Technologia ultradźwiękowa firmy Hielscher

Ultradźwiękami Induced i ulepszonych Phase transfer Catalysis

Wysoka moc ultradźwiękowa jest dobrze znany ze swojego wkładu do różnych reakcji chemicznych. Jest to tak zwana przyspieszenie reakcji chemycznych (sonochemia)., Heterogeniczne reakcje - zwłaszcza reakcje przeniesienia fazowego - są wysoce potencjalne obszary zastosowań dla ultradźwięków mocy. Z uwagi na energię mechaniczną, a sonochemicznego zastosowanej w stosunku do reagentów, reakcję można uzyskać zainicjowany, szybkość reakcji może być znacznie zwiększona, a także większe szybkości konwersji, wyższe i lepsze produkty mogą być osiągnięte. Liniowy skalowalność ultradźwięków oraz dostępność niezawodnych ultradźwiękowy Przemysł Sprzęt zrobić to technika ciekawym rozwiązaniem dla produkcji chemicznej.
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Ultradźwiękowy przepływu szkła komórkowego

kataliza przeniesienia fazowego

Phase Transfer Catalysis (PTC) jest specjalną formą heterogenicznej katalizy i znaną jako praktyczna metodologia syntezy organicznej. Dzięki zastosowaniu katalizatora przeniesienia fazowego możliwe staje się solubilizowanie reagentów jonowych, które są często rozpuszczalne w fazie wodnej, ale nierozpuszczalne w fazie organicznej. Oznacza to, że PTC jest alternatywnym rozwiązaniem w celu przezwyciężenia problemu heterogeniczności w reakcji, w której interakcja między dwiema substancjami znajdującymi się w różnych fazach mieszaniny jest hamowana z powodu niezdolności odczynników do połączenia. (Esen i wsp. 2010) Ogólne zalety katalizy przeniesienia fazowego to niewielkie wysiłki w celu przygotowania, proste procedury eksperymentalne, łagodne warunki reakcji, wysokie szybkości reakcji, wysoka selektywność i zastosowanie niedrogich i łagodnych dla środowiska odczynników, takich jak czwartorzędowe sole amonowe. sole i rozpuszczalniki oraz możliwość prowadzenia preparatów na dużą skalę (Ooi i wsp. 2007).
Szereg reakcji ciecz-ciecz oraz ciecz-ciało stałe zostały zintensyfikowane i wykonane za pomocą selektywnej prosty fazowego (PT), katalizatory, takie jak czwartorzędowe sole 400, glikol polietylenowy i tym podobne, które pozwalają na gatunki jonowe mają być przewożą z fazy wodnej fazę organiczną. W związku z tym problemy związane z bardzo niską rozpuszczalność reagentów organicznych w fazie wodnej może być przezwyciężone. W przemyśle farmaceutycznym i pestycydów, PTC jest szeroko stosowane i nie zmieniło się podstaw biznesu. (Sharma, 2002)

USG moc

Zastosowanie ultrasonografii zasilania jest dobrze znane narzędzie do tworzenia bardzo dobrze emulsje, W chemii takie emulsje bardzo drobnych rozmiarów stosuje się w celu zwiększenia reakcji chemicznych. Oznacza to, że pole powierzchni kontaktu pomiędzy dwoma lub więcej nie mieszających się płynów znacznie powiększony i zapewnia w ten sposób lepsze, całkowite i / lub szybszym przebiegiem reakcji.
Do katalizy przeniesienia fazowego – potrzebna jest wystarczająca ilość energii kinetycznej do rozpoczęcia reakcji - takie same jak w innych reakcjach chemicznych.
To ma wiele pozytywnych efektów w zakresie reakcji chemicznej:

  • Reakcji chemicznej, która normalnie nie występuje z powodu jego niskiej energii kinetycznej może zacząć ultradźwiękami.
  • Reakcje chemiczne mogą być przyspieszone przez ultradźwiękowo wspomaganego PTC.
  • Całkowite unikanie katalizatora przeniesienia fazowego.
  • Surowce mogą być wykorzystywane bardziej efektywne.
  • Produkty uboczne mogą być zmniejszone.
  • Zastąpienie kosztownej niebezpiecznych mocnej zasady, z niedrogiego nieorganicznej.

Tych efektów PTC nieocenione metodykę chemiczną syntezy organicznej, z dwóch i więcej nie mieszających się składników reakcji: katalizy transferu fazy (PTC), pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie surowca procesów chemicznych i bardziej opłacalny w produkcji. Wzmocnienie reakcji chemicznych PTC jest ważnym narzędziem do produkcji chemicznej, która może być poprawiona przez zastosowanie ultradźwięków dramatycznie.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Kawitacji w płynie

Przykłady ultradźwiękowo promowanych reakcji PTC

  • Synteza nowych N”- (4,6-dipodstawionej-pirymidyn-2-ylo) -N- (5-arylo-2-furoilo) Pochodne tiomocznika za pomocą PEG-400 pod ultradźwiękami. (Ken et al. 2005)
  • Wspomagane ultradźwiękami Synteza kwasu migdałowego PTC w jonowej cieczy wykazuje znaczące zwiększenie wydajności reakcji, w warunkach otoczenia. (Hua i wsp. 2011)
  • Kubo et al. (2008) opisują wspomagane ultradźwiękami C-alkilowania fenyloacetonitrylu w środowisku rozpuszczalnika. Wpływ ultradźwięków do promowania reakcji przypisywano bardzo dużej międzyfazowej powierzchni między dwiema fazami ciekłymi. Ultradźwięki skutkuje znacznie szybszym tempie niż reakcji mieszania mechanicznego.
  • Sonikacji w reakcji z czterochlorkiem węgla z magnezem dla wytwarzania wyników dichlorocarbene z wyższą wydajnością gem-dichlorocyclopropane w obecności olefin. (Lin i wsp. 2003),
  • Ultradźwięki zapewnia przyspieszenie reakcji Cannizzaro z P-chlorobenzaldehyde w warunkach przeniesienia fazowego. Trzech katalizatorów przeniesienia fazowego – chlorek benzylotrietyloamonowy (TEBA), Aliąuat i 18-korona-6 -, które zostały przetestowane przez Poláčková et al. (1996) TEBA okazał się najbardziej skuteczny. Ferrocenecarbaldehyde i P-dimethylaminobenzaldehyde otrzymano w podobnych warunkach, 1,5-diarylo-1,4-pentadien-3-onów jako główny produkt.
  • Lin Xiao i in. (1987) wykazali, że kombinacja ultradźwiękami i PTC skutecznie sprzyja powstawaniu dichlorocarbene chloroform w krótszym czasie i z lepszą wydajnością mniejszej ilości katalizatora.
  • Yang i wsp. (2012) badali zielony, wspomagane ultradźwiękami syntezę 4-hydroksybenzoesan benzylu za pomocą 4,4'-bis (tributylammoniomethyl) -1,1'-bifenylo dichlorek (QCL2) Jako katalizatora. Dzięki zastosowaniu QCL2Oni opracowali nowy dual-site katalizy przeniesienia fazowego. To ciało stałe-ciecz katalizy przeniesienia fazowego (SLPTC) został przeprowadzony jako proces okresowy z ultradźwiękami. W ramach intensywnej sonikacji, 33% dodanego Q2 + zawierającą 45,2% P (Ph (OH) COO)2 przeniosła się do fazy organicznej, aby reagować z bromkiem benzylu, a zatem ogólna szybkość reakcji była zwiększona. Poprawiło szybkości reakcji otrzymuje się 0,106 min-1 mocy 300 W z ultradźwiękami, podczas gdy bez ultradźwiękami szybkością 0.0563 min-1 był obserwowany. Przy tym, efekt synergistyczny podwójnego stronie katalizatora przeniesienia fazowego z ultradźwięków w katalizie przeniesienia fazowego wykazano.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

Obrazek 1: UP200Ht to 200 watów potężny ultradźwiękowy homogenizator

Ultradźwiękowy Wzmocnienie asymetrycznej reakcji z przeniesieniem fazowym

W celu ustalenia praktyczny sposób asymetrycznej syntezy kwasów a-aminokwasy i ich pochodne i Ooi Maruoka (2007) badali „czy reaktywność N-spiro chiralnych czwartorzędowych soli amoniowych może być zwiększona, a ich struktury uproszczone. Ponieważ ultradźwięki produkuje homogenizacja, Czyli bardzo dobrze emulsje, Znacznie zwiększa powierzchnię międzyfazową, na której może zachodzić reakcja, która może dostarczyć przyspieszenia szybkości znaczny w reakcji przeniesienia fazowego ciecz-ciecz. Rzeczywiście sonikację mieszaniny reakcyjnej 2, jodku metylu i (S, S) -naphtyl podjednostki (1 mol%) w toluenie / 50% wodnym roztworem KOH, w temperaturze 0 ° C w ciągu 1 h, doprowadziły do ​​odpowiedniego produktu alkilowania z 63% wydajność 88% ee; Wydajność chemiczna i enancjoselektywność były porównywalne z tymi z reakcji przeprowadza się przez proste mieszanie mieszaniny w ciągu ośmiu godzin (0 ° C, 64%, 90% ee).”(Maruoka i wsp 2007;. p. 4229),

Improved phase transfer reactions by sonication

Schemat 1: ultradźwiękami zwiększa szybkość reakcji podczas asymetrycznej syntezy z a-aminokwasów [Maruoka et al. 2007]

Inny typ reakcji asymetrycznej katalizy reakcji Michaela. Addycji Michaela dietylu nacetylo-aminomalonian do chalkonu pozytywnie wpływa ultradźwiękami, co powoduje wzrost o 12% wydajnością (z 72% otrzymanego podczas cichego reakcji do 82% pod ultradźwięki). Czas reakcji wynosi sześć razy szybciej pod energii ultradźwięków w stosunku do reakcji bez ultradźwięków. Nadmiar enancjomeryczny (ee), nie zmienił się i to zarówno dla reakcji - z i bez ultradźwięków - 40% ee. (Mirza-Aghayan i wsp., 1995),
Li i in. (2003) wykazali, że reakcja Michaela chalkonów jako akceptory z różnymi substancjami czynnymi metylenowe, takie jak malonian dietylu, nitrometan, cykloheksanon, acetylooctanu etylu i acetyloacetonu jako dawcy katalizowane KF / podstawowe wyniki glinu w adduktach z wysoką wydajnością w krótszym czasie w ultradźwięków naświetlanie. W innym badaniu, Li i in. (2002) wykazali, pomyślne ultradźwiękowo synteza w chalkonów katalizowanych KF-Al2O3.
Te reakcje PTC powyżej wykazują tylko niewielki zakres możliwości i możliwości ultradźwięków.
Badanie i ocena USG dotyczących możliwych ulepszeń w PTC jest bardzo prosta. Urządzenia ultradźwiękowe laboratoryjne, takie jak na Hielscher UP200Ht (200 watów) i ława-top systemy, takie jak na Hielscher UIP1000hd (1000 watów) pozwalają pierwsze próby. (Patrz rysunek 1 i 2)
Ultradźwiękowy poprawiła asymetryczny Michaela dodatek (kliknij aby powiększyć!)

Schemat 2: wspomagane ultradźwiękami asymetrycznej addycji Michaela etylowy N-acetylo-aminomalonian do chalkonu [Torok i in. 2001]

Wydajna produkcja konkurowanie na rynku chemicznym

Korzystanie ultradźwiękowe katalizy przeniesienia fazowego będzie korzystać z jednego lub większej liczby różnych korzystnych zalet:

  • inicjowania reakcji, które nie są możliwe w inny sposób
  • Wzrost plonu
  • cofać drogich, bezwodnych rozpuszczalnikach aprotonowych
  • zmniejszenie czasu reakcji
  • Niższe temperatury reakcji
  • uproszczony preparat
  • Zastosowanie wodnego metalu alkalicznego zamiast alkoholany metali alkalicznych, amidek sodu, wodorek sodu albo metaliczny sód
  • zastosowanie tańszych surowców, zwłaszcza utleniaczy
  • zmiany selektywności
  • zmiana stosunków produktu (np O- / C-alkilowania)
  • uproszczony izolacja i oczyszczanie
  • wzrost plonu przez zahamowanie reakcji ubocznych
  • prosta skala liniowa się do poziomu produkcji przemysłowej, nawet z bardzo wysoką wydajnością
UIP1000hd Bench-Top homogenizatory ultradźwiękowe

Konfiguracja z 1000W ultradźwiękowego procesorze komorze przepływowej, zbiornika i pompy

Proste i wolne od ryzyka testowania efektów ultradźwiękowe w dziedzinie chemii

Aby zobaczyć, jak wpływa ultradźwiękowe konkretne materiały i reakcje, pierwsze testy wykonalności może być prowadzona w małej skali. Ręczny lub stand-montowane urządzeń laboratoryjnych w zakresie od 50 do 400 watów pozwala na ultradźwiękami próbek o małej i średniej wielkości w zlewce. Jeśli pierwsze wyniki wykazują potencjalne osiągnięcia, proces może opracowane i zoptymalizowane w piece elektryczne z przemysłowego procesora ultradźwięków, np UIP1000hd (1000 W, 20 kHz). ultradźwiękowe systemy bench-top Hielscher jest z Processor ultradźwiękowe 500 watów do 2000 waty są idealne urządzenia do badania&D i optymalizacji. Te ultradźwiękowe systemy - przeznaczone do zlewki i inline ultradźwiękami – dać pełną kontrolę nad najważniejszym parametrem procesu: amplitudy, ciśnienia, temperatury, lepkości i stężenia.
Dokładna kontrola parametrów pozwala na powtarzalność wyników i liniowe skalowalność uzyskanych wyników. Po przetestowaniu różne konfiguracje, konfiguracja stwierdzono, że mogą być najlepiej wykorzystane do pracy ciągłej (24h / 7d) w warunkach produkcyjnych. Opcjonalny PC-Control (interfejs oprogramowania) umożliwia również nagrywanie poszczególnych prób. Do sonikacji palnych cieczy lub rozpuszczalników w warunkach zagrożenia (ATEX FM) UIP1000hd jest dostępny w wersji z certyfikatem ATEX: UIP1000-Exd.

Ogólne korzyści z ultradźwięków w chemii:

  • Reakcję można przyspieszyć lub mogą być wymagane, jeżeli stosuje się mniej sonikacji warunki wymuszające.
  • okresów indukcyjnych są często znacznie zmniejszone są egzotermy normalnie związane z takich reakcji.
  • Reakcje sonochemicznego często zainicjowany za pomocą ultradźwięków, bez konieczności stosowania dodatkowych.
  • Liczba kroków, które są zwykle wymagane w drodze syntezy może być czasami zmniejszona.
  • W niektórych przypadkach reakcja może być kierowany do alternatywnego szlaku.

Kontakt / Poproś o więcej informacji

Porozmawiaj z nami o swoich wymagań technologicznych. My polecamy najbardziej odpowiednie parametry konfiguracyjne i przetwarzania dla danego projektu.





Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


Literatura / Referencje

  1. Esen İlker i in. (2010), długołańcuchowe Dicationic faza przenoszenia katalizatory w reakcjach kondensacji aldehydów aromatycznych w wodzie w ultradźwiękowe efekt. Biuletyn Towarzystwa Chemicznego koreański 31/8, 2010; ss. 2289-2292.
  2. Hua, Q. i in. (2011) za pomocą ultradźwięków promowane syntezę kwasu migdałowego katalizy przeniesienia międzyfazowego w jonowej cieczy. W: Ultrasonics Sonochemia Vol. 18/5, 2011; str. 1035/37.
  3. Li J.-T. i in. (2003): Michael reakcji katalizowanej przez zasadowy tlenek glinu / KF pod wpływem promieniowania ultradźwiękowego. Ultradźwięki Sonochemia 10, 2003. str. 115-118.
  4. Lin Haixa i in. (2003): uzyskanie prostej procedury dla wytwarzania Dichlorocarbene z reakcji czterochlorku węgla i magnezu, i stosując ultradźwięki. W: molekuĹ 8, 2003; s. 608 -613.
  5. Lin Xiao, Xu i in. (1987): a novel Praktyczna metoda wytwarzania dichlorocebene przez ultradźwięki i katalizy przeniesienia fazowego. W: Acta Chimica Sinica, Vol. 5/4, 1987; ss. 294-298.
  6. Ken, Shao-Yong et al. (2005) katalizuje przeniesienie fazy syntezy pod działaniem ultradźwięków i bioaktywność N”- (4,6-dipodstawionej-pirymidyn-2-ylo) -N- (5-arylo-2-furoilo) pochodne tiomocznika. W: Indian Journal of Chemistry Vol. 44B, 2005; str. 1957/60.
  7. Kubo, Masaki i in. (2008): Kinetyka bezrozpuszczalnikowy C-alkilowania fenyloacetonitrylowych Korzystanie ultradźwięki. Chemical Engineering Journal Japonia, tom. 41, 2008; str. 1031/36.
  8. Maruoka, Keiji i in. (2007): Recent Advances in asymetrycznego przeniesienia fazowego Katalizy. W: Angew. Chem. Int. Ed., Tom. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; ss. 4222-4266.
  9. Mason, Tm i in. (2002) Applied sonochemia: zastosowań ultradźwięków mocy w chemii i przetwarzania. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  10. Mirza-Aghayan, M. i inni (1995): USG napromieniania Wpływ na reakcję asymetrycznej Michaela. Tetrahedron: Asymmetry 6/11, 1995; ss. 2643-2646.
  11. Poláčková, Viera et al. (1996) USG promowane Cannizzaro reakcji w warunkach przeniesienia fazowego. W: Ultrasonics Sonochemia Vol. 3/1, 1996; ss. 15-17.
  12. Sharma, M. M. (2002): strategie prowadzenia reakcji w małej skali. inżynieria selektywność i intensyfikacja procesu. W Pure i Applied Chemistry, tom. 74/12, 2002; ss. 2265-2269.
  13. Torok, B. i in. (2001): Asymetryczne reakcje w sonochemii. Ultradźwięki Sonochemia 8, 2001; ss. 191-200.
  14. Wang Paszcza-Ling i in. (2007) USG wspomaga fazowego katalitycznego epoksydowania 1,7-oktadienu - kinetyczną badania. W: Ultrasonics Sonochemia Vol. 14/1, 2007; ss. 46-54.
  15. Yang H.-M .; Chu, W.-M. (2012) wspomagane ultradźwiękami katalizy transferu fazowego: Zielony: Synteza podstawionych Benzoesan z katalizatorem Novel podwójnego strony przejścia fazowego w systemie ciało stałe-ciecz. W: Wychodząc z dnia 14th Asia Pacific Konfederacja Chemical Engineering Congress APCChE 2012 roku.


Fakty Warto wiedzieć

homogenizatory tkankowe ultradźwiękowe są często określane jako sondy ultradźwiękowej, dźwięku Lyser, ultradźwięków Disruptor ultradźwiękowego szlifierka, sono-ruptor, Sonifier Sonic Dismembrator, rozrywania komórek, dyspergator ultradźwiękowy lub rozpuszczania. Różne warunki wynikają z różnych aplikacji, które mogą być spełnione przez ultradźwiękami.