Hielscher Ultrazvukové technológie

Ultrasonically indukovaná a rozšírená fáza prenosu katalýza

Vysoký výkon ultrazvuk je dobre-známy pre jeho prínos k rôznym chemickým reakciám. To je takzvaný Sonochemistry. Heterogénne reakcie – a najmä reakcie fázy prenosu – sú vysoko potenciálne aplikačné polia pre výkon ultrazvuk. Vzhľadom na mechanickú a sonochemickú energiu aplikovanej na reagencie sa môžu začať reakcie, rýchlosť reakcie sa môže výrazne zvýšiť, ako aj vyššia miera konverzie, vyššie výnosy a lepšie produkty. Lineárna škálovateľnosť ultrazvuku a dostupnosť spoľahlivých ultrazvukových Priemyselný zariadenia, aby táto technika zaujímavé riešenie pre chemickú výrobu.
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Ultrazvukový sklenený tok buniek

fáza prevodu katalýza

Fáza transfer katalýza (PTC) je špeciálna forma heterogénnej katalýza a známy ako praktická metodika pre ekologickú syntézu. Použitím katalyzátora fázového prenosu sa stáva možné rozpustiť iónové reaktanty, ktoré sú často rozpustné vo vodnej fáze, ale nerozpustné v organickej fáze. To znamená, že PTC je alternatívnym riešením na prekonanie heterogénneho problému v reakcii, v ktorej je inhibovaná interakcia medzi dvomi látkami nachádzajúcim sa v rôznych fázach zmesi kvôli neschopnosti reagencií sa stretnú. (Esen et al. 2010) Všeobecnými výhodami katalýzy fázového prevodu sú malé snahy o prípravu, jednoduché experimentálne postupy, mierne reakcie, vysoká miera reakcií, vysoká citlivosť a použitie lacných a ekologicky benígnych reagencií, ako sú kvartérne amónne soli a rozpúšťadlá a možnosť vykonania rozsiahlych prípravkov (Ooi et al. 2007).
Rôzne kvapalné – kvapalné a kvapalné – tuhé reakcie boli zosilnené a selektívne pomocou jednoduchých fáza-Transfer (PT) katalyzátory, ako sú quats, polyetylén glykol-400, atď, ktoré umožňujú iónových druhov sa ferried z vodnej fázy do organickej fázy . Preto je možné prekonať problémy spojené s extrémne nízkou rozpustnosťou organických reaktantov vo vodnej fáze. V pesticídnych a farmaceutickom priemysle, PTC sa používa extenzívne a zmenila základy podnikania. (Sharma 2002)

Ultrazvukové napájanie

Použitie výkonu ultrazvuk je dobre-známy nástroj pre vytvorenie veľmi jemné emulzie. V chémii, ako veľmi jemné-veľkosť emulzie sa používajú na zvýšenie chemickej reakcie. To znamená, že medzitvárové kontaktné oblasti medzi dvoma alebo viacerými nemiešateľných kvapalín sa stáva dramaticky zväčšená a poskytuje tým lepší, úplnejší a/alebo rýchlejší priebeh reakcie.
Pre fázu prevodu katalýza – rovnaké ako pri iných chemických reakciách – na začatie reakcie je potrebná dostatočná kinetická energia.
To má rôzne pozitívne účinky týkajúce sa chemickej reakcie:

  • Chemická reakcia, ktorá sa zvyčajne nevyskytuje, pretože jeho nízka kinetická energia môže začať ultrazvukom.
  • Chemické reakcie môžu byť zrýchlený ultrasonically-asistovanej PTC.
  • Úplné zamedzenie fázového prenosu katalyzátora.
  • Suroviny možno použiť efektívnejšie.
  • By-produkty môžu byť znížené.
  • Nahradenie nákladovo náročných nebezpečných pevných základne s lacnou anorganickou základňou.

Týmito účinkami, PTC je neoceniteľná chemická metodika pre ekologickú syntézu z dvoch a viac nemiešateľných reaktantov: fáza prevodu katalýza (PTC) umožňuje používať suroviny chemických procesov efektívnejšie a produkovať nákladovo efektívnejšie. Zvýšenie chemickej reakcie PTC je dôležitým nástrojom pre chemickú produkciu, ktorá môže byť zlepšená použitím ultrazvuku dramaticky.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Kavitácia v kvapalnej

Príklady pre ultrasonicky podporovaných PTC reakcií

  • Syntéza nových derivátov N '-(4, 6-disubstituovaných pyrimidínu-2-yl)-N-(5-Aryl-2-furoyl) s použitím PEG-400 v rozpúšťadle. (Ken et al. 2005)
  • Rozpúšťadle Asistovaná syntéza kyseliny mandelovej podľa PTC v iónovej tekutine ukazuje výrazné zlepšenie v reakciách výnosov v okolitých podmienkach. (Hua et al. 2011)
  • Kubo et al. (2008) hlásia Rozpúšťadle asistovanej C-alkylácia fenylacetonitrilu v prostredí bez rozpúšťadiel. Účinok ultrazvuku na podporu reakcie bol pripisovaný extrémne veľkému interfaciálnej oblasti medzi dvoma kvapalnými fázami. Ultrazvukom výsledky v oveľa rýchlejší reakčná rýchlosť ako mechanické miešanie.
  • Ultrazvukom počas reakcie oxidu tetrachloridu s horčíka na generáciu dichlorkarbene výsledky vo vyššej výnos Gem-dichlórocyclopropán v prítomnosti oleplutvy. (Lin et al. 2003)
  • Ultrazvuk poskytuje zrýchlenie Cannizzaro reakcie P-chlorobenzaldehyd v podmienkach fázy prenosu. Z troch fázových prevodových katalyzátorov – zistilo sa, že benzyltriethylammonium chlorid (TEBA), Aliquat a 18-Crown-6-, ktoré boli testované Poláckovou et al. (1996) TEBA bolo najúčinnejšie. Ferrocenecarbaldehyd a P-dimethylaminobenzaldehyd dal za podobných podmienok 1,5-diaryl-1, 4-pentadien-3-Ones ako hlavný produkt.
  • Lin-Xiao et al. (1987) ukázali, že kombinácia ultrazvukom a PTC účinne podporuje generáciu dichlorkarbene z chloroformu v kratšom čase s lepším výnosom a menším množstvom katalyzátora.
  • Yang et al. (2012) skúmali zelenú, Rozpúšťadle asistovanej syntéze benzylalkohol 4-hydroxybenzoátu pomocou 4,4 '-bis (tributylammoniometyl)-1, 1 '-biphenyl dichlorid (QCl2) ako katalyzátor. Pomocou QCl2, vyvinuli román Dual-site fáza-transfer katalýza. Tento Solid-kvapalina fáza-transfer katalýza (SLPTC) bola vykonaná ako dávkový proces s ultrazvukom. Pod intenzívnou ultrazvukom, 33% z pridanej Q2 + obsahujúce 45,2% z Q (pH (OH) COO)2 sa preniesol do organickej fázy, aby reagovala s benzylalkohol bromidom, a preto bola zvýšená celková reakčná rýchlosť. Táto lepšia reakčná rýchlosť bola získaná 0,106 min-1. pod 300W ultrazvukové ožarovanie, zatiaľ čo bez ultrazvukom rýchlosť 0,0563 min-1. bola pozorovaná. Tým, synergický účinok Dual-site fáza-transfer katalyzátora s ultrazvukom vo fáze prenosu katalýza bola preukázaná.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

Obrázok 1: UP200Ht je 200 wattov Výkonný Ultrazvukový homogenizátor

Ultrazvukový vylepšenie asymetrickej fázy prenosu reakcie

S cieľom vytvoriť praktickú metódu pre asymetrickú syntézu aminokyselín a ich derivátov maruoka a Ooi (2007) skúmal ", či reaktivita N-Spiro chirálne kvartérne amónne soli by mohla byť posilnená a ich štruktúry Zjednodušené. Vzhľadom k tomu, ultrazvukové ožarovanie produkuje homogenizácia, to je veľmi jemné emulzie, výrazne zvyšuje medzitvárové oblasti, v ktorej sa môže vyskytnúť reakcia, čo by mohlo priniesť výrazné zrýchlenie v kvapalnej – kvapalnej fáze-prenos reakcie. Vskutku, ultrazvukom reakčnej zmesi 2, metyljodidu, a (S, S)-naftyl podjednotky (1 mol%) v toluéne/50% vodný KOH pri 0 degC pre 1 h viedla k odpovedajúcemu alkylácii výrobku v 63% výnos s 88% EE; chemická výťažnosť a enantioselekttivita boli porovnateľné s tými z reakcií vykonaných jednoduchým miešaním zmesi počas ôsmich hodín (0 degC, 64%, 90% EE). " (Maruoka et al. 2007; s. 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

Schéma 1: ultrazvukom zvyšuje rýchlosť reakcie počas asymetrickej syntézy α-aminokyselín [Maruoka et al. 2007]

Ďalšou reakciou typu asymetrické katalýza je reakcia Michael. Michael Pridanie dietyl N-acetyl-aminomalonate na chalkónu je pozitívne ovplyvnený ultrazvukom, čo má za následok zvýšenie o 12% výnosu (z 72% získané počas tichej reakcie až do 82% v rámci ultrazvukom). Reakčná doba je šesťkrát rýchlejší pod výkonom ultrazvuk v porovnaní s reakciou bez ultrazvuku. Enantiomerová prebytok (EE) sa nezmenil a bol pre obe reakcie – s a bez ultrazvuku – na 40% EE. (Mirza-Aghayan et al. 1995)
Li et al. (2003) preukázala, že Michael reakcie chalkónov ako akceptorov s rôznymi aktívnymi metylénovou zlúčeninami, ako je dietylmalonate, nitrometán, cyklohexanón, etyl-acetoacetát a acetylacetón ako darcovia katalyzované KF/Basic oxidu hlinitého výsledky v adkábli vo vysokom výťažku v kratšom čase pod ultrazvukom ožarovanie. V inej štúdii, li et al. (2002) ukázali úspešnú Rozpúšťadle-asistovanej syntézy chalkónov katalyzovaných KF-Al2O3,
Tieto reakcie PTC vyššie ukazujú len malý rozsah potenciálu a možnosti ultrazvukového ožiarenia.
Testovanie a hodnotenie ultrazvuku týkajúce sa možných vylepšení v PTC je veľmi jednoduché. Ultrazvukové laboratórne zariadenia, ako je Hielscher UP200Ht (200 wattov) a Bench-top systémy, ako je Hielscher je Uip1000hd (1000 w) umožňujú prvé pokusy. (pozri obrázok 1 a 2)
Ultrazvukový vylepšené asymetrické Michael navyše (kliknite pre zväčšenie!)

Schéma 2: Rozpúšťadle asistovanej asymetrické Michael Pridanie dietyln-acetyl-aminomalonate na chalkónu [Török et al. 2001]

Efektívna produkcia súťažiaci na chemickom trhu

Použitie Ultrazvukový fáza prevodu katalýza budete profitovať z jedného alebo viacerých rôznych výhod:

  • inicializácie reakcií, ktoré inak nie sú uskutočniteľné
  • zvýšenie výnosu
  • zníženie drahých, bezvodých, aprotických rozpúšťadiel
  • skrátenie reakčnej doby
  • nižšia Reakčná teplota
  • zjednodušená príprava
  • použitie vodného alkalického kovu namiesto alkalických kovov alkoxidy, sodík sodný, hydrid sodný alebo kovový sodík
  • používanie lacnejších surovín, najmä oxidantov
  • posun selektívnosti
  • Zmena pomeru výrobku (napr. O-/C-alkylácia)
  • zjednodušená izolácia a čistenie
  • zvýšenie výťažnosti potlačením vedľajších reakcií
  • jednoduchá, lineárna mierka-až po priemyselnú výrobnú úroveň, a to aj s veľmi vysokou priepustnosťou
UIP1000hd Bench-top Ultrazvukový Homogenizer

Nastavenie s 1000W Ultrazvukový procesor, prietoková bunka, nádrž a čerpadlo

Jednoduché a bez rizika testovanie ultrazvukových efektov v chémii

Ak chcete vidieť, ako ultrazvuk ovplyvňuje špecifické materiály a reakcie, prvé testy uskutočniteľnosti môžu byť vykonané v malom meradle. Ručné alebo stojanové laboratórne zariadenia v rozmedzí od 50 do 400 wattov umožňujú sonikáciu malých a stredných vzoriek v kadičke. Ak prvé výsledky ukazujú potenciálne úspechy, proces sa môže vyvinúť a optimalizovať v lavičke s priemyselným ultrazvukovým procesorom, napr. Uip1000hd (1000W, 20kHz). Hielscher je Ultrazvukový lavica-top systémy s 500 wattov na 2000 w sú ideálnym zariadením pre R&D a optimalizácia. Tieto ultrazvukové systémy-určené pre kadičky a inline ultrazvukom – dať plnú kontrolu nad najdôležitejším parametrom procesu: amplitúda, tlak, teplota, viskozita, a koncentrácia.
Presná kontrola parametrov umožňuje Presná reprodukovateľnosť a lineárna škálovateľnosť získaných výsledkov. Po testovaní rôznych nastavení, konfigurácia zistí, že je najlepšie, môže byť použitý na spustenie nepretržite (24h/7d) v podmienkach výroby. Voliteľné PC-Control (softvérové rozhranie) tiež uľahčuje zaznamenávanie jednotlivých pokusov. Na sonikáciu horľavých kvapalín alebo rozpúšťadiel v nebezpečných prostrediach (ATEX, FM) Uip1000hd je k dispozícii vo verzii certifikovanej ATEX: UIP1000-exd,

Všeobecné výhody ultrazvukom v chémii:

  • Reakcia môže byť zrýchlený alebo menej núti podmienky môžu byť vyžadované, ak sonikácia je aplikovaný.
  • Indukčné obdobia sú často výrazne znížené, ako sú exothermy bežne spojené s takýmito reakciami.
  • Sonochemical reakcie sú často iniciované ultrazvukom bez nutnosti prídavných látok.
  • Počet krokov, ktoré sa zvyčajne požadujú v syntetickej trase, môže byť niekedy znížený.
  • V niektorých situáciách môže byť reakcia zameraná na alternatívnu cestu.

Kontaktujte nás / požiadajte o ďalšie informácie

Porozprávajte sa s nami o vaše požiadavky na spracovanie. Odporučíme najvhodnejšie nastavenie a spracovanie parametrov pre váš projekt.





Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


Literatúra / Referencie

  1. Esen, Ilker et al. (2010): dlhá reťaz Dicationic fáza transfer katalyzátory v kondenzácii reakcie aromatických aldehydov vo vode pod Ultrazvukový efekt. Bulletin Kórejskej chemickej spoločnosti 31/8, 2010; PP. 2289-2292.
  2. Hua, Q. et al. (2011): rozpúšťadle-podporoval syntézu kyseliny mandelovej vo fáze prevodu katalýza v iónovej tekutine. In: Ultrasonics sonochemistry Vol. 18/5, 2011; PP. 1035-1037.
  3. Li, J.-T. et al. (2003): reakcia Michaela katalyzovaná KF/Basic oxidu hlinitého pod ultrazvukom ožarovanie. Ultrasonics sonochemistry 10, 2003. PP. 115-118.
  4. Lin, Haixa et al. (2003): facile postup pre generovanie Dichlórkarbene z reakcie oxidu Tetrachloridu a horčíka pomocou ultrazvukové ožarovanie. In: molekuly 8, 2003; PP. 608-613.
  5. Lin-Xiao, Xu et al. (1987): román praktická metóda pre generáciu dichlórokténu ultrazvukom ožarovaním a fázový transfer katalýza. In: ACTA Chimica Sinica, Vol. 5/4, 1987; PP. 294-298.
  6. Ken, Shao-Yong et al. (2005): fázový transfer katalyzovaná syntéza pod ultrazvukovým ožarovaním a bioaktivitou N '-(4, 6-substituované-pyrimidin-2-yl)-N-(5-Aryl-2-furoyl) deriváty tiourea. In: Indický vestník chémie Vol. 44B, 2005; PP. 1957-1960.
  7. Kubo, Masaki et al. (2008): kinetika bez rozpúšťadiel C-alkylácia Fenylacetonitrilu pomocou ultrazvukového ožarovania. Chemický inžinierstva vestník Japonsko, Vol. 41, 2008; PP. 1031-1036.
  8. Maruoka, Keiji et al. (2007): nedávny pokrok v asymetrickej fáze-transfer katalýza. V: Angew. Chem. int. Ed., Vol. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; PP. 4222-4266.
  9. Mason, Timothy et al. (2002): aplikovaná Sonochemistry: použitie ultrazvukového výkonu v chémii a spracovaní. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  10. Mirza-Aghayan, M. et al (1995): ultrazvuk ožarovanie účinky na asymetrické Michael reakcie. Tetrahedron: asymetria 6/11, 1995; S. 2643-2646.
  11. Polácková, viera et al. (1996): ultrazvuk-povýšený Cannizzaro reakcie v rámci fázy-transfer podmienky. In: Ultrasonics sonochemistry Vol. 3/1, 1996; PP. 15-17.
  12. Sharma, M. M. (2002): stratégie vedenia reakcií v malom meradle. Selektívnosť inžinierstva a intenzifikácia procesov. In: čistá a Aplikovaná chémia, Vol. 74/12, 2002; PP. 2265-2269.
  13. Török, B. et al. (2001): asymetrické reakcie v sonochémii. Ultrasonics sonochemistry 8, 2001; PP. 191-200.
  14. Wang, MAW-Ling et al. (2007): ultrazvuk asistovanej fázy-transfer katalyticky epoxidačnou-oktadiene – kinetická štúdia. In: Ultrasonics sonochemistry Vol. 14/1, 2007; PP. 46-54.
  15. Jang, H.-M.; Chu, WM, W.-M. (2012): ultrazvuk-asistovanej fáza-transfer Catalysis: zelená syntéza substituovaných benzoát s novou Dual-site fáza-transfer katalyzátor v Solid-kvapalina systému. V: konanie s 14.th Ázia Pacifik konfederácie chemického inžinierstva Kongresu APCChE 2012.


Fakty stojí za to vedieť

Ultrazvukové tkanivo homogenizers sú často označované ako sonda sonicator, Sonic lyser, ultrazvuk disruptor, Ultrazvukový mlynček, sono-ruptor, sonifier, Sonic dismembrator, bunkovej disruptora, Ultrazvukový rozprašovačom alebo dezriešiteľ. Rôzne termíny vyplývajú z rôznych aplikácií, ktoré môžu byť splnené ultrazvukom.