Sonochemicale vylepšené diels-Alder reakcie

Diels-Alderove reakcie sú široko používané pre chemické syntézy, kde sa musia vytvoriť atómové uhlíkovo-uhlíkové väzby. Ultrazvukom a jeho sonchemické účinky sú vysoko účinné pri riadení a podpore diels-Alder reakcie, čo vedie k vyšším výnosom, výrazne skrátenie reakčného času a zároveň je súčasťou ekologickej zelenej chémie.

Sonochemicale vylepšená Diels-Alderova reakcia na zelenú chémiu

Diels-Alderove reakcie sú chemické reakcie, v ktorých sa vytvárajú väzby medzi atómami uhlíka. Diels-Alderova reakcia je klasifikovaná ako tepelne povolená cykloadícia [4+2] [_π4_S + _π2_S]. Keďže ultrazvukom asistovaná organická syntéza je zelená a efektívna syntetická cesta, ktorá zvyšuje reakčnú rýchlosť, výnosy a selektívnosť reakcií, ultrazvukom je jednoduchá a spoľahlivá technika široko používaná v laboratóriách a priemyselnej výrobe. Synchemicky propagovaná cesta často uľahčuje organickú transformáciu v okolitých podmienkach, ktoré inak vyžadujú drastické podmienky teploty a tlaku, čo pomáha šetriť náklady na energiu a premieňa chemickú syntézu na postup sporiteľa.

Ultrazvukové Diels-Alder reakcia pomocou hlbokých eutetických rozpúšťadiel

Hlboké eutetické rozpúšťadlá (DES) sú roztoky Lewisových alebo brønstedových kyselín a zásad, ktoré tvoria eutetickú zmes. Keďže hlboké eutetické rozpúšťadlá sú nehorľavé, majú nízke tlaky a toxicitu pár a často sú vyrobené z prírodných zlúčenín, sú sporiteľom, viac šetrnou k životnému prostrediu. Ultrazvukom a hlboké eutetické rozpúšťadlá sú známe, že pracujú synergicky spoločne, a preto sa používajú na chemickú syntézu, ako aj pri ultrazvukovej extrakcii. Použitie hlbokých eutetických rozpúšťadiel je prospešné aj v rozpúšťadle podporovaných reakciách Diels-Alder. Napríklad ultrazvukom sa používa na podporu reakcie Diels-Alder pomocou N-etylmaleimidu ako dienofilu, čo mení povahu dienu v hlbokých eutetických rozpúšťadlách (DES) pri konvenčnom vykurovaní aj ultrazvukovej aktivácii.
Použitie ultrazvukovej aktivácie v kombinácii s hlbokými eutetickými rozpúšťadlami sa ukázalo ako prospešné poskytovanie dobrých výnosov v drasticky znížených reakčných časoch.

Rozpúšťadle vylepšená Diels-Alder reakcia.
schéma upravená z Marullo et al., 2020

Všeobecný postup pre diels-jelšovu reakciu s použitím DES a ultrazvukom

Rozpúšťadle podporované Diels-Alder reakcie boli vykonané vložením ultrazvukovej sondy (sonotrode / roh) do reakčnej nádoby. Pomocou ultrazvukovej sondy s hrotom priemeru 0,5 cm bol menovitý výstupný výkon 70 W. Reakcie boli vykonané pri 40 ° C s použitím ultrazvukom impulzívne režim s 5 sec ON a 20 sekúnd OFF cykly. Rozpúšťadle zintenzívnená Diels-Alderova reakcia poskytla dobré výnosy v oveľa kratšom čase ako v tichých podmienkach (70 min a 24 hodín pre sonchemické a tiché reakcie).
S cieľom vyhodnotiť energetickú účinnosť sonchemicky zintenzívnenej Reakcie Diels-Alder sa porovnala spotreba energie pre tichú a rozpúšťadle podporovanú Reakciu Diels-Alder. Výpočty poskytli spotrebu 35,094 kJ / g pre tichú reakciu a 28,4 kJ / g pre rozpúšťadle-asistovanú reakciu (ultrazvukový roh s výstupným výkonom 70 W čistej energie), resp. To má za následok 99% energie ušetrenej na sonchemicky poháňanú Reakciu Diels-Alder. Všetky tieto pozorovania silne naznačujú, že kombinované použitie hlbokých eutetických rozpúšťadiel (DES) a ultrazvukové ožarovanie je efektívnou a energeticky úspornou metodikou pre dôležité syntetické procesy, ako je Diels-Alderova reakcia. (Marullo et al., 2020)

Účinok rôznych hlbokých eutetických rozpúšťadiel v kombinácii so ultrazvukom

Najlepšie výsledky pre rozpúšťadle propagovanú Reakciu Diels-Alder boli dosiahnuté, keď sa hlboké eutetické rozpúšťadlá [ChCl]:[Fru] a [TBACl]:[EG] používajú ako rozpúšťadlá. Použitie [ChCl]:[Fru] a [TBACl]:[EG] ako rozpúšťadlá poskytlo významné zníženie reakčného času, ako aj významné zlepšenie výnosu (pre [TBACl]:[EG] 73% a [TBACl]:[Fru]:[Fru] 23 a 75% za tichých a sonchemických podmienok).
V niektorých prípadoch, konkrétne keď sa [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly] a [AcChCl]:[EG] používajú ako rozpúšťadlá, výnosy sú porovnateľné s výnosmi získanými v tichých podmienkach, ale rýchlosť chemického procesu sa stále drasticky zlepšuje ultrazvukom.
Ultrazvukom funguje veľmi dobre s nízkym tlakom pár a viskóznymi rozpúšťadlami, ako sú iónové kvapaliny (ILs), pretože tieto podmienky uľahčujú tvorbu inetínových kavitačných účinkov. Vzhľadom k tomu, hlboké eutetické rozpúšťadlá majú podobné fyzikálne vlastnosti ako iónové kvapaliny, môžu byť vhodne použité v spojení s ultrazvukom. Kombinovaná súhra hlbokých eutetických rozpúšťadiel (DES) a ultrazvukom výrazne znižuje energetický dopyt po diels-Alderovej reakcii. Je možné pozorovať výrazné zníženie reakčného času z 24 hodín na 70 minút, pričom sa poskytujú veľmi dobré výnosy. Pokiaľ ide o účinnosť procesu, znamená to, že kombinované použitie hlbokých eutetických rozpúšťadiel (DES) a ultrazvukom umožňuje spracovať množstvo materiálov 10 krát vyššie ako za tichých podmienok. (Marullo et al., 2020)

Ultrazvuková Diels-Alder reakcia oxabicyklických Alkenes

Wei a kolegovia (2004) ukázali, že ultrazvukom podporoval diels-Alder reakciu náhradných furánov reaktívnymi dienofilmi, ako je dimetyl acetylenedicarboxylát (DMAD) a dimetyl maleát poskytol funkčné oxabicyklické alkenes v dobrých výnosoch. Rozpúšťadle-propagovaná reakcia regiošpecifického furana Diels-Alder cykloaddition 2-vinylových furánov s DMAD zariadené funkčné oxabicyklické alkenes v dobrom výnose.

Sonochemicale zlepšené cykloadície reakcie

Bravo a jeho kolegovia (2006) opísali sériu sonchemických cykloadícií zahŕňajúcich buď cyklopentadién alebo 1,3-cyklohexadién s karbonyl dienofilmi v iónovej kvapaline na báze imidazolia ako reakčné médium. Preukázali, že ultrazvukom účinne zlepšuje tieto cykloaddition reakcie, čo vedie k vyšším výnosom a / alebo zníženým reakčným časom v porovnaní so zodpovedajúcimi tichými reakciami. Napríklad pre jednoduché α,β- nenasýtené dienofily, ako je metyl vinyl ketón alebo akrolleín účinky ultrazvukovej aktivácie sú zrejmé. Napríklad metyl vinyletón spôsobuje 89% výnos do 1 hodiny miernej ultrazvukom, zatiaľ čo tichá reakcia poskytla len 52% v rovnakom reakčnom čase.

Ultrasonicators v akejkoľvek veľkosti pre sonchemicky podporované Diels-Alder reakcie

Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje vysokovýkonné ultrazvukové sondy typu homogenizers a sonochemical zariadenia pre integráciu do chemických systémov, ako je syntéza a katalýza reakcie. Hielscher ultrasonicators sa používajú po celom svete ako spoľahlivý nástroj na podporu, zintenzívnenie, zrýchlenie a zlepšenie chemických reakcií.
Hielscher Ultrazvuk’ Ultrazvukové procesory sú k dispozícii v akejkoľvek veľkosti od malých laboratórnych zariadení až po veľké priemyselné procesory pre aplikácie dávkovej a prietokovej chémie. Presné nastavenie ultrazvukovej amplitúdy – Najdôležitejší parameter pre sonchemické aplikácie – umožňuje prevádzkovať Hielscher ultrasonicators pri nízkych až veľmi vysokých amplitúdach a doladiť amplitúdu presne na požadované ultrazvukové procesné podmienky špecifického systému chemickej reakcie.
Hielscher ultrazvukový generátor funkcie inteligentný softvér s automatickým protokolovanie dát. Všetky dôležité parametre spracovania, ako je ultrazvuková energia, teplota, tlak a čas, sa automaticky uložia na vstavanú SD kartu hneď po zapnutí zariadenia.
Monitorovanie procesov a zaznamenávanie údajov sú dôležité pre nepretržitú štandardizáciu procesov a kvalitu výrobkov. Prístupom k automaticky zaznamenaným procesom údajov, môžete revidovať predchádzajúce ultrazvukom beží a vyhodnotiť výsledok.
Ďalšou užívateľsky prívetivou funkciou je diaľkové ovládanie našich digitálnych ultrazvukových systémov prehliadačom. Pomocou diaľkového ovládania prehliadača môžete spustiť, zastaviť, upraviť a monitorovať ultrazvukový procesor na diaľku odkiaľkoľvek.
Kontaktujte nás teraz a dozviete sa viac o našich vysoko výkonných ultrazvukových homogenizátoroch, ktoré môžu zlepšiť vašu organickú syntézu, ako sú reakcie Diels-Alder, mannichové reakcie alebo pridanie Michaela medzi mnohými ďalšími!

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov: