Sonochemicznie ulepszone reakcje Dielsa-Aldera

Reakcje Dielsa-Aldera są szeroko stosowane w syntezach chemicznych, w których muszą powstawać atomowe wiązania węgiel-węgiel. Ultradźwięki i ich efekty sonochemiczne są bardzo skuteczne w napędzaniu i promowaniu reakcji Dielsa-Aldera, co skutkuje wyższymi wydajnościami, znacznie skróconym czasem reakcji, a jednocześnie jest częścią przyjaznej dla środowiska zielonej chemii.

Sonochemicznie wzmocniona reakcja Dielsa-Aldera dla zielonej chemii

Reakcje Dielsa-Aldera to reakcje chemiczne, w których powstają wiązania między atomami węgla. Reakcja Dielsa-Aldera jest klasyfikowana jako termicznie dopuszczalna [4+2] cykloaddycja [π4s + π2s]. Ponieważ synteza organiczna wspomagana ultradźwiękami jest zieloną i wydajną drogą syntetyczną, która zwiększa szybkość reakcji, wydajność i selektywność reakcji, sonikacja jest prostą i niezawodną techniką szeroko stosowaną w laboratoriach i produkcji przemysłowej. Często trasa promowana sonochemicznie ułatwia transformację organiczną w warunkach otoczenia, które w przeciwnym razie wymagają drastycznych warunków temperatury i ciśnienia, co pomaga zaoszczędzić koszty energii i zamienia syntezę chemiczną w procedurę oszczędzania.

Zapytanie o informacje





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

Ultrasonografy z sondą, takie jak UP400St są szeroko stosowane do wzmacniania 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, posiadają niskie prężności par i toksyczność, a często są wykonane z naturalnych związków, są one oszczędniejszą, bardziej przyjazną dla środowiska alternatywą rozpuszczalnika. Wiadomo, że ultradźwięki i głębokie rozpuszczalniki eutektyczne działają synergicznie i dlatego są wykorzystywane do syntezy chemicznej, a także do ekstrakcji ultradźwiękowej. Zastosowanie głębokich rozpuszczalników eutektycznych jest korzystne również w ultradźwiękowo promowanych reakcjach Dielsa-Aldera. Na przykład, sonikacja jest wykorzystywana do promowania reakcji Dielsa-Aldera przy użyciu N-etylomaleimidu jako dienofila, zmieniając charakter dienu w głębokich rozpuszczalnikach eutektycznych (DES) zarówno przy konwencjonalnym ogrzewaniu, jak i aktywacji ultradźwiękowej.
Zastosowanie aktywacji ultradźwiękowej w połączeniu z głębokimi rozpuszczalnikami eutektycznymi okazało się korzystne, zapewniając dobrą wydajność w drastycznie skróconych czasach reakcji.

Zastosowanie ultradźwiękowej aktywacji reakcji Dielsa-Aldera w połączeniu z głębokimi rozpuszczalnikami eutektycznymi okazało się korzystne, zapewniając dobre wydajności w drastycznie skróconych czasach reakcji.

Ultradźwiękowo ulepszona reakcja Dielsa-Aldera.
schemat zaadaptowany z Marullo et al., 2020

Ogólna procedura reakcji Dielsa-Aldera z wykorzystaniem DES i sonikacji

Ultradźwiękowo promowane reakcje Dielsa-Aldera przeprowadzono przez włożenie sondy ultradźwiękowej (sonotroda / róg) do naczynia reakcyjnego. Przy użyciu sondy ultradźwiękowej z końcówką o średnicy 0,5 cm, nominalna moc wyjściowa wynosiła 70 W. Reakcje przeprowadzono w temperaturze 40 ° C, stosując tryb impulsowy sonikacji z 5-sekundowymi cyklami ON i 20-sekundowymi cyklami OFF. Ultradźwiękowo zintensyfikowana reakcja Dielsa-Aldera dała dobre wydajności w znacznie krótszym czasie niż w cichych warunkach (70 min i 24 h odpowiednio dla reakcji sonochemicznych i cichych).
W celu oceny efektywności energetycznej sonochemicznie wzmocnionej reakcji Dielsa-Aldera porównano zużycie energii dla cichej i ultradźwiękowo promowanej reakcji Dielsa-Aldera. Obliczenia dały zużycie 35 094 kJ/g dla cichej reakcji i 28,4 kJ/g dla reakcji wspomaganej ultradźwiękami (róg ultradźwiękowy o mocy wyjściowej 70 W energii netto), odpowiednio. Skutkuje to 99% oszczędności energii dla sonochemicznie napędzanej reakcji Dielsa-Aldera. Wszystkie te obserwacje zdecydowanie sugerują, że połączone zastosowanie głębokich rozpuszczalników eutektycznych (DES) i napromieniania ultradźwiękowego jest skuteczną 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 osiągnięto, gdy jako rozpuszczalniki zastosowano głębokie rozpuszczalniki eutektyczne [ChCl]:[Fru] i [TBACl]:[EG]. Zastosowanie [ChCl]:[Fru] i [TBACl]:[EG] jako rozpuszczalników pozwoliło na znaczne skrócenie czasu reakcji, a także znaczną poprawę wydajności (dla [TBACl]:[EG] 73% i 87%, a dla [ChCl]:[Fru] 23 i 75% odpowiednio w warunkach cichych i sonochemicznych).
W niektórych przypadkach, a mianowicie, gdy [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly] i [AcChCl]:[EG] są stosowane jako rozpuszczalniki, wydajność jest porównywalna z uzyskaną w cichych warunkach, ale szybkość procesu chemicznego jest nadal drastycznie poprawiona przez sonikację.
Sonikacja działa bardzo dobrze przy niskim ciśnieniu pary i lepkich rozpuszczalnikach, takich jak ciecze jonowe (IL), ponieważ warunki te ułatwiają generowanie bardziej intensywnych efektów kawitacji. Ponieważ głębokie rozpuszczalniki eutektyczne mają podobne właściwości fizyczne do cieczy jonowych, mogą być odpowiednio stosowane w połączeniu z ultradźwiękami. Połączenie rozpuszczalników głęboko eutektycznych (DES) i sonikacji znacznie zmniejsza zapotrzebowanie energetyczne reakcji Dielsa-Aldera. Można zaobserwować znaczne skrócenie czasu reakcji z 24 h do 70 min, przy jednoczesnym zapewnieniu bardzo dobrej wydajności. W odniesieniu do wydajności procesu oznacza to, że połączone zastosowanie rozpuszczalników głęboko eutektycznych (DES) i ultradźwięków pozwala na przetwarzanie ilości materiałów 10 razy większej niż w warunkach cichych. (Marullo et al., 2020)

Zapytanie o informacje





Ultradźwiękowa reakcja Dielsa-Aldera oksabicyklicznych alkenów

Wei i współpracownicy (2004) wykazali, że ultradźwięki promowały reakcję Dielsa-Aldera podstawionych furanów z reaktywnymi dienofilami, takimi jak acetylenodikarboksylan dimetylu (DMAD) i maleinian dimetylu, dając sfunkcjonalizowane oksabicykliczne alkeny z dobrą wydajnością. Promowana ultradźwiękami reakcja regiospecyficznej cykloaddycji furano-Dielsa-Aldera 2-winylowych furanów z DMAD dostarczyła sfunkcjonalizowanych oksabicyklicznych alkenów z dobrą wydajnością.

Sonochemicznie ulepszone 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 imidazolu jako medium reakcyjnego. Wykazali, że ultradźwięki skutecznie poprawiają te reakcje cykloaddycji, co skutkuje wyższymi wydajnościami i / lub skróconymi czasami reakcji w porównaniu z odpowiednimi cichymi reakcjami. Na przykład w przypadku prostych α,β-nienasyconych dienopoli, takich jak keton metylowo-winylowy lub akroleina, efekty aktywacji ultradźwiękowej są oczywiste. Na przykład keton metylowo-winylowy daje 89% wydajności w ciągu 1 godziny łagodnej sonikacji, podczas gdy cicha reakcja daje tylko 52% w tym samym czasie reakcji.

Ultradźwięki w dowolnym rozmiarze dla sonochemicznie promowanych reakcji Dielsa-Aldera

Firma Hielscher Ultrasonics projektuje, produkuje i dystrybuuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe i urządzenia sonochemiczne do integracji z systemami chemicznymi, takimi jak reakcje syntezy i katalizy. Ultradźwięki Hielscher są używane na całym świecie jako niezawodne narzędzie do promowania, intensyfikowania, przyspieszania i ulepszania reakcji chemicznych.
Hielscher Ultrasonics’ Procesory ultradźwiękowe są dostępne w dowolnym rozmiarze, od małych urządzeń laboratoryjnych po duże procesory przemysłowe 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 już teraz, aby dowiedzieć się więcej o naszych wysokowydajnych homogenizatorach ultradźwiękowych, które mogą poprawić reakcję syntezy organicznej, taką jak reakcje Dielsa-Aldera, reakcje Mannicha lub addycję Michaela i wiele innych!

The table below gives you an indication of the approximate processing capacity of our ultrasonicators:

Wielkość partiinatężenie przepływuPolecane urządzenia
1 do 500mL10-200mL/minUP100H
10 do 2000mL20-400mL/minUP200Ht, UP400St
0.1 do 20L0.2 do 4L/minUIP2000hdT
10-100L2 do 10L/minUIP4000hdT
b.d.10-100L/minUIP16000
b.d.większeklaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Please use the form below to request additional information about ultrasonic processors, applications and price. We will be glad to discuss your process with you and to offer you an ultrasonic system meeting your requirements!









Zwróć uwagę na nasze polityka prywatności.


Ultradźwiękowe homogenizatory o wysokim ścinaniu są stosowane w procesach laboratoryjnych, laboratoryjnych, pilotażowych i przemysłowych.

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



Literatura / Referencje

Facts Worth Knowing


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 manufactures high-performance ultrasonic homogenizers from laboratorium to industrial size.


Z przyjemnością omówimy Twój proces.

Let's get in contact.