Hielscher tecnologia de ultra-som

Ultra-som induzido e Fase avançado Transferência de Catálise

ultra-som de alta potência é bem conhecido por sua contribuição para várias reações químicas. Este é o chamado sonoquímica. reacções heterogéneas - e especialmente as reações de transferência de fase - são altamente potenciais campos de aplicação para o ultra-som de potência. Devido à energia mecânica e sonoquímica aplicado aos reagentes, reacções podem ser se iniciado, a velocidade de reacção pode ser significativamente melhorada, bem como maiores taxas de conversão, rendimentos mais elevados e melhores produtos pode ser conseguida. A escalabilidade linear de ultra-som e a disponibilidade de ultra-som confiável Industrial equipamentos tornam esta técnica uma solução interessante para a produção de produtos químicos.
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Célula de fluxo de vidro ultra-sônica

catálise de transferência de fase

Catálise de transferência de fase (PTC) é uma forma especial de catálise heterogênea e conhecida como metodologia prática para síntese orgânica. Ao utilizar um catalisador de transferência de fase, torna-se possível solubilizar reagentes iônicos, que são geralmente solúveis em uma fase aquosa mas insolúveis em uma fase orgânica. Isso significa que a PTC é uma solução alternativa para superar o problema de heterogeneidade em uma reação em que a interação entre duas substâncias localizadas em diferentes fases de uma mistura é inibida devido à incapacidade dos reagentes de se unirem. (Esen et al., 2010) As vantagens gerais da catálise de transferência de fase são os pequenos esforços para a preparação, procedimentos experimentais simples, condições de reação leves, altas taxas de reação, altas seletividades e o uso de reagentes baratos e ambientalmente benignos, como o amônio quaternário sais e solventes, e a possibilidade de realizar preparações em grande escala (Ooi et al., 2007).
Uma variedade de reacções de líquido-líquido e líquido-sólido foram intensificadas e fez selectiva usando fase de transferência simples (PT) catalisadores, tais como os quats, polietilenoglicol-400, etc, que permitem que espécies iónicas a ser transportados a partir de fase aquosa para fase orgânica. Assim, os problemas associados com a extremamente baixa solubilidade dos reagentes orgânicos na fase aquosa pode ser superada. Nas indústrias de pesticidas e produtos farmacêuticos, a PTC é usado extensivamente e mudou os fundamentos do negócio. (Sharma, 2002)

ultra-som de potência

A aplicação de ultra-som de potência é uma ferramenta bem conhecida para criar extremamente fina emulsões. Em química tais emulsões de tamanho fino extremamente são usados ​​para melhorar as reacções químicas. Isto significa que a área de contacto interfacial entre dois ou mais líquidos imiscíveis torna-se dramaticamente alargada e fornece, assim, um curso melhor, mais completa e / ou mais rápida da reacção.
Para a catálise de transferência de fase – o mesmo que para outras reações químicas - o suficiente energia cinética é necessário para iniciar a reação.
Isto tem vários efeitos positivos sobre a reacção química:

  • Uma reação química que normalmente não ocorrerá devido à sua baixa energia cinética pode começar por ultra-som.
  • reações químicas pode ser acelerada pela PTC ultra-som assistida.
  • evasão completa do catalisador de transferência de fase.
  • As matérias-primas pode ser usado mais eficiente.
  • Subprodutos pode ser reduzido.
  • A substituição de uma base forte perigosos custo intensivo com base inorgânica barato.

Por estes efeitos, a PTC é uma metodologia química de valor inestimável para a síntese orgânica a partir de duas e mais imiscíveis reagentes: transferência de fase catálise (PTC) permite a utilização de matérias-primas de processos químicos de forma mais eficiente e para produzir de forma mais rentável. O aumento de reacções químicas por PTC é uma ferramenta importante para a produção de substâncias químicas, que pode ser melhorado pelo uso de ultra-sons de forma dramática.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Cavitação no líquido

Exemplos de reacções promovidas por ultra-sons PTC

  • Stese de novo de N’- (4,6-di-substituo-pirimidin-2-il) -N- (5-aril-2-furoil) derivados de tioureia, utilizando PEG-400 sob ultra-sons. (Ken et al., 2005)
  • A síntese ultrassonicamente assistida de ácido mandélico por PTC no luido iico apresenta um melhoramento significativo no rendimento da reacção em condições ambientais. (Hua et al. 2011)
  • Kubo et ai. (2008) relatam a C-alquilação ultrassonicamente assistida de fenilacetonitrilo em um ambiente livre de solvente. O efeito dos ultrassons para promover a reacção foi atribuído ao extremamente grande área interfacial entre as duas fases líquidas. Ultra-som resulta numa taxa de reacção muito mais rapidamente do que a mistura mecânica.
  • Sonicação durante a reacção de tetracloreto de carbono com magnésio para a geração de resultados dichlorocarbene em um rendimento mais elevado de gem-dichlorocyclopropane na presença de olefinas. (Lin et al., 2003)
  • O ultra-som fornece a aceleração da reacção de Cannizzaro de P-chlorobenzaldehyde sob condições de transferência de fase. De três catalisadores de transferência de fase – cloreto de benziltrietilamónio (TEBA), Aliquat e 18-coroa-6 -, que foram testados por Polackova et al. (1996) TEBA verificou-se ser o mais eficaz. Ferrocenecarbaldehyde e P-dimethylaminobenzaldehyde deu, sob condições semelhantes, como o produto principal de 1,5-diaril-1,4-3-onas-pentadien.
  • Lin-Xiao et al. (1987) demonstraram que a combinação de ultra-sons e PTC promove eficazmente a geração de dichlorocarbene a partir de clorofórmio, em tempo mais curto com melhor rendimento e menor quantidade de catalisador.
  • Yang et al. (2012) investigaram o verde síntese, ultrassonicamente assistida de benzil 4-hidroxibenzoato de metilo usando 4,4-bis (tributylammoniomethyl) -1,1'-bifenil dicloreto de (QCL2) Como catalisador. Pelo uso de QCL2, Eles desenvolveram um duplo-sítio de transferência de fase catálise romance. Este sólido-líquido catálise de transferência de fase (SLPTC) foi realizada como processo em lotes com ultra-sons. Sob intensa sonicação, 33% de Q2 adicionado + contendo 45,2% de Q (Ph (OH) COO)2 foi transferido para a fase orgânica para reagir com brometo de benzilo, por conseguinte, a velocidade de reacção total foi aumentada. Esta taxa de reacção melhorado obteve-se 0,106 min-1 de sob 300W de irradiação ultra-sónica, ao passo que sem sonicação uma taxa de 0,0563 min-1 de foi observado. Desse modo, o efeito sinérgico de duplo sítio catalisador de transferência de fase com ultra-sons na área de catálise de transferência de fase tem sido demonstrada.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

Imagem 1: O UP200Ht é um 200 watts poderoso homogeneizador de ultra-som

Aperfeiçoamento de ultra-sons de fase de transferência assimétrica de Reacção

Com o objectivo de estabelecer um método prático para a síntese assimétrica de ácidos a-aminados e seus derivados Maruoka e Ooi (2007) investigaram “se a reactividade de sais de amónio quaternário quirais N-espiro pode ser aumentada e as suas estruturas simplificado. Uma vez que a irradiação de ultra-sons produz homogeneização, Ou seja, muito fina emulsões, Aumenta grandemente a área interfacial durante o qual a reacção pode ocorrer, o que poderia entregar aceleração taxa substancial nas reacções de transferência de fase líquido-líquido. Com efeito, sonicação da mistura de reacção de 2, iodeto de metilo, e (S, S) subunidade -naphtyl (1 mol%) em tolueno / KOH aquoso 50% a 0 graus C durante 1 h, deu origem ao produto de alquilação correspondente em 63% rendimento com 88% ee; o rendimento químico e enantiosselectividade foram comparáveis ​​com os de uma reacção levada a cabo por simples agitao da mistura durante oito horas (0 graus C, 64%, 90% ee) “. (Maruoka et al 2007;.. p 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

Esquema 1: Ultra-som aumenta a velocidade da reacção durante a síntese assimétrica de ácidos a-amino [Maruoka et al. de 2007]

Um outro tipo de reacção de uma catálise assimétrica é a reacção de Michael. A adição de Michael de dietilo N-acetil-aminomalonato de chalcona é influenciada positivamente por ultra-sons, que resulta em um aumento de 12% do rendimento (a partir de 72% obtida durante a reacção silenciosa até 82% sob ultra-sons). O tempo de reacção é de seis vezes mais rapidamente sob ultra-som de energia em comparação com a reacção sem ultra-som. O excesso enantiomérico (ee) não mudou e foi para ambas as reacções - com e sem ultra-sons - em 40% de ee. (Mirza-Aghayan et al., 1995)
Li et al. (2003) demonstrou que a reacção de Michael de chalconas como aceitadores com vários compostos activos de metileno tais como o malonato de dietilo, nitrometano, ciclo-hexanona, acetoacetato de etilo e acetilacetona como doadores catalisadas por KF / resultados de alumina básica em adutos com um rendimento elevado dentro de um tempo mais curto sob ultra-som irradiação. Em outro estudo, Li et al. (2002) demonstraram a síntese bem sucedida ultrassonicamente assistida de calconas catalisadas por KF-Al2O3.
Estas reacções PTC acima mostram apenas uma pequena gama de potencial de possibilidades e irradiação de ultra-sons.
O teste e avaliação de ultra-som sobre eventuais melhorias no PTC é muito simples. dispositivos de laboratório de ultra-som, como Hielscher de UP200Ht (200 watts) e sistemas de bancada, tal como de Hielscher UIP1000hd (1000 watts) permitir primeiros ensaios. (Ver figura 1 e 2)
Ultrasonic melhorou além Michael assimétrica (Clique para ampliar!)

Esquema 2: Ultrassonicamente assistida adição de Michael assimétrica de dietilo de N-acetil-aminomalonato de calcona [Török et al. 2001]

Produção eficiente competir no mercado Chemical

Usando ultra-som catálise de transferência de fase que você vai lucrar com um ou mais várias vantagens benéficos:

  • inicialização de reacções que de outro modo não são viáveis
  • aumento do rendimento
  • cortar de caros,, solventes apróticos anidros
  • redução do tempo de reacção
  • As temperaturas de reacção mais baixas
  • preparação simplificada
  • uso de metal alcalino aquoso, em vez de alcóxidos de metal alcalino, amida de sódio, hidreto de sódio ou sódio metálico
  • uso de matérias-primas mais baratas, especialmente oxidantes
  • mudança da selectividade
  • alteração de proporções de produtos (por exemplo O- / C-alquilação)
  • isolamento e purificação simplificada
  • o aumento do rendimento por suprimir reacções secundárias
  • simples, scale-up linear ao nível de produção industrial, mesmo com muito alto rendimento
UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogeneizador

Setup com 1000W processador ultra-sônico, célula de fluxo, tanque e bomba

testes simples e sem risco de efeitos de ultra-sons em Química

Para ver como as influências de ultra-som materiais e reações específicas, os primeiros testes de viabilidade pode ser realizado em pequena escala. ou de mão stand-montado dispositivos de laboratório na gama de 50 a 400 watts permitir a sonicação de amostras de pequeno e médio porte no copo. Se os primeiros resultados mostram possíveis realizações, o processo pode desenvolvido e optimizado na bancada com um processador ultra-industrial, v.g. UIP1000hd (1000 W, 20 kHz). sistemas de bancada ultra-sônicas de Hielscher com 500 watts para 2000 watts são os dispositivos ideais para R&D e optimização. Estes sistemas de ultra-som - projetados para copo e sonicação em linha – dar total controle sobre o parâmetro mais importante processo: Amplitude, pressão, temperatura, viscosidade e concentração.
O controle preciso sobre os parâmetros permite a reprodutibilidade exata e escalabilidade linear dos resultados obtidos. Depois de testar várias configurações, a configuração encontrada para ser melhor pode ser utilizada para executar de forma contínua (24h / 7d) sob as condições de produção. O PC-Control opcional (interface de software) também facilita a gravação dos ensaios individuais. Para a sonicação de líquidos inflamáveis ​​ou solventes em ambientes perigosos (ATEX, FM) a UIP1000hd está disponível em uma versão com certificação ATEX: UIP1000-EXD.

benefícios gerais de ultra-som em química:

  • A reacção pode ser acelerada ou pode ser requerida menos condições forçando se sonicação é aplicado.
  • períodos de indução são muitas vezes significativamente reduzida como são as exotermias normalmente associadas a tais reacções.
  • reacções sonoquímicos são frequentemente iniciada por ultra-sons, sem a necessidade de aditivos.
  • O número de passos que são normalmente necessários num rota sintética pode por vezes ser reduzida.
  • Em algumas situações, uma reacção pode ser dirigido para uma via alternativa.

Fale conosco / Peça informações

Fale conosco sobre suas necessidades de processamento. Recomendaremos os parâmetros de configuração e processamento mais adequados para seu projeto.





Por favor, note que o nosso Política de Privacidade.


Literatura / Referências

  1. Esen, Ilker et al. (2010): Cadeia Longa Dicationic fase de transferência de catalisadores nas reacções de condensação de Aldeídos Aromáticos em água sob Ultrasonic Efeito. Boletim da Sociedade coreana Chemical 31/8, 2010; pp. 2289-2292.
  2. Hua, P. et al. (2011): síntese de ácido mandélico por catálise de transferência de fase Ultrassonicamente-promovido em um líquido iónico. Em: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 18/5, 2011; pp. 1035-1037.
  3. Li, J.-T. et al. (2003): A reacção de Michael catalisada por KF / alumina básica sob irradiação de ultra-som. Ultrasonics Sonochemistry 10, 2003. pp. 115-118.
  4. Lin, Haixa et al. (2003): Um procedimento Facile para a geração de Dichlorocarbene a partir da reacção de tetracloreto de carbono e de magnésio usando ultra-som irradiação. In: Moléculas 8, 2003; pp. 608 -613.
  5. Lin-Xiao, Xu et al. (1987): Um novo método prático para a geração de dichlorocebene por irradiação ultra-sónica e de transferência de fase de catálise. Em: Acta Chimica Sinica, Vol. 04/05, 1987; pp. 294-298.
  6. Ken, Shao-Yong et al. (2005): transferência de fase catalisada por síntese sob irradiação ultra-sónica e bioactividade de N’- (4,6-di-substituo-pirimidin-2-il) -N- (5-aril-2-furoil) derivados de tioureia. In: Indian Journal of Chemistry Vol. 44B, de 2005; pp. 1957-1960.
  7. Kubo, Masaki et al. (2008): Cinética da isento de solvente, C-Alquilação de fenilacetonitrilo Usando irradiação de ultra-som. Engenharia Química Jornal Japão, Vol. 41, de 2008; pp. 1031-1036.
  8. Maruoka, Keiji et al. (2007): Avanços recentes em Catálise assimétrica Phase-Transfer. In: Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; pp. 4222-4266.
  9. Mason, Timothy et al. (2002): Sonochemistry Aplicada: as utilizações de ultra-som de energia em química e processamento. Wiley-VCH, Weinheim de 2002.
  10. Mirza-Aghayan, M. et al (1995): efeitos da irradiação de ultra-som na reacção assimétrica de Michael. Tetrahedron: Asymmetry 11/06, 1,995; pp. 2643-2646.
  11. Polackova, Viera et al. (1996): Ultrassom-promovido Cannizzaro reacção sob condições de transferência de fase. Em: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 01/03, 1996; pp. 15-17.
  12. Sharma, M. M. (2002): Estratégias de realização de reacções em pequena escala. engenharia seletividade e intensificação de processos. In: Química Pura e Aplicada, Vol. 74/12, de 2002; pp. 2265-2269.
  13. Török, B. et al. (2001): reacções assimétricas em sonoquímica. Ultrasonics Sonochemistry 8, 2001; pp. 191-200.
  14. Wang, Maw-Ling et al. (2007): Ultra-som de transferência de fase assistida epoxidação catalítica de 1,7-octadieno - Um estudo cinético. Em: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 14/1, 2007; pp. 46-54.
  15. Yang, H.-M .; Chu, W.-M. (2012): por ultra-som assistido Fase-Transfer Catalysis: Verde Síntese de Substituição Benzoato com novo catalisador duplo sítio Phase-Transfer in sólido-líquido do sistema. Em: Procedendo de 14 sº Asia Pacific Confederação de Química Congresso Engenharia APCChE de 2012.


Fatos, vale a pena conhecer

Homogeneizadores ultra-sônicos são muitas vezes referidos como sonicador de sonda, lyser ultra-sônico, disruptor de ultra-som, moedor ultra-sônico, sono-ruptor, sonifier, sonic dismembrator, disruptor celular, dispersor ultra-sônico ou dissolvente. Os termos diferentes resultam de várias aplicações que podem ser cumpridas pelo sonication.