Ультразвуковая технология Хильшера

Ультразвуко-индуцированный и усиленный фазовый перенос

Высокая мощность ультразвука хорошо известен за его вклад в различные химические реакции. Это так называемая Sonochemistry, Гетерогенные реакции - и особенно реакции фазового переноса - весьма потенциальные области применения для питания ультразвука. Из-за механическую и сонохимическую энергию, приложенной к реагентам, реакции могут быть инициированы получить, скорость реакции может быть значительно повышена, а также более высоким уровень конверсии, более высокими урожаями и лучшие продукты могут быть достигнуты. Линейная масштабируемость ультразвука и наличие надежной ультразвуковой промышленные оборудование делает этот метод интересным решения для химического производства.
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Ультразвуковая Glass Flow Cell

Передача катализ фазы

Катализ фазового перехода (PTC) представляет собой особую форму гетерогенного катализа и известен как практическая методика органического синтеза. При использовании катализатора фазового переноса становится возможным солюбилизировать ионные реагенты, которые часто растворяются в водной фазе, но нерастворимы в органической фазе. Это означает, что ПТК является альтернативным решением для преодоления проблемы гетерогенности в реакции, при которой взаимодействие между двумя веществами, расположенными в разных фазах смеси, ингибируется из-за невозможности объединения реагентов. (Esen et al., 2010). Общие преимущества катализа фазового переноса - это небольшие усилия для подготовки, простые экспериментальные процедуры, мягкие условия реакции, высокие скорости реакции, высокая селективность и использование недорогих и экологически чистых реагентов, таких как четвертичный аммоний соли и растворители, а также возможность проведения крупномасштабных препаратов (Ooi et al., 2007).
Разнообразие жидкостно-жидких и жидких и твердых реакций были активизированы и сделали селективное с помощью простого фазового переноса (СТ) катализаторы, такие как четв, полиэтиленгликоль-400, и т.д., которые позволяют ионные разновидности, чтобы быть переправлены из водной фазы в органическая фаза. Таким образом, проблемы, связанные с чрезвычайно низкой растворимости органических реагентов в водной фазе, могут быть преодолены. В пестициде и фармацевтической промышленности, PTC широко используются и изменил основу бизнеса. (Sharma 2002)

Ультразвуковое питание

Применение мощности ультразвука является хорошо известным инструментом для создания очень тонкими Эмульсии, В химии такие эмульсии весьма тонко размера используются для улучшения химических реакций. Это означает, что межфазное площадь контакта между двумя или более несмешивающимися жидкостями становится значительно расширено и обеспечивает тем самым лучше, более полный и / или более быстрый ход реакции.
Для межфазного катализа – так же, как и для других химических реакций - достаточно кинетической энергии необходимо, чтобы начать реакцию.
Это имеет различные положительные эффекты в отношении химической реакции:

  • Химическая реакция, как правило, не происходит из-за его низкой кинетической энергии может начать ультразвуком.
  • Химические реакции могут быть ускорены ультразвуковым-помощи PTC.
  • Полное избегание катализатора фазового переноса.
  • Сырье можно использовать более эффективно.
  • Побочные продукты могут быть уменьшены.
  • Замена дорогостоящего опасного с сильного основанием недорогим неорганическим основанием.

С помощью этих эффектов, PTC является бесценной химической методикой для органического синтеза из двух и более несмешивающихся реагентов: межфазный катализ (PTC), дает возможность более эффективно использовать сырье химических процессов, а также для создания более экономически эффективно. Усиление химических реакций с помощью PTC является важным инструментом для химического производства, которые могут быть улучшены за счет использования ультразвука резко.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Кавитация в жидкости

Примеры ультразвукового продвигаемых реакций PTC

  • Синтез новых N»- (4,6-дизамещенных-пиримидин-2-ил) -N- (5-арил-2-фуроил) производные тиомочевины с использованием ПЭГ-400 под ультразвуком. (Кен и соавт., 2005)
  • Ультразвуковой помощь синтез миндальной кислоты с помощью PTC в ионной жидкости показывает значительное повышение урожайности реакции в условиях окружающей среды. (Хуа и др. 2011)
  • Кубо и др. (2008) сообщают о ультразвуковом при содействии C-алкилировании фенилацетонитрили в среду без растворителя. Эффект ультразвука для ускорения реакции был связан с чрезвычайно большой площадью поверхности раздела между двумя жидкими фазами. Обработка ультразвук приводит к намного более быструю скорость реакции, чем механическое перемешивание.
  • Ультразвук во время реакции четыреххлористого углерода с магнием для генерации результатов дихлоркарбены в более высоком выходе гем-dichlorocyclopropane в присутствии олефинов. (Лин и др. 2003)
  • Ультразвук обеспечивает ускорение реакции Канниццара из п-chlorobenzaldehyde в услови х переноса фаз. Из трех катализаторов межфазного переноса – бензилтриэтиламмонийхлорид (TEBA), Aliquat и 18-краун-6 -, которые были протестированы Поляковой и соавт. (1996) ТЕБА было установлено, что наиболее эффективным. Ferrocenecarbaldehyde и п-dimethylaminobenzaldehyde дал, в аналогичных условиях, 1,5-диарил-1,4-пентадиен-3-оны в качестве основного продукта.
  • Лин-Сяо и др. (1987) показали, что сочетание PTC и ультразвука эффективно способствует генерации дихлоркарбена из хлороформа в более короткие сроки с более высоким выходом и меньшим количеством катализатора.
  • Ян и др. (2012) исследовали зеленый, ультразвуковой-Assisted синтеза бензил-4-гидроксибензоата с использованием 4,4'-бис (tributylammoniomethyl) -1,1'-бифенил дихлорида (Qcl2) В качестве катализатора. При использовании Qcl2, Они разработали новый двойной сайт межфазного катализа. Это твердое вещество-жидкость межфазного катализа (SLPTC) была проведена в периодическом процессе с ультразвуком. Под интенсивным ультразвуком, 33% добавленной Q2 +, содержащий 45,2% от Q (Ph (ОН) СОО)2 передала в органическую фазу подвергает взаимодействие с бензилбромидом, следовательно, общая скорость реакции была увеличена. Это позволило улучшить скорость реакции была получена 0,106 мин-1 под 300W ультразвукового облучения, в то время как без обработки ультразвуком с частотой 0.0563 мин-1 наблюдалось. Таким образом, синергический эффект двойного участка катализатора фазового переноса с ультразвуком в межфазном катализе был продемонстрирован.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

Картинка 1: UP200Ht является 200 Вт мощный ультразвуковой гомогенизатор

Ультразвуковая Повышение Асимметричных фазы переноса реакция

С целью установления практического метода для асимметрического синтеза а-аминокислот и их производных Maruoka и OOI (2007) исследовали «, может ли быть увеличена реакционная способность N-спиро хиральных солей четвертичного аммония и упрощен их структуры. Так как ультразвуковое облучение производит гомогенизация, То есть, очень хорошо Эмульсии, Это значительно увеличивает площадь поверхностей раздела, по которой может произойти реакция, которая могла бы обеспечить существенное ускорение скорости в реакции переноса фаз жидкости-жидкости. Действительно, ультразвуковую обработку реакционной смеси 2, йодистого метила, и (S, S) -naphtyl субъединицей (1% мол) в толуоле / 50% -ного водного раствора КОН при 0 DEGC в течение 1 ч привело к соответствующему продукту алкилирования в 63% выход с 88% ее; химический выход и энантиоселективность были сопоставимы с теми, в результате реакции, проводимой путем простого перемешивания смеси в течение восьми часов (0 DEGC, 64%, 90% эи) «. (Maruoka и др 2007;. стр. 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

Схема 1: Ultrasonication увеличивает скорость реакции в ходе асимметрического синтеза альфа-аминокислот [Maruoka и др. 2007]

Другой тип реакции асимметрического катализа является реакция Михаэля. Михаэль диэтила Nацетил-аминомалонат к халкону положительно влияют ультразвук, что приводит к увеличению на 12% выходе (с 72% полученными в ходе реакции немой до 82% при обработке ультразвука). Время реакции составляет в шесть раз быстрее при мощности ультразвука по сравнению с реакцией без ультразвука. Энантиомерный избыток (ее) не изменился и был для обеих реакций - с и без УЗИ - на 40% ее. (Мирза-Агаян и др., 1995)
Ли и др. (2003) показал, что реакция Майкла халконов в качестве акцепторов с различными активными метиленовых соединений, таких как диэтилового эфира малоновой кислоты, нитрометана, циклогексанон, этилового эфира ацетоуксусной кислоты и ацетилацетона в качестве доноров, катализируемых результаты KF / основной окиси алюмини в аддуктов с высоким выходом в течение более короткого времени при УЗИ облучение. В другом исследовании, Ли и др. (2002) показали успешный ультразвуковое-синтез при содействии халконов, катализируемых KF-Al2О3,
Эти реакции PTC выше, показывают лишь небольшой диапазон потенциала и возможности ультразвукового облучения.
Тестирование и оценка ультразвука относительно возможных улучшений в PTC очень просто. Ультразвуковые лабораторные устройства, такие как Хильшер-х Uf200 ः т (200 Вт) и настольные системы, такие как Хильшер-х Uip1000hd (1000 Вт) позволяют первые испытания. (Смотри рисунок 1 и 2)
Ультразвуковой улучшились асимметричным Михаэль (Нажмите, чтобы увеличить!)

Схема 2: асимметричный ультразвук Михаэль диэтил N-ацетил-аминомалонат к халкону [Торки и др. 2001]

Эффективное производство Конкурируя на химическом рынке

Использование ультразвукового межфазного катализа вы прибыли из одной или нескольких различных полезных преимуществ:

  • инициализация реакций, которые в противном случае не представляется возможным
  • рост доходности
  • сократить дорогие, безводные, апротонные растворители
  • сокращение времени реакции
  • более низкие температуры реакции
  • упрощенная подготовка
  • использование водного щелочного металла вместо алкоксидов щелочных металлов, амид натрия, гидрид натрия или металлического натрия
  • использование более дешевого сырья, особенно окислителей
  • сдвиг селективности
  • Изменение соотношения продуктов (например, О- / С-алкилирование)
  • Упрощенная выделение и очистка
  • повышение урожайности за счет подавления побочных реакций
  • простой, линейная шкала-до промышленного уровня производства, даже с очень высокой пропускной способностью
UIP1000hd Bench-Top Ультразвуковые гомогенизаторы

Настройка с помощью ультразвукового процессора 1000W, проточной кюветы, бака и насоса

Простой и безрисковым тестирование Ультразвуковые эффекты в химии

Чтобы увидеть, как ультразвук влияет на конкретные материалы и реакции, первые технико-экономические испытания могут проводиться в небольших масштабах. Ручной или стоять установленную лабораторные приборы в диапазоне от 50 до 400 Вт позволяют озвучивания малых и среднего размера образцов в химическом стакане. Если первые результаты показывают потенциальные достижения, процесс может разработан и оптимизирован в стендовом с промышленным ультразвуковым процессором, например, Uip1000hd (1000W, 20 кГц). ультразвуковые стендовые системы Хилшера с 500 Вт в 2000 год Вт являются идеальными устройствами для R&D и оптимизация. Эти ультразвуковые системы - предназначено для мензурки и инлайн озвучивания – дать полный контроль над самым важным параметром процесса: Amplitude, давление, температура, вязкость и концентрации.
Точный контроль над параметрами позволяет точная воспроизводимость и линейная масштабируемость полученных результатов. После проверки различных установок, конфигурация оказалась лучшим может быть использовано для непрерывных (24h / 7d) работает в производственных условиях. Дополнительный PC-Control (программный интерфейс) также облегчает запись отдельных испытаний. Для обработки ультразвуком легковоспламеняющихся жидкостей или растворителей в опасных средах (ATEX, FM) Uip1000hd имеется в ATEX сертифицированных версии: UIP1000-Exd,

Общие преимущества от ультразвука в химии:

  • Реакция может быть ускорена или могут потребоваться меньше вынуждающие условия, если применяется обработка ультразвука.
  • Индукционные периоды часто значительно снижены как и экзотермический, обычно связанный с такими реакциями.
  • Сонохимические реакции часто инициируется ультразвуком без необходимости добавок.
  • Количество шагов, которые обычно требуются в пути синтеза может иногда быть уменьшена.
  • В некоторых ситуациях, реакция может быть направлена ​​на альтернативный путь.

Свяжитесь с нами / Спросите дополнительную информацию

Поговорите с нами о ваших требованиях к обработке. Мы порекомендуем наиболее подходящие параметры настройки и обработки для вашего проекта.





Пожалуйста, обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Литература / Ссылки

  1. Эсен, Ilker и др. (2010): Long Chain двухкатионные межфазные катализаторов в конденсации реакциях ароматических альдегидов в воде при ультразвуковом эффекте. Вестник Корейского химического общества 31/8, 2010; стр. 2289-2292.
  2. Хуа, В. и др. (2011): раскрученный ультразвук синтеза миндальной кислоты с помощью межфазного катализа в ионной жидкости. В: Ultrasonics сонохимии Vol. 18/5, 2011; стр. 1035-1037.
  3. Ли, J.-T. и другие. (2003): Реакция Майкла катализируется KF / основной окись алюминий под ультразвуковым облучением. Ультразвук Sonochemistry 10, 2003. стр. 115-118.
  4. Лин, Haixa и др. (2003): а Facile Процедура генерации дихлоркарбена из реакции четыреххлористого углерода и магния с использованием ультразвукового облучения. В: Molecules 8, 2003; стр. 608 -613.
  5. Лин-Сяо, Сюй и др. (1987): Роман практический метод для генерации dichlorocebene ультразвуковым облучением и межфазного катализа. В: Acta Chimica Sinica, Vol. 5/4, 1987; стр. 294-298.
  6. Кен, Шао-Юн и др. (2005): межфазного переноса, катализируемой синтез под ультразвуковым облучением и биоактивности N»- (4,6-дизамещенных-пиримидин-2-ил) -N- (5-арил-2-фуроил) производные тиомочевины. В: Индийский журнал Chemistry Vol. 4, 2005; стр. 1957-1960.
  7. Кубо, Масаки и др. (2008): Кинетика Solvent-Free C-алкилирование фенилацетонитрила Использование ультразвукового облучения. Chemical Engineering Journal Япония, Vol. 41, 2008; стр. 1031-1036.
  8. Maruoka, Кейджи и др. (2007): Последние достижения в области асимметричного межфазного катализа. В: Angew. Химреагент Int. Ed., Vol. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; стр. 4222-4266.
  9. Мейсон, Тимоти и др. (2002): Применяют Sonochemistry: при использовании мощности ультразвука в области химии и переработке. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  10. Мирза-Агаян, M. и др (1995): Ультразвуковое Облучение Воздействие на асимметричной реакцию Михаэля. Тетраэдр: Асимметрия 6/11, 1995; стр. 2643-2646.
  11. Поляковой, Viera и др. (1996): Ультразвук раскрученных Канниццара реакция в условиях фазового переноса. В: Ultrasonics сонохимии Vol. 3/1, 1996; стр. 15-17.
  12. Шарма, М. М. (2002): Стратегии проведения реакций на малых масштабах. Избирательность инженерные и интенсификация процесса. В: теоретической и прикладной химии, Vol. 74/12, 2002; стр. 2265-2269.
  13. Торок, B. и др. (2001): асимметричные реакции в сонохимии. Ультразвук Sonochemistry 8, 2001; стр. 191-200.
  14. Ван, Мау-Лин и др. (2007): Ультразвук помощи межфазного каталитическое эпоксидирование 1,7-октадиена - кинетическое исследование. В: Ultrasonics сонохимии Vol. 14/1, 2007; стр. 46-54.
  15. Ян, Х.-М .; Чу, W.-M. (2012): Ультразвук-Assisted межфазного катализа: Зеленый Синтез замещенных бензоата с Novel Dual-Site межфазного катализатора в твердой и жидкой фаз системы. В: Исходя из 14 секго Asia Pacific конфедерация Chemical Engineering Congress APCChE 2012.


Полезные сведения

Ультразвуковые тканевые гомогенизаторы часто называют зондирующим ультразвуком, звуковым лизатором, ультразвуковым разрушителем, ультразвуковым измельчителем, сонорупом, ультразвуком, ультразвуковым демесбратором, клеточным разрушителем, ультразвуковым диспергатором или диссольвером. Различные термины возникают в результате различных приложений, которые могут выполняться ультразвуком.