Органокаталитические реакции, вызванные ультразвуком

В органической химии органокатализ — это форма катализа, при которой скорость химической реакции увеличивается органическим катализатором. Этот “органокаталистик” состоит из углерода, водорода, серы и других неметаллических элементов, обнаруженных в органических соединениях. Применение мощного ультразвука к химическим системам известно как сонохимия и хорошо зарекомендовав себя методом увеличения выходов, улучшения скорости реакции и ускорения скорости реакции. При ультразвуковой атаке часто становится возможным переключать химические пути, избегая нежелательных побочных продуктов. Сонохимия может способствовать органокаталитическим реакциям, делая их более эффективными и экологически чистыми.

Асимметричный органокатализ – Улучшено с помощью ультразвука

Сонохимия, применение высокоэффективного ультразвука в химических системах, может значительно улучшить органокаталитические реакции. Асимметричный органокатализ в сочетании с ультразвуком часто позволяет трансформировать органокатализ в более экологичный путь, тем самым подпадая под терминологию зеленой химии. Ультразвуковая продукция ускоряет (асимметричную) органокатлитическую реакцию и приводит к более высоким выходам, более быстрым скоростям конверсии, более легкой изоляции / очистке продукта и улучшению селективности и реакционной способности. Помимо улучшения кинетики реакции и выхода, ультразвук часто можно комбинировать с устойчивыми реакционными растворителями, такими как ионные жидкости, глубокие эвтектические растворители, мягкие, нетоксичные растворители и вода. Таким образом, сонохимия не только улучшает саму (асимметричную) органокатлитическую реакцию, но и способствует устойчивости органокаталитических реакций.

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Ultrasonic probe for sonochemical initiation and acceleration of organocatalytic reaction with higher yields

Ультразвук способствует органокаталитическим реакциям, что приводит к улучшению скорости конверсии, повышению урожайности и селективности.

Исследования показали многочисленные примеры сонохимически интенсификации орагнокаталитических реакций. Например, двухцепочечные молекулы ДНК в качестве хирального каркаса используются для сборки металлических биомакромолекулярных гибридных катализаторов для асимметричных реакций синтеза. Катализаторы на основе G-квадруплекса на основе ДНК были применены в асимметричном добавлении Майкла, реакциях Дильса-Олдера и Фриделя-Крафтса. (ср. Чжао и Шэнь, 2018)
Для реакции, способствующей инидию, ультразвук показывает положительные эффекты, поскольку сонохимическая реакция протекает в более мягких условиях, тем самым сохраняя высокие уровни диастероселекции. С помощью сонохимического пути были достигнуты хорошие результаты по органокаталитическому синтезу β-лактамных углеводов, β-аминокислот и спиродикетопиперазинов из сахарных лактонов, а также аллилирование и реформатские реакции на оксимовые эфиры.

Ультразвуковой синтез органокаталитических препаратов

Rogozińska-Szymczak и Mlynarski (2014) сообщают об асимметричном добавлении Майклом 4-гидроксикумарина к α β-ненасыщенным кетонам на воде без органических сорастворителей – катализируется органическими первичными аминами и ультразвуком. Применение энантиомерный чистый (S,S)-дифенилэтилендиамин обеспечивает ряд важных фармацевтически активных соединений с хорошими и отличными выходами (73-98%) и с хорошей энантиоселективностью (до 76% ee) посредством реакций, ускоренных ультразвуком. Исследователи представляют эффективный сонохимический протокол для образования «твердых веществ на воде» антикоагулянта варфарина в обеих энантиомерных формах. Эта экологически чистая органокаталитическая реакция не только масштабируема, но и дает молекулу-мишень препарата в энантиомеро чистом виде.

Ultrasonically promoted asymmetric Michael addition of 4-hydroxycoumarin to α,β-unsaturated ketones

Ультразвук способствует асимметричному добавлению Майклом 4-гидроксикумарина к α β-ненасыщенных кетонов на воде без органических совращителей.
Фото и этюд: ©Рогозиньска-Шимчак и Млынарский; 2014.

Сонохимическое эпоксидирование терпенов

Charbonneau et al. (2018) продемонстрировали успешное эпоксидирование терпенов при ультразвуковой обивке. Обычное эпоксидирование требует использования катализатора, но при ультразвуковом эпоксидации происходит как безкаталитическая реакция.
Диоксид лимонена является ключевой промежуточной молекулой для разработки поликарбонатов на биологической основе или неизоцианатных полиуретанов. Ультразвуковая окислительная окисление терпенов без катализатора в течение очень короткого времени реакции – при этом давая очень хорошие урожаи. Чтобы продемонстрировать эффективность ультразвукового эпоксидирования, исследовательская группа сравнила эпоксидирование лимонена с диоксидом лимонена с использованием диметилдиоксирана, генерируемого in-situ, в качестве окислителя как при обычном перемешивании, так и при ультразвуковой основе. Для всех испытаний ультразвуком Hielscher UP50H (50 Вт, 30 кГц) лабораторный ультразвуковой аппарат был использован.

Terpene epoxidation is significantly faster and highly efficient when sonication is applied. Using ultrasound enables to runthe epoxidation reaction of terpenes as catalyst-free reaction.

Высокоэффективное сонохимическое эпоксидирование терпенов (например, диоксида лимонена, оксида α-пинена, оксида β-пинена, триэпоксида и др.) с помощью ультразвукового прибора UP50H
фото и исследование: © Шарбонно и др., 2018

Время, необходимое для полного преобразования лимонена в диоксид лимонена со 100% выходом при ультразвуке, составляло всего 4,5 мин при комнатной температуре. Для сравнения, при обычном перемешивании с использованием магнитной мешалки необходимое время для достижения 97% выхода диоксида лимонена составляло 1,5 ч. Эпоксидирование α-пинена также изучалось с использованием обоих методов перемешивания. Эпоксидирование α-пинена до α-пиненового оксида при ультразвуковой обшивки требовалось всего 4 мин с полученным выходом 100%, при этом по сравнению с обычным способом время реакции составляло 60 мин. Что касается других терпенов, β-пинен превращался в оксид β-пинена всего за 4 мина, тогда как фарнезол давал 100% триэпоксида за 8 мин. Карвеол, производное лимонена, был преобразован в диоксид карвеола с выходом 98%. В реакции эпоксидирования карвона с использованием диметилдиоксирана конверсия составляла 100% за 5 мин с получением оксида 7,8-карвона.
Основными преимуществами сонохимического терпенового эпоксидирования являются экологически чистый характер окислителя (зеленая химия), а также значительно сниженное время реакции при этом окислении при ультразвуковом перемешивании. Этот метод эпоксидирования позволил достичь 100% конверсии лимонена со 100% выходом диоксида лимонена всего за 4,5 мин по сравнению с 90 мин при традиционном перемешивании. Кроме того, в реакционной среде не было обнаружено продуктов окисления лимонена, таких как карвон, карвеол и перрилиловый спирт. Эпоксидирование α-пинена под ультразвуком требовалось всего 4 мин, получая 100% оксида α-пинена без окисления кольца. Другие терпены, такие как β-пинен, фарнезол и карвеол, также были окисляются, что приводит к очень высоким выходам эпоксида.

Ultrasonically stirred reactor for sonochemical applications including organocatalysis, asymmetric reactions and many other.

Реактор с ультразвуковой перемешиной с ультразвуковой аппарат UP200St для интенсификации органокаталитических реакций.

сонохимические эффекты

Acoustic cavitation as shown here at the Hielscher ultrasonicator UIP1500hdT is used to initiate and promote chemical reactions. Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1500hdT (1500W) ultrasonicator for sonochemical reactions.В качестве альтернативы классическим методам были использованы протоколы на основе сонохимических веществ для увеличения скорости широкого спектра реакций, в результате чего продукты образуются в более мягких условиях со значительным сокращением времени реакции. Эти методы были описаны как более экологически чистые и устойчивые и связаны с большей избирательностью и более низким потреблением энергии для желаемых преобразований. Механизм таких методов основан на явлении акустической кавитации, которая вызывает уникальные условия давления и температуры через образование, рост и адиабатический коллапс пузырьков в жидкой среде. Этот эффект улучшает массоперенос и увеличивает турбулентный поток в жидкости, облегчая химические превращения. В наших исследованиях использование ультразвука привело к производству соединений в уменьшенное время реакции с высокими выходами и чистотой. Такие характеристики увеличили количество соединений, оцениваемых в фармакологических моделях, способствуя ускорению процесса оптимизации попадания в свинец.
Мало того, что этот высокоэнергетический ввод может усилить механические эффекты в гетерогенных процессах, но также, как известно, вызывает новые реактивности, приводящие к образованию неожиданных химических видов. Что делает сонохимию уникальной, так это замечательное явление кавитации, которое генерирует в локально замкнутом пространстве микропузырьковой среды экстраординарные эффекты из-за чередования циклов высокого давления / низкого давления, очень высоких перепадов температур, сил высокого сдвига и потоков жидкости.

Примерами асимметричных реакций с участием органокатализаторов являются:

  • Асимметричные реакции Дильса-Ольхи
  • Асимметричные реакции Майкла
  • Асимметричные реакции Манниха
  • Эпоксидирование Ши
  • Органокаталитическое трансферное гидрирование

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Ultrasonic reactors can significantly improve organocatalytic reactions such as the Mannich reaction.

Ультразвуковая встроенная система с UIP2000hdT (2000W, 20кГц) для сонохимических реакций, например, для улучшения органокаталитических реакций

Преимущества сонохимически продвигаемых органокаталитических реакций

Ультразвук все чаще используется в органическом синтезе и катализе, поскольку сонохимические эффекты показывают существенную интенсификацию химических реакций. Особенно по сравнению с традиционными методами (например, нагреванием, перемешиванием), сонохимия более эффективна, удобна и точно контролируется. Обработка ультразвуком и сонохимия предлагают несколько основных преимуществ, таких как более высокие выходы, повышенная чистота соединений и селективность, более короткое время реакции, более низкие затраты, а также простота в эксплуатации и обращении с сонохимической процедурой. Эти полезные факторы делают химические реакции с ультразвуком не только более эффективными и экономными, но и более благоприятными для окружающей среды.
Было доказано, что многочисленные органические реакции дают более высокие выходы при более коротком времени реакции и / или в более мягких условиях при выполнении с использованием ультразвука.

Ультразвуковая узия позволяет проводить простые реакции с одним горшком

Ультразвук позволяет инициировать многокомпонентные реакции как однокомпонентные реакции, обеспечивающие синтез структурно разнообразных соединений. Такие реакции с одним горшком ценятся за высокую общую эффективность и их простоту, поскольку выделение и очистка промежуточных продуктов не требуется.

Влияние ультразвуковых волн на асимметричные органокаталитические реакции было успешно применено в различных типах реакций, включая катализаторы фазового переноса, реакции Гека, гидрирование, реакции Манниха, реакции Барбье и Барбье, реакции Дильса-Альдера, реакцию связи Судзуки и добавление Мишель.

Найдите идеальный ультразвуковой аппарат для вашей органокаталитической реакции!

Hielscher Ultrasonics является вашим надежным партнером, когда речь заходит о высокопроизводительном, высококачественном ультразвуковом оборудовании. Hielscher разрабатывает, производит и распространяет современные ультразвуковые зонды, реакторы и стаканчики для сонохимических применений. Все оборудование производится в соответствии с процедурами, сертифицированными ISO, и с немецкой точностью для превосходного качества в нашей штаб-квартире в Тельтове (недалеко от Берлина), Германия.
Ассортимент ультразвуковых аппаратов Hielscher варьируется от компактных лабораторных ультразвуковых аппаратов до полностью промышленных ультразвуковых реакторов для крупномасштабного химического производства. Зонды (также известные как сонотроды, ультразвуковые рога или наконечники), бустерные рупоры и реакторы легко доступны в различных размерах и геометриях. Индивидуальные версии также могут быть изготовлены для ваших требований.
Начиная с ультразвука Hielscher’ Ультразвуковые процессоры доступны в любом размере от небольших лабораторных устройств до крупных промышленных процессоров для пакетной и поточной химии, высокопроизводительная обработка ультразвуком может быть легко реализована в любой реакционной установке. Точная регулировка ультразвуковой амплитуды – важнейший параметр для сонохимических применений – позволяет эксплуатировать ультразвуковые аппараты Hielscher на низких и очень высоких амплитудах и точно настраивать амплитуду в соответствии с требуемыми условиями ультразвукового процесса конкретной системы химических реакций.
Ультразвуковой генератор Hielscher оснащен интеллектуальным программным обеспечением с автоматическим протоколом передачи данных. Все важные параметры обработки, такие как ультразвуковая энергия, температура, давление и время, автоматически сохраняются на встроенной SD-карте, как только устройство включено.
Мониторинг процессов и запись данных имеют важное значение для непрерывной стандартизации процессов и качества продукции. Доступ к автоматически записанным данным процесса, вы можете пересмотреть предыдущие запуски sonication и оценить результат.
Еще одной удобной функцией является удаленное управление браузером наших цифровых ультразвуковых систем. С помощью пульта дистанционного управления браузером вы можете начать, остановить, настроить и контролировать ультразвуковой процессор удаленно из любого места.
Свяжитесь с нами сейчас, чтобы узнать больше о наших высокоэффективных ультразвуковых гомогенизаторах, которые могут улучшить вашу реакцию орагнокаталитического синтеза!

Почему Хильшер Ультразвук?

  • высокая эффективность
  • Современные технологии
  • надежность & прочность
  • партия & в очереди
  • для любого объема
  • интеллектуальное программное обеспечение
  • интеллектуальные функции (например, протокольные данные)
  • высокое удобство использования и комфорт
  • CIP (чистый на месте)

В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов:

Объем партии Скорость потока Рекомендуемые устройства
От 1 до 500 мл От 10 до 200 мл / мин UP100H
От 10 до 2000 мл От 20 до 400 мл / мин Uf200 ः т, UP400St
0.1 до 20L 0.2 до 4L / мин UIP2000hdT
От 10 до 100 литров От 2 до 10 л / мин UIP4000hdT
не доступно От 10 до 100 л / мин UIP16000
не доступно больше кластер UIP16000

Свяжитесь с нами! / Спросите нас!

Запросить дополнительную информацию

Пожалуйста, используйте форму ниже, чтобы запросить дополнительную информацию об ультразвуковых процессорах, приложениях и цене. Мы будем рады обсудить ваш процесс с Вами и предложить вам ультразвуковую систему, отвечая вашим требованиям!









Пожалуйста, обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов для смешивания приложений, дисперсии, эмульгации и экстракции в лабораторных, пилотных и промышленных масштабах.



Литература / Ссылки

Полезные сведения

Что такое органокатализ?

Органокатализ представляет собой тип катализа, при котором скорость химической реакции увеличивается за счет использования органического катализатора. Этот органокаталистик может состоять из углерода, водорода, серы и других неметаллических элементов, обнаруженных в органических соединениях. Органокатализ предлагает несколько преимуществ. Поскольку органокаталитические реакции не требуют катализаторов на основе металлов, они более экологичны и способствуют тем самым зеленой химии. Органокаталитики часто могут быть дешево и легко произведены и позволяют использовать более экологичные синтетические маршруты.

Асимметричный органокатализ

Асимметричный органокатализ представляет собой асимметричную или энантиоселективную реакцию, которая производит только энантиомер передаваемых молекул. Энантиомеры представляют собой пары стереоизомеров, которые являются хиральными. Хиральная молекула не накладывается на свое зеркальное отражение, так что зеркальное отражение на самом деле является другой молекулой. Например, производство специфических энантиомеров особенно важно при производстве фармацевтических препаратов, где часто только один энантиомер молекулы лекарственного средства дает определенный положительный эффект, тогда как другой энантиомер не проявляет никакого эффекта или даже вреден.


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов из лаборатория в промышленного размера.