Sonochemically îmbunătățit diels-arin reacții

Reacțiile Diels-Alder sunt utilizate pe scară largă pentru sintează chimică, unde trebuie formate legături atomice carbon-carbon. Ultrasonication și efectele sale sonochimice sunt foarte eficiente în conducerea și promovarea reacțiilor Diels-Alder care rezultă în randamente mai mari, timp de reacție redus semnificativ și, în același timp, făcând parte din chimia verde ecologic.

Sonochemically-Enhanced Diels-Alder reacție pentru chimie verde

Reacțiile Diels-Alder sunt reacții chimice, în care se formează legături între atomii de carbon. Reacția Diels-Alder este clasificată ca un cycloaddition permis termic [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 producție 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-arin 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 nu sunt inflamabili, posedă presiuni scăzute de vapori și toxicitate și sunt adesea consemnați din compuși naturali, ei sunt o alternativă de solvent mai economizoare și mai ecologică. Ultrasonication și solvenți eutectici profunde 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-etilmaleimide ca dienofil, schimbarea naturii dienei în solvenți eutectici adânci (DES) sub încălzire convențională și activare cu ultrasunete.
Folosind activarea cu ultrasunete în combinație cu solvenți eutectici adânci s-au dovedit benefice 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 sondei 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 aplicarea modului de sonicare inpulse cu 5 sec ON și 20 sec OFF cicluri. 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 silențioase, respectiv).
Pentru a evalua eficiența energetică a reacției Diels-Alder intensificată sonochimic, consumul de energie pentru reacția silențioasă și ultrasonically-promovat Diels-Alder au fost comparate. Calculele au dat un consum de 35,094 kJ / g pentru reacția silențioasă și 28,4 kJ / g pentru reacția ultrasonically asistată (corn cu ultrasunete cu o putere de ieșire de 70 W energie netă), respectiv. Acest lucru duce la un 99% din energia economisită 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, cum ar fi reacția Diels-Alder. (Marullo et al., 2020)

Efectul diferiților solvenți eutectici adânci în combinație cu Sonicare

Cele mai bune rezultate pentru ultrasonically-promovat Diels-Alder reacție au fost obținute, atunci când solvenții eutectici profunde [ChCl]:[Fru] și [TBACl]:[EG] sunt utilizate ca solvenți. Utilizarea [ChCl]:[Fru] și [TBACl]:[EG] ca solvenți au oferit reduceri semnificative ale timpului de reacție, precum și îmbunătățiri semnificative ale randamentului (pentru [TBACl]:[EG] 73% și 87%, iar pentru [ChCl]:[Fru] 23 și, respectiv, 75% în condiții silențioase și 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 lichide ionice (ILs), deoarece aceste condiții facilitează generarea de efecte de cavitație mai inetnse. Deoarece solvenții eutectici adânci posedă proprietăți fizice similare lichidelor ionice, ele pot fi utilizate în mod corespunzător împreună cu ultrasonication. Interacțiunea combinată a solvenților eutectici adânci (DES) și sonicare scade semnificativ cererea energetică a reacției Diels-Alder. Reduceri sigmificante ale timpului de reacție de la 24 h la 70 min pot fi observate în timp ce oferă 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 et al., 2020)

Reacție diels-arin cu ultrasunete de Alkenes Oxabiciclic

Wei și colegii (2004) au arătat că ultrasonication promovat reacția Diels-Alder de furani substituite cu dienofile reactive, cum ar fi dimetil acetilenedicarboxilat (DMAD) și dimetil maleat oferit funcționalizat alchene oxabiciclice în randamente bune. Reacția ultrasonically-promovat de furano diels-arin cycloaddition regiospecifice de furani 2-vinilic cu DMAD mobilate alchene oxabiciclice funcționalizate în randament bun.

Sonochemically îmbunătățit cycloaddition reacții

Bravo și colegii săi (2006) au descris o serie de cicloloadditions sonochimice care implică fie ciclopentadiene, fie 1,3-ciclohexadien cu dienofile de carbonil într-un lichid ionic pe bază de imidazol ca mediu de reacție. Ei au demonstrat că Ultrasonication îmbunătățește în mod eficient aceste reacții cycloaddition care rezultă în randamente mai mari și / sau timpi de reacție reduse în comparație cu reacțiile silențioase corespunzătoare. De exemplu, pentru α simplu,β- dienofile nesaturate, cum 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 reacțiile sonochimic promovate diels-arin

Hielscher Ultrasonics proiectează, produce și distribuie omogenizatoare de înaltă performanță de tip sondă cu ultrasunete și echipamente sonochimice pentru integrarea în sistemele chimice, cum ar fi reacțiile de sinteză și cataliza. Hielscher ultrasonicators sunt utilizate la nivel mondial ca instrument fiabil pentru a promova, intensifica, accelera și îmbunătăți reacțiile chimice.
Hielscher Ultrasonics’ procesoare cu ultrasunete sunt disponibile la orice dimensiune de la dispozitive de laborator mici la procesoare industriale mari pentru aplicații de chimie lot și flux. Ajustarea precisă a amplitudinii cu ultrasunete – cel mai important parametru pentru aplicații sonochimice – permite să opereze ultrasonicators Hielscher la amplitudini mici până la foarte mari și pentru a regla fin amplitudinea exact la condițiile necesare procesului cu ultrasunete a 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 de îndată 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 executarea sonicare anterioară și evaluarea rezultatului.
O altă caracteristică ușor de utilizat este controlul de la distanță al browser-ului sistemelor noastre cu ultrasunete digitale. Prin intermediul controlului de la distanță browser-ul puteți porni, opri, ajusta 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, cum ar fi reacțiile Diels-Alder, reacțiile Mannich sau adăugarea michael printre multe altele!

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