco obniża zapotrzebowanie energetyczne reakcji Dielsa-Aldera. Można zaobserwować znaczne skrócenie czasu reakcji z 24 h do 70 min, przy jednoczesnym uzyskaniu bardzo dobrych wydajności. W odniesieniu do wydajności procesu oznacza to, że łączne zastosowanie głębokich rozpuszczalników eutektycznych (DES) i ultradźwięków pozwala na przetworzenie 10-krotnie większej ilości materiałów niż w warunkach ciszy. (Marullo et al., 2020)

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Ultradźwiękowa reakcja Dielsa-Aldera alkenów oksabicyklicznych

Wei i współpracownicy (2004) wykazali, że ultradźwięki promują reakcję Dielsa-Aldera podstawionych furanów z reaktywnymi dienofilami, takimi jak acetylenodikarboksylan dimetylu (DMAD) i maleinian dimetylu, dając funkcjonalizowane oksabicykliczne alkeny z dobrą wydajnością. Promowana ultradźwiękami reakcja regiospecyficznej cykloaddycji furanu Dielsa-Aldera z 2-winylowych furanów z DMAD pozwoliła na otrzymanie funkcjonalizowanych alkenów oksabicyklicznych z dobrą wydajnością.

Sonochemicznie udoskonalone reakcje cykloaddycji

Bravo i współpracownicy (2006) opisali serię sonochemicznych cykloaddycji z udziałem cyklopentadienu lub 1,3-cykloheksadienu z dienofilami karbonylowymi w cieczy jonowej na bazie imidazolium jako medium reakcyjnym. Wykazali oni, że ultradźwięki skutecznie poprawiają przebieg reakcji cykloaddycji, prowadząc do zwiększenia wydajności i/lub skrócenia czasu reakcji w porównaniu z odpowiednimi reakcjami przebiegającymi w ciszy. Na przykład, w przypadku prostych α,β- nienasyconych dienofili, takich jak keton metylowo-winylowy lub akroleina, efekty aktywacji ultradźwiękowej są oczywiste. Na przykład, keton metylowo-winylowy daje 89% wydajność w ciągu 1 h łagodnej sonikacji, podczas gdy cicha reakcja daje tylko 52% w tym samym czasie reakcji.

Dowolnej wielkości ultradźwiękowce do sonochemicznie wspomaganych reakcji Dielsa-Aldera

Hielscher Ultrasonics projektuje, produkuje i dystrybuuje wysokowydajne homogenizatory z sondą ultradźwiękową oraz urządzenia sonochemiczne do integracji w systemach chemicznych, takich jak reakcje syntezy i katalizy. Ultradźwiękowe urządzenia firmy Hielscher są stosowane na całym świecie jako niezawodne narzędzie do wspierania, intensyfikowania, przyspieszania i ulepszania reakcji chemicznych.
Hielscher Ultrasonics’ Procesory ultradźwiękowe są dostępne w każdej wielkości, od małych urządzeń laboratoryjnych do dużych procesorów przemysłowych do zastosowań w chemii wsadowej i przepływowej. Precyzyjna regulacja amplitudy ultradźwięków – najważniejszy parametr dla zastosowań sonochemicznych – umożliwia pracę ultradźwiękowców Hielschera przy niskich do bardzo wysokich amplitudach oraz dokładne dostrojenie amplitudy do wymaganych warunków procesu ultradźwiękowego w konkretnym układzie reakcji chemicznej.
Generatory ultradźwiękowe firmy Hielscher wyposażone są w inteligentne oprogramowanie z automatycznym protokołowaniem danych. Wszystkie ważne parametry obróbki, takie jak energia ultradźwiękowa, temperatura, ciśnienie i czas, są automatycznie zapisywane na wbudowanej karcie SD, gdy tylko urządzenie zostanie włączone.
Nadzorowanie procesu i rejestracja danych są ważne dla ciągłej standaryzacji procesu i jakości produktu. Dzięki dostępowi do automatycznie zapisanych danych procesowych można skorygować poprzednie przebiegi sonikacji i ocenić ich wynik.
Kolejną przyjazną dla użytkownika funkcją jest zdalne sterowanie naszymi cyfrowymi systemami ultradźwiękowymi przez przeglądarkę. Dzięki zdalnemu sterowaniu przez przeglądarkę można z dowolnego miejsca zdalnie uruchamiać, zatrzymywać, regulować i monitorować procesor ultradźwiękowy.
Skontaktuj się z nami teraz, aby dowiedzieć się więcej o naszych wysokowydajnych homogenizatorach ultradźwiękowych, które mogą poprawić Twoje reakcje syntezy organicznej, takie jak reakcje Dielsa-Aldera, reakcje Mannicha lub addycję Michaela, wśród wielu innych!

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Wielkość partii natężenie przepływu Polecane urządzenia
1 do 500mL 10-200mL/min UP100H
10 do 2000mL 20-400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L/min UIP2000hdT
10-100L 2 do 10L/min UIP4000hdT
b.d. 10-100L/min UIP16000
b.d. większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Prosimy o skorzystanie z poniższego formularza w celu uzyskania dodatkowych informacji na temat procesorów ultradźwiękowych, zastosowań i ceny. Chętnie omówimy z Państwem proces i zaproponujemy Państwu system ultradźwiękowy spełniający Państwa wymagania!









Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


Ultradźwiękowe homogenizatory o wysokim ścinaniu są stosowane w laboratoriach, na stanowiskach badawczych, w procesach pilotażowych i przemysłowych.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań mieszania, dyspergowania, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.



Literatura / materiały źródłowe

Fakty Warto wiedzieć


Ultradźwięki o wysokiej wydajności! Paleta produktów firmy Hielscher obejmuje pełne spektrum od kompaktowych ultradźwięków laboratoryjnych, poprzez urządzenia stołowe, aż po przemysłowe systemy ultradźwiękowe.

Firma Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do wielkość przemysłowa.