Sonochimic îmbunătățit Diels-Alder Reacții

Reacțiile Diels-Alder sunt utilizate pe scară largă pentru sinteze chimice, unde trebuie formate legături atomice carbon-carbon. Ultrasonication și efectele sale sonochimice sunt extrem de eficiente în conducerea și promovarea Diels-Alder reacții rezultând randamente mai mari, semnificativ redus timp de reacție și, în același timp, fiind parte a chimiei verzi ecologice.

Reacție Diels-Alder îmbunătățită sonochimic pentru chimia verde

Reacțiile Diels-Alder sunt reacții chimice, în care se formează legături între atomii de carbon. Reacția Diels-Alder este clasificată ca o cicloadiție termică permisă [4 + 2] [_π4_s + _π2_s]. Deoarece sinteza organică asistată cu ultrasunete este o cale sintetică verde și eficientă, care îmbunătățește ratele de reacție, randamentele și selectivitatea reacțiilor, sonicare este o tehnică simplă și fiabilă utilizată pe scară largă în laboratoare și producția industrială. Adesea, calea promovată sonochimic facilitează transformarea organică în condiții ambientale care altfel necesită condiții drastice de temperatură și presiune, ceea ce ajută la economisirea costurilor cu energia și transformă sinteza chimică într-o procedură de economisire.

Reacție cu ultrasunete Diels-Alder folosind solvenți eutectici adânci

Solvenții eutectici adânci (DES) sunt soluții de acizi Lewis sau Brønsted și baze care formează un amestec eutectic. Deoarece solvenții eutectici adânci sunt neinflamabili, au presiuni scăzute ale vaporilor și toxicitate și sunt adesea fabricați din compuși naturali, aceștia sunt o alternativă de solvent mai ecologică. Ultrasonication și solvenți eutectici adânci sunt cunoscute pentru a lucra sinergic împreună și, prin urmare, sunt utilizate pentru sinteza chimică, precum și în extracția cu ultrasunete. Utilizarea solvenților eutectici adânci este benefică și în reacțiile Diels-Alder promovate ultrasonically. De exemplu, sonicare este utilizat pentru a promova reacția Diels-Alder folosind N-etilmaleimidă ca dienofil, schimbarea naturii dienei în solvenți eutectici adânci (DES) sub ambele încălzire convențională și activare cu ultrasunete.
Utilizarea activării cu ultrasunete în combinație cu solvenți eutectici adânci sa dovedit benefică, oferind randamente bune în timpi de reacție reduse drastic.

Ultrasonically îmbunătățit Diels-Alder reacție.
schemă adaptată după Marullo et al., 2020

Procedura generală pentru reacția Diels-Alder folosind DES și sonicare

Ultrasonically-promovat Diels-Alder reacții au fost efectuate prin introducerea sonda cu ultrasunete (sonotrode / corn) în vasul de reacție. Folosind o sondă cu ultrasunete cu vârful diametrului de 0,5 cm, puterea nominală de ieșire a fost de 70 W. Reacțiile au fost efectuate la 40 ° C aplicând modul inpuls sonicare cu cicluri 5 sec ON și 20 sec OFF. Reacția Diels-Alder intensificată ultrasonically a dat randamente bune într-un timp mult mai scurt decât în condiții silențioase (70 min și 24 h pentru reacții sonochimice și, respectiv, silențioase).
Pentru a evalua eficiența energetică a reacției Diels-Alder intensificate sonochimic, au fost comparate consumul de energie pentru reacția Diels-Alder promovată ultrasonically și ultrasonically. Calculele au dat un consum de 35,094 kJ / g pentru reacția silențioasă și 28.4 kJ / g pentru reacția ultrasonically asistată (corn ultrasonic cu o putere de ieșire de 70 W energie netă), respectiv. Acest lucru are ca rezultat o economie de 99% din energie pentru reacția Diels-Alder condusă sonochimic. Toate aceste observații sugerează cu tărie că utilizarea combinată a solvenților eutectici adânci (DES) și iradierea ultrasonication este o metodologie eficientă și de economisire a energiei pentru procese sintetice importante, ar fi reacția Diels-Alder. (Marullo și colab., 2020)

Efectul diferitelor solvenți eutectici adânci în combinație cu sonicare

Cele mai bune rezultate pentru reacția Diels-Alder promovată ultrasonically au fost obținute, atunci când solvenții eutectici adânci [ChCl]:[Fru] și [TBACl]:[EG] sunt utilizați ca solvenți. Utilizarea [ChCl]:[Fru] și [TBACl]:[EG] ca solvenți a permis reduceri semnificative ale timpului de reacție, precum și îmbunătățiri semnificative ale randamentului (pentru [TBACl]:[EG] 73% și 87%, iar pentru [ChCl]:[Fru] 23 și 75% în condiții silențioase și, respectiv, sonochimice).
În unele cazuri, și anume atunci când [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly] și [AcChCl]:[EG] sunt utilizate ca solvenți, randamentele sunt comparabile cu cele obținute în condiții silențioase, dar rata procesului chimic este încă îmbunătățită drastic prin sonicare.
Sonicare funcționează foarte bine cu presiune scăzută a vaporilor și solvenți vâscoși, cum ar fi lichidele ionice (IL), deoarece aceste condiții facilitează generarea de efecte de cavitație mai inetnse. Deoarece solvenții eutectici adânci posedă proprietăți fizice similare cu lichidele ionice, ele pot fi utilizate în mod adecvat împreună cu ultrasonication. Interacțiunea combinată a solvenților eutectici adânci (DES) și sonicare scade semnificativ cererea energetică a reacției Diels-Alder. Se pot observa reduceri semnificative ale timpului de reacție de la 24 h la 70 min, oferind în același timp randamente foarte bune. În ceea ce privește eficiența procesului, aceasta înseamnă că utilizarea combinată a solvenților eutectici adânci (DES) și ultrasonication permite procesarea unei cantități de materiale de 10 ori mai mare decât în condiții silențioase. (Marullo și colab., 2020)

Diels-Alder cu ultrasunete Reacția alchenelor oxabiciclice

Wei și colegii (2004) au arătat că ultrasonication promovat reacția Diels-Alder a furanilor substituiți cu dienofili reactivi, ar fi dimetil acetilendicarboxilat (DMAD) și maleat de dimetil a oferit alchene oxabiciclice funcționalizate în randamente bune. Reacția promovată ultrasonically a cicloadiției regiospecifice furano Diels-Alder a furanilor 2-vinilici cu DMAD furnizat alchene oxabiciclice funcționalizate în randament bun.

Reacții de cicloadiție îmbunătățite sonochimic

Bravo și colegii săi (2006) au descris o serie de cicloadiții sonochimice care implică fie ciclopentadienă, fie 1,3-ciclohexadienă cu dienofile carbonil într-un lichid ionic pe bază de imidazoliu ca mediu de reacție. Ei au demonstrat că ultrasonication îmbunătățește în mod eficient aceste reacții de cicloadiție, rezultând randamente mai mari și / sau timpi de reacție reduse în comparație cu reacțiile silențioase corespunzătoare. De exemplu, pentru simplu α,β- dienofile nesaturate, ar fi metil vinil cetonă sau acroleină efectele activării cu ultrasunete sunt evidente. De exemplu, metil vinil cetonă dă naștere la 89% randament în termen de 1 h de sonicare ușoară, în timp ce reacția silențioasă a oferit doar 52% în același timp de reacție.

Ultrasonicators la orice dimensiune pentru reacții Diels-Alder promovate sonochimic

Hielscher Ultrasonics proiectează, produce și distribuie omogenizatoare de tip sondă cu ultrasunete de înaltă performanță și echipamente sonochimice pentru integrarea în sisteme chimice, ar fi reacțiile de sinteză și cataliză. Hielscher ultrasonicators sunt folosite la nivel mondial ca instrument de încredere pentru a promova, intensifica, accelera și îmbunătăți reacțiile chimice.
Hielscher Ultrasonics’ Procesoarele cu ultrasunete sunt disponibile la orice dimensiune, de la dispozitive mici de laborator la procesoare industriale mari pentru aplicații chimice lot și flux. Reglarea precisă a amplitudinii ultrasonice – Cel mai important parametru pentru aplicațiile sonochimice – permite operarea ultrasonicators Hielscher la amplitudini mici până la foarte mari și pentru a regla fin amplitudinea exact la condițiile de proces cu ultrasunete necesare ale sistemului de reacție chimică specifică.
Generatorul cu ultrasunete Hielscher dispune de un software inteligent cu protocolare automată a datelor. Toți parametrii importanți de procesare, ar fi energia cu ultrasunete, temperatura, presiunea și timpul sunt stocate automat pe un card SD încorporat imediat ce dispozitivul este pornit.
Monitorizarea proceselor și înregistrarea datelor sunt importante pentru standardizarea continuă a proceselor și calitatea produselor. Prin accesarea datelor de proces înregistrate automat, puteți revizui rulările sonicare anterioare și puteți evalua rezultatul.
O altă caracteristică ușor de utilizat este controlul de la distanță al browserului sistemelor noastre digitale cu ultrasunete. Prin intermediul controlului de la distanță al browserului puteți porni, opri, regla și monitoriza procesorul cu ultrasunete de la distanță de oriunde.
Contactați-ne acum pentru a afla mai multe despre omogenizatoarele noastre cu ultrasunete de înaltă performanță vă pot îmbunătăți reacția de sinteză organică, ar fi reacțiile Diels-Alder, reacțiile Mannich sau adăugarea Michael, printre multe altele!

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre: