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.

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.

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.

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)

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)

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