Hielscher ultrasunete tehnologie

Ultrasonically Indusă și faza îmbunătățită cataliză de transfer

putere cu ultrasunete de înaltă este bine-cunoscut pentru contribuția sa la diverse reacții chimice. Acesta este așa-numitul Sonochemistry. Reacțiile heterogene - și mai ales reacțiile de transfer de fază - sunt extrem de potențiale domenii de aplicare pentru putere cu ultrasunete. Datorită energiei mecanice și sonochimice aplicate reactivilor, reacțiile pot fi inițiate obține, viteza de reacție poate fi îmbunătățită în mod semnificativ, precum și rate de conversie mai mari, randamente mai mari și produse mai bune pot fi atinse. Scalabilitatea liniară de ultrasunete și disponibilitatea de ultrasunete fiabile Industrial echipamente pentru a face aceasta tehnica o soluție interesantă pentru producția chimică.
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Celula cu ultrasunete de flux de sticlă

cataliza cu transfer de fază

Cataliza transferului de fază (PTC) este o formă specială de cataliză eterogenă și este cunoscută ca o metodologie practică pentru sinteza organică. Prin utilizarea unui catalizator de transfer de fază, devine posibilă solubilizarea reactanților ionici, care sunt adesea solubili într-o fază apoasă, dar insolubili într-o fază organică. Aceasta înseamnă că PTC este o soluție alternativă pentru depășirea problemei de eterogenitate într-o reacție în care interacțiunea dintre două substanțe situate în diferite faze ale unui amestec este inhibată din cauza incapacității reactivilor de a se uni. (Esen et al., 2010) Avantajele generale ale catalizei de transfer de fază sunt eforturile mici de pregătire, proceduri experimentale simple, condiții de reacție ușoară, rate de reacție ridicată, selectivități ridicate și utilizarea unor reactivi ieftini și benigni din punct de vedere al mediului, cum ar fi amoniu cuaternar sărurile și solvenții și posibilitatea de a efectua preparate la scară largă (Ooi et al., 2007).
O varietate de reacții lichid-lichid și lichid-solid au fost intensificate și realizate selectiv prin utilizarea simplu transfer de faza (PT) catalizatori, cum ar fi compuși cuaternari, polietilenglicol-400, etc., care permit speciilor ionice să fie transportate cu vaporul din faza apoasă la fază organică. Astfel, problemele asociate cu solubilitate extrem de scăzută a reactanților organici în faza apoasă poate fi depășită. In industria de pesticide și farmaceutice, PTC este utilizat pe scară largă și a schimbat fundamentele de afaceri. (Sharma 2002)

Putere ultrasunete

Aplicarea puterea ultrasunetelor este un instrument bine-cunoscut pentru a crea extrem de fin emulsiile. În chimie astfel de emulsii extrem de fine de dimensiuni sunt folosite pentru a spori reacțiile chimice. Aceasta înseamnă că zona de contact interfacial între două sau mai multe lichide nemiscibile devine dramatic la scară mărită și oferă astfel un curs mai bun, mai complet și / sau mai rapidă a reacției.
Pentru cataliza cu transfer de fază – Este nevoie de suficientă energie cinetică pentru a începe reacția - aceeași ca și pentru alte reacții chimice.
Acest lucru are mai multe efecte pozitive în ceea ce privește reacția chimică:

  • O reacție chimică, care în mod normal, nu va avea loc din cauza energia cinetică scăzută poate începe prin ultrasonare.
  • Reacțiile chimice poate fi accelerată prin ultrasonically-asistata PTC.
  • evitarea completă a catalizatorului de transfer de fază.
  • Materiile prime pot fi utilizate mai eficient.
  • Produsele secundare pot fi reduse.
  • Înlocuirea costisitoare bază puternică periculoase cu bază anorganică ieftin.

Prin aceste efecte, PTC este o metodologie chimică extrem de important pentru sinteza organică de două și mai multe imiscibile reactanți: transfer de faze cataliza (PTC) permite utilizarea materiilor prime proceselor chimice mai eficient și pentru a produce mai rentabil. Consolidarea reacțiilor chimice prin PTC este un instrument important pentru producția de produse chimice, care poate fi îmbunătățită prin utilizarea de ultrasunete dramatic.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Cavitația în lichid

Exemple de reacții PTC promovate ultrasunetelor

  • Sinteza noii N“- (4,6-disubstituiți-pirimidin-2-il) -N- (5-aril-2-furoil) derivați de tiouree folosind PEG-400 sub ultrasonare. (Ken și colab. 2005)
  • Sinteza ultrasonically asistată de acid mandelic prin PTC în lichid ionic prezintă o îmbunătățire semnificativă a randamentelor de reacție în condiții ambiante. (Hua și colab., 2011)
  • Kubo și colab. (2008) raportează ultrasonically asistată C-alchilarea fenilacetonitril într-un mediu fără solvenți. Efectul ultrasunete pentru a promova reacția a fost atribuită zonei extrem de mare interfacială între cele două faze lichide. Ultrasonication are ca rezultat o viteză de reacție mult mai rapid decât amestecare mecanică.
  • Sonicare în timpul reacției de tetraclorură de carbon cu magneziu pentru generarea rezultatelor dichlorocarbene într-un randament mai mare de gem-dichlorocyclopropane în prezența olefinelor. (Lin și colab., 2003)
  • Ultrasunete asigură accelerarea reacției Cannizzaro a P-chlorobenzaldehyde în condiții de transfer de fază. Trei catalizatori de transfer de fază – clorură de benziltrietilamoniu (TEBA), Aliquat și 18-coroană-6 -, care au fost testate de Polácková et al. (1996) TEBA sa dovedit a fi cea mai eficientă. Ferrocenecarbaldehyde și P-dimethylaminobenzaldehyde a dat, în condiții similare, ca produs principal 1,5-diaril-1,4-3-one-pentadien.
  • Lin-Xiao și colab. (1987) au arătat că asocierea ultrasonication și PTC promovează în mod eficient generarea de dichlorocarbene din cloroform în timp mai scurt, cu o mai bună productivitate și o cantitate mai mică de catalizator.
  • Yang și colab. (2012) au investigat sinteza verde, ultrasunetelor-asistată de benzii 4-hidroxibenzoat folosind 4,4'-bis (tributylammoniomethyl) -1,1 bifenil diclorura (QCL2) Drept catalizator. Prin utilizarea QCL2, Ei au dezvoltat un roman dual-site-ul de transfer de fază cataliza. Această catalizei de transfer de fază solid-lichid (SLPTC) a fost realizată ca proces discontinuu cu ultrasonare. Sub sonicare intens, 33% din Q2 adăugat + conținând 45,2% din Q (Ph (OH) COO)2 a transferat în faza organică pentru a reacționa cu bromura de benzii, prin urmare, rata globală de reacție a fost îmbunătățită. Această viteză de reacție îmbunătățită a fost obținută 0,106 min-1 de sub 300W de iradiere cu ultrasunete, în timp ce fără sonicare o rată de 0,0563 min-1 de a fost observat. Prin aceasta, efectul sinergetic al dublu situs catalizator de transfer de fază cu ultrasunete în cataliza cu transfer de fază a fost demonstrată.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

Imaginea 1: UP200Ht este un puternic de 200 wați omogenizator cu ultrasunete

Cu ultrasunete Creșterea Asymmetric Faza Reacția de transfer

În scopul stabilirii unei metode practice pentru sinteza asimetrică a unui-aminoacizi și derivații lor Maruoka și Ooi (2007) au investigat „dacă reactivitatea săruri cuaternare de amoniu chirale N-spiro ar putea fi îmbunătățite și structurile lor simplificate. Deoarece iradierea cu ultrasunete produce omogenizarea, Care este, foarte fin emulsiile, Crește foarte mult aria interfacială peste care poate avea loc reacția, care ar putea furniza rata de accelerare substanțială în reacțiile de transfer de fază lichid-lichid. Intr-adevar, sonicarea amestecului de reacție de 2, iodură de metil și (S, S) subunitatea -naphtyl (1 mol%) în toluen / KOH apos 50% la 0 ° C, timp de 1 oră a dat naștere la produsul de alchilare corespunzător în 63% randament cu 88% ee; randamentul chimic și enantioselectivitatea au fost comparabile cu cele dintr-o reacție efectuată prin agitarea simplă a amestecului timp de opt ore (0 degC, 64%, 90% ee).“(Maruoka et al 2007. p. 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

Schema 1: Ultrasonication mărește viteza de reacție în timpul sinteza asimetrică a-aminoacizi [Maruoka et al. 2007]

Un alt tip de reacție a unui cataliza asimetrică este reacția Michael. Adiția Michael de dietil N-acetil-aminomalonatul la chalconsintaze este influențată pozitiv de ultrasonicare care are ca rezultat o creștere de 12% a randamentului (de la 72% obținută în timpul reacției tăcut până la 82% sub ultrasonare). Timpul de reacție este de șase ori mai repede sub puterea ultrasunetelor, comparativ cu reacția fără ultrasunete. Excesul enantiomeric (ee) nu sa schimbat și a fost pentru ambele reacții - cu și fără ultrasunete - la 40% ee. (Mirza-Aghayan și colab., 1995)
Li și colab. (2003) a demonstrat că reacția Michael calconelor ca acceptoare cu diferiți compuși metilenici activi cum ar fi dietil malonat, nitrometan, ciclohexanona, etilacetoacc și acetilacetonei ca donatori catalizate de KF rezultat alumină / bază în aducte cu randament ridicat într-un timp mai scurt sub ultrasunete iradiere. Intr-un alt studiu, Li și colab. (2002) au demonstrat cu succes sinteza ultrasonically-asistata calconelor catalizate de KF-Al2O3.
Aceste reacții PTC mai sus arată doar o gamă mică de potențialul și posibilitățile de iradiere cu ultrasunete.
Testarea și evaluarea ultrasunete cu privire la posibile îmbunătățiri în PTC este foarte simplu. Dispozitivele de laborator cu ultrasunete, cum ar fi lui Hielscher Uf200 ः t (200 W) și sisteme de banc-top, cum ar fi lui Hielscher Uip1000hd (1000 W) permit primele încercări. (Vezi imaginea 1 și 2)
Cu ultrasunete îmbunătățit asimetric Michael plus (Click pentru a mari!)

Schema 2: ultrasonically asistată asimetric Michael adăugarea de dietil N-acetil-aminomalonatul la chalconsintaze [Török et al. 2001]

Producția eficientă a concura pe piața chimică

Folosind ultrasunete de transfer de fază va profita de unul sau mai multe avantaje diferite benefice:

  • inițializarea reacțiilor care nu sunt altfel fezabile
  • creșterea randamentului
  • reduce solvenților scumpi, anhidri aprotice
  • reducerea timpului de reacție
  • Temperaturile de reacție mai scăzute
  • preparare simplificată
  • utilizarea de metal alcalin apos în loc de alcoxizi de metale alcaline, amidă de sodiu, hidrură de sodiu sau sodiu metalic
  • utilizarea de materii prime mai ieftine, în special oxidanți
  • schimbare a selectivității
  • schimbarea raporturilor de produs (de exemplu, O- / C-alchilare)
  • izolare și purificare simplificată
  • cresterea randamentului prin suprimarea reacțiilor secundare
  • simplu, liniar scala de până la nivelul producției industriale, chiar si cu randament foarte mare
UIP1000hd Bench-Top ultrasunete omogenizator

Setup cu 1000W procesor cu ultrasunete, celulă de debit, rezervor si pompa

testare simplă și fără risc de efecte cu ultrasunete în chimie

Pentru a vedea cum influențează cu ultrasunete materiale și reacții specifice, primele teste de fezabilitate pot fi efectuate la o scară mică. Dispozitive de laborator sau portabile stand-montat în intervalul de la 50 la 400 wați permit sonicarea probelor mici și mijlocii în paharul de laborator. Dacă primele rezultate arată potențiale realizări, procesul poate dezvoltat și optimizat în bench-top, cu un procesor ultrasonic industrial, de ex Uip1000hd (1000W, 20kHz). Sisteme de banc-top cu ultrasunete Hielscher lui cu 500 de wați la 2000 de wați sunt ideale pentru dispozitivele R&D și de optimizare. Aceste sisteme cu ultrasunete - concepute pentru pahar de laborator și sonicare inline – da un control deplin asupra cel mai important parametru de proces: Amplitudine, presiune, temperatura, vascozitate si concentrare.
Controlul precis asupra parametrilor permite reproductibilitate exactă și scalabilitate liniară a rezultatelor obținute. După testarea diferitelor configurații, configurația dovedit a fi cel mai bine poate fi folosit pentru a rula continuu (24h / 7d), în condiții de producție. Opțional PC-Control (interfață software), de asemenea, facilitează înregistrarea studiile individuale. Pentru sonicare de lichide inflamabile sau solvenți în medii periculoase (ATEX, FM) Uip1000hd este disponibil într-o versiune certificate ATEX: UIP1000-exd.

beneficii generale din ultrasonicare în chimie:

  • O reacție poate fi accelerată sau pot fi necesare condiții mai puțin forțându dacă se aplică sonicare.
  • Perioade de inducție sunt adesea semnificativ reduse ca sunt exoterme în mod normal asociate cu astfel de reacții.
  • Reacțiile sonochimice sunt adesea inițiate de ultrasunete, fara a fi nevoie de aditivi.
  • Numărul de pași care sunt în mod normal, necesare într-o cale de sinteză poate fi uneori redusă.
  • In unele situatii de reacție poate fi direcționat către o cale alternativă.

Contactati-ne / cere mai multe informații

Vorbeste cu noi despre cerințele dumneavoastră de prelucrare. Vă vom recomanda cele mai potrivite de instalare și de prelucrare a parametrilor pentru proiectul dumneavoastră.





Vă rugăm să rețineți Politica de confidentialitate.


Literatura / Referințe

  1. Esen, Ilker și colab. (2010): lanț lung Dicationic Phase Transfer Catalizatori în reacțiile de condensare ale Aldehide aromatice in apa sub ultrasunete Efect. Buletinul Societății Chimice coreene 31/8, 2010; pp. 2289-2292.
  2. Hua, Q. și colab. (2011): ultrasunetelor-promovat sinteza acidului mandelic prin cataliză cu transfer de fază într-un lichid ionic. În: ultrasunetelor Sonochemistry Vol. 18/5, 2011; pp. 1035-1037.
  3. Li, J.-T. și colab. (2003): Michael Reacția catalizată de KF / alumină bazică sub iradiere cu ultrasunete. Ultrasonics Sonochemistry 10, 2003. pp. 115-118.
  4. Lin, Haixa și colab. (2003): O procedură Facile pentru generarea Dichlorocarbene din reacția tetraclorura de carbon și magneziu folosind ultrasunete Iradierea. În: Molecule 8, 2003; pp. 608 -613.
  5. Lin-Xiao, Xu și colab. (1987): Un roman metodă practică pentru generarea dichlorocebene prin iradiere cu ultrasunete și transfer de fază cataliza. In: Acta Chimica Sinica, Voi. 5/4, 1987; pp. 294-298.
  6. Ken, Shao-Yong și colab. (2005): transfer de faze catalizată sinteza prin iradiere cu ultrasunete și bioactivitatea N“- (4,6-disubstituiți-pirimidin-2-il) -N- (5-aril-2-furoil) derivați de tiouree. In: Indian Journal of Chemistry Voi. 44B, 2005; pp. 1957-1960.
  7. Kubo, Masaki și colab. (2008): Cinetica Solvent-Free C-Alchilarea fenilacetonitril Folosind ultrasunete Iradierea. Inginerie Chimică Journal Japonia, Voi. 41, 2008; pp. 1031-1036.
  8. Maruoka, Keiji și colab. (2007): Progresele recente în faza Asymmetric-cataliză de transfer. În: Angew. Chem. Int. Ed., Voi. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; pp. 4222 - 4266.
  9. Mason, Timothy și colab. (2002): Sonochemistry aplicată: utilizările de ultrasunete de putere în chimie și de prelucrare. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  10. Mirza-Aghayan, M. și colab (1995): ultrasunet Efectele iradierii asupra reacției Asymmetric Michael. Tetrahedron: Asymmetry 6/11, 1995; pp. 2643-2646.
  11. Polácková, Viera și colab. (1996): ultrasunete promovat Cannizzaro reacție în condiții de transfer de fază. În: ultrasunetelor Sonochemistry Vol. 3/1, 1996; pp. 15-17.
  12. Sharma, M. M. (2002): Strategii de efectuarea reacțiilor la scară mică. inginerie Selectivitatea și procesul de intensificare. In: Chimie Pură și Aplicată, Voi. 74/12, 2002; pp. 2265-2269.
  13. Török, B. și colab. (2001): reacții de asimetrici în Sonochemistry. Ultrasonics Sonochemistry 8, 2001; pp. 191-200.
  14. Wang, Maw-Ling și colab. (2007): Ultrasunete de transfer de fază asistată epoxidarea catalitică a 1,7-octadienă - Un studiu cinetic. În: ultrasunetelor Sonochemistry Vol. 14/1, 2007; pp. 46-54.
  15. Yang, H.-M .; Chu, W.-M. (2012): Ultrasunete-Assisted Phase-Transfer Catalysis: Verde Sinteza benzoatului substituite cu Catalyst Novei Dual-Site Phase-Transfer in Sistem solid-lichid. In: Procedînd s 14lea Asia Pacific Confederația Inginerie Chimică Congresul APCChE 2012.


Ce trebuie să știți

omogenizatoare de țesut cu ultrasunete sunt adesea denumite sonicator sondă, lyser sonic, disruptor ultrasunete, polizor cu ultrasunete, sono-ruptor, sonicator, Dismembrator sonic, dislocator celular, dispersor cu ultrasunete sau dizolvant. Diferitele termeni rezultă din diversele aplicații care pot fi îndeplinite prin sonicare.