Hielscher Ultrazvočna tehnologija

Ultrazvočno povzročena in izboljšana faza prenosa katalizo

Visoka moč ultrazvok je znan po svojem prispevku k različnih kemijskih reakcij. To je tako imenovani Ultrazvočna kemija. Heterogeni reakcije - in predvsem reakcije faznega transferja - so zelo možne področjih aplikacij za električno energijo ultrazvoka. Zaradi mehanskega in sonokemijska energije, ki se uporablja za reagenti, lahko se sproži reakcije, lahko reakcija hitrost znatno povečala, pa tudi višjo stopnjo konverzije, višje donose in boljše izdelke je mogoče doseči. Linearni prilagodljivost ultrazvoka in razpoložljivost zanesljivih ultrazvočne Industrijski Oprema bo ta tehnika zanimiva rešitev za kemijsko proizvodnjo.
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Ultrazvočni Glass Flow Cell

kataliza faznega transferja

Phase Transfer Catalysis (PTC) je posebna oblika heterogene katalize in je znana kot praktična metodologija za organsko sintezo. Z uporabo katalizatorja faznega prenosa postane možno raztapljati ionske reaktante, ki so pogosto topne v vodni fazi, vendar netopne v organski fazi. To pomeni, da je PTC alternativna rešitev za premostitev problema heterogenosti v reakciji, v kateri je interakcija med dvema substancama, ki se nahajajo v različnih fazah zmesi, zavržena zaradi nezmožnosti reagentov, da pridejo skupaj. (Esen et al., 2010). Splošne prednosti katalize faznega prenosa so majhna prizadevanja za pripravo, preproste eksperimentalne postopke, blage reakcijske pogoje, visoke hitrosti reakcij, visoko selektivnost in uporaba poceni in okolju prijaznih reagentov, kot je kvaterni amonij soli in topila ter možnost izvajanja obsežnih pripravkov (Ooi et al., 2007).
Različne tekočine v tekočem stanju in tekoče-trdno reakcije so se okrepila in je selektivno s pomočjo preprostih faznega prenosa (PT) katalizatorji, kot quats polietilenglikol-400, itd, ki omogočajo ionska vrsta se ferried iz vodne faze do organsko fazo. Tako lahko težave, povezane z zelo nizko topnost v organskih reaktantov v vodni fazi treba premagati. V pesticidov in farmacevtske industrije, je PTC v veliki meri uporablja in je spremenila osnove poslovanja. (Sharma 2002)

moč ultrazvok

Uporaba moči ultrazvoka je dobro znano orodje za ustvarjanje zelo v redu emulzije. V kemiji so taki zelo fino velikost emulzije uporablja za izboljšanje kemične reakcije. To pomeni, da je na mejni ploskvi kontaktna površina med dvema ali več medsebojno nezdružljivih tekočine postane bistveno povečana in s tem omogoča boljši, bolj popolno in / ali hitrejši potek reakcije.
Za katalizo prenosa faze – enako kot za druge kemijske reakcije - dovolj kinetična energija je potrebna za začetek reakcije.
Ta ima različne pozitivne učinke v zvezi s kemijsko reakcijo:

  • Kemična reakcija, ki se običajno ne bo prišlo zaradi nizke kinetične energije se lahko začel z ultrazvokom.
  • Kemijske reakcije je mogoče pospešiti z PTC ultrasonically-pomaga.
  • Popolno izogibanje katalizatorja faznega prenosa.
  • Surovine se lahko uporablja bolj učinkovito.
  • Stranskih proizvodov se lahko zmanjša.
  • Zamenjava drage nevarnih močne baze s poceni anorganske baze.

Do teh učinkov, PTC je dragocen kemični metodologija za organske sinteze iz dveh in več medsebojno nezdružljivih reaktantov: katalize faznega transferja (PTC) omogoča bolj učinkovito uporabo surovin kemijskih procesov in stroškovno učinkovito proizvodnjo. Povečanje kemijskih reakcij s PTC je pomembno orodje za kemijsko proizvodnjo, ki se lahko izboljša z uporabo ultrazvoka dramatično.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Kavitacija v tekočini

Primeri za ultrazvočno napredujejo PTC reakcij

  • Sinteza novih N '- (4,6-disubstituiran-pirimidin-2-il) -N- (5-aril-2-furoil) tiourea derivatov z uporabo PEG-400 pod ultrazvokom. (Ken et al. 2005)
  • Sinteza ultrazvočno pomaga izmed mandljeve kisline s PTC v ionsko tekočino kaže znatno izboljšanje v dobitku reakcije pri sobnih pogojih. (Hua et al. 2011)
  • Kubo in sod. (2008) navajajo ultrazvočno pomaga C-alkiliranjem fenilacetonitril v okolju brez topila. Učinek ultrazvoka za pospeševanje reakcije so pripisali izredno velike mejne površine med fazama med tekočo fazo. Ultrasonication posledico veliko hitreje hitrost reakcij, kot mehansko mešanje.
  • Ultrazvoka med reakcijo ogljikovega tetraklorida z magnezijem pri proizvodnji rezultatov dichlorocarbene v visokem dobitku gem-dichlorocyclopropane v prisotnosti olefinov. (Lin et al., 2003)
  • Ultrazvok zagotavlja pospešek cannizzarova reakcija z P-chlorobenzaldehyde pod pogoji faznega prenosa. Od treh katalizatorjev faznega prenosa – benziltrietilamonijev klorid (TEBA), Aliquat in 18-krona-6 -, ki so bili testirani z Polácková et al. (1996) TEBA Ugotovili smo, da najbolj učinkovita. Ferrocenecarbaldehyde in P-dimethylaminobenzaldehyde dvoma, pod podobnimi pogoji, 1,5-diaril-1,4-pentadien-3-oni kot glavnega proizvoda.
  • Lin-Xiao sod. (1987) so pokazali, da je kombinacija ultrazvoka in PTC učinkovito pospešuje nastajanje dichlorocarbene iz kloroforma v krajšem času z boljšim izkoristkom in manjšo količino katalizatorja.
  • Yang et al. (2012) so raziskovali zeleno, ultrazvočno podprto sintezo benzil 4-hidroksibenzoata uporabo 4,4'-bis (tributylammoniomethyl) -1,1'-bifenil diklorid (QCl2) Kot katalizatorja. Z uporabo QCl2So razvili novo dvojno stran faznega prenosa kataliza. To trdno-tekoče faznega prenosa kataliza (SLPTC) je bila izvedena kot šaržni postopek z ultrazvokom. Pod intenzivno ultrazvočno razbijanje, 33% dodane Q2 + vsebuje 45,2% Q (Ph (OH) COO)2 je prenesla v organsko fazo, da reagira z benzilbromidom, je izboljšana tako splošna hitrost reakcije. To izboljšano hitrost reakcije dobimo 0,106 min-1 pod 300W ultrazvočno obsevanja, medtem ko brez sonifikacijo višini 0.0563 min-1 opazili. Pri tem je bilo dokazano sinergijski učinek dvojno mestu katalizator faznega prenosa z ultrazvokom v katalizi faznega transferja.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

Slika 1: UP200Ht je 200 vatov močna ultrazvočno Homogenizator

Ultrasonic Krepitev Asymmetric fazi prenosa reakcija

Z namenom vzpostavitve praktični postopek za asimetrično sintezo a-amino kislin in njihovih derivatov Maruoka in Ooi (2007) preiskovanih ", ali je mogoče reaktivnost N-spiro kiralnih kvartarne amonijeve soli izboljšano in njihove strukture poenostavljena. Ker ultrazvočnega valovanja proizvaja homogenizacijo, Da je zelo v redu emulzijeJe močno poveča medploskovno površino preko katere lahko pride do reakcije, ki bi lahko proizvedla znatne mere pospešek v reakcijah prenaša faze, tekočih in tekočino. Dejansko ultrazvoka reakcijske zmesi 2, metil jodida, in (S, S) -naftilCI podenoti (1 mol%) v toluenu / 50% vodnega KOH pri 0 degC 1 h je bila izdana ustrezni alkiliranja produkta v 63% dobimo z 88% ee; kemijska dobitek in enantioselektivnost bili primerljivi s tistimi iz reakcijo izvedemo z enostavnim mešanjem zmesi osem ur (0 degC, 64%, 90% ep). "(Maruoka et al 2007,.. p 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

Shema 1: Ultrasonication poveča hitrost reakcije med asimetrično sintezo a-amino kislin [Maruoka et al. 2007]

Druga reakcija vrsta asimetričnem katalize je Michael reakcija. Michael dodajanje dietil Nacetil-aminomalonate da halkon pozitivno vpliva ultrazvoka, ki povzroči povečanje 12% dobitkom (od 72%, pridobljenega med tihe reakcijo do 82% pod ultrazvokom). Reakcijski čas je šestkrat hitrejši pod napetostjo ultrazvokom v primerjavi z reakcijo brez ultrazvoka. Enantiomerno presežek (ee) ni spremenila in je za obe reakciji - z in brez ultrazvoka - pri 40% ee. (Mirza-Aghayan et al. 1995)
Li et al. (2003) so pokazali, da je Michael reakcijo halkoni kot akceptorje z različnimi aktivnimi metilenskimi spojinami, kot so dietil malonata, nitrometan, cikloheksanon, etil acetoacetata in acetilaceton kot donatorji s KF / osnovno rezultatov alumina kataliziranih v aduktov z visokim dobitkom v krajšem času pod ultrazvokom obsevanje. V drugi študiji, Li et al. (2002) so pokazale uspešno ultrazvočno podprto synthesis halkonov s KF-Al kataliziranih2O3.
Te PTC reakcije so razvidne samo majhen razpon potenciala in možnosti ultrazvočnega valovanja.
Testiranje in ocenjevanje ultrazvoka o možnih izboljšav v PTC je zelo preprosta. Ultrazvočne laboratorijske naprave, kot so Hielscher je UP200Ht (200 W) in klop-top naprave, kot so Hielscher je UIP1000hd (1000 W) omogočajo prve poskuse. (Glej sliko 1 in 2)
Ultrazvočni izboljšati asimetrično Michael dodatek (Kliknite za povečavo!)

Shema 2: ultrazvočno pomaga asimetričen Michael dodajanje dietil N-acetil-aminomalonate da halkon [Török sod. 2001]

Učinkovita proizvodnja Konkurenca na kemijsko trgu

Z ultrazvočno prenosa faza kataliza boste dobiček iz enega ali več različnih koristnih prednosti:

  • inicializacija reakcij, ki se sicer ni mogoče
  • povečanje donosa
  • zmanjšati dragih, brezvodni, aprotičnih topilih
  • zmanjšanje reakcijskega časa
  • nižje temperature reakcijske
  • poenostavljena priprava
  • Uporaba vodne alkalijske kovine namesto alkoholatov alkalijskih kovin, natrijevega amida, natrijev hidrid ali kovinskega natrija
  • uporaba cenejših surovin, zlasti oksidantov
  • premik selektivnosti
  • sprememba razmerja zdravila (npr O- / C-alkiliranje)
  • Poenostavljena Izolacija in čiščenje
  • povečanje izkoristka odpravljen stranske reakcije
  • preprosta, linearna lestvica-up na industrijski ravni proizvodnje, tudi z zelo visoko prepustnost
UIP1000hd Bench-Top Ultrasonic Homogenizator

Nastavitev z 1000W ultrazvočno procesor, pretočno celico, rezervoarjem in črpalko

Enostavno in brez tveganja testiranje Ultrazvočna učinki za kemijo

Če si želite ogledati, kako ultrazvok vpliva na posebne materiale in reakcije, lahko prvi testi izvedljivosti se izvajajo v manjšem obsegu. Ročni ali stand-nameščen laboratorijske naprave v območju od 50 do 400 W omogoči sonifikacijo malih in srednjih vzorcev v čašo. Če so prvi rezultati kažejo potencialne dosežke, lahko proces razvit in optimiziran na klopi-top z industrijsko ultrazvočno procesor, npr UIP1000hd (1000W, 20kHz). Hielscher je ultrazvočni klop-top naprave s 500 W, da 2.000 W so idealne naprave za raziskave&D in optimizacija. Te ultrazvočne naprave - izdelani za čašo in inline ultrazvočno razbijanje – dobimo popoln nadzor nad najpomembnejši parameter procesa: Amplitude, tlak, temperatura, viskoznost in koncentracijo.
Natančno nadzor nad parametrov omogoča, da natančna ponovljivost in linearna razširljivost dobljenih rezultatov. Po preizkuša različne postavitve, konfiguracijo ugotovljeno, da je najbolje se lahko uporablja za neprekinjeno (24h / 7d) pod proizvodnimi pogoji. Opcijski PC-Control (programski vmesnik) omogoča tudi snemanje posameznih poskusov. Za ultrazvočno razbijanje vnetljivih tekočin ali topil v nevarnih okoljih (ATEX, FM) UIP1000hd je na voljo v različici, ATEX certifikatom: UIP1000-exd.

Splošni koristi iz ultrazvoka v kemiji:

  • Reakcija se lahko pospeši ali je lahko potreben manjši razmere silijo če se uporabi ultrazvoka.
  • Indukcijske dobe pogosto bistveno zmanjša, saj so exotherms običajno povezana s takšnimi reakcijami.
  • Sonokemijske reakcije se pogosto začne z ultrazvokom, brez potrebe po dodatkov.
  • lahko včasih zmanjša število korakov, ki so običajno potrebni v sintezne poti.
  • V nekaterih primerih se reakcija lahko usmerjena na alternativni poti.

Kontaktirajte nas / Vprašajte za več informacij

Pogovorite se z nami o vaših zahtev obdelave. Mi bo priporočil najustreznejše namestitev in obdelavo parametrov za vaš projekt.





Prosimo, upoštevajte naše Politika zasebnosti.


Literatura / Reference

  1. Esen, Ilker sod. (2010): Long Chain Dicationic faza Prenos Katalizator v kondenzacijske reakcije po aromatskih aldehidov v vodi pod Ultrasonic učinka. Bilten Korejski kemijskega društva 31/8, 2010; str. 2289-2292.
  2. Hua, Q. sod. (2011): ultrazvočno pospešeno sintezo mandljeve kisline s katalize faznega transferja v tekočem ionskem mediju. V: Ultrasonic sonokemija Vol. 18/5, 2011; str. 1035-1037.
  3. Li, J.-T. s sod. (2003): Michael Reakcijsko s KF / bazične glinice katalizirane pod ultrazvokom obsevanjem. Ultrazvočna sonokemija 10, 2003 str. 115-118.
  4. Lin, Haixa sod. (2003): sicer lahka Postopek za pridobivanje Dichlorocarbene z reakcijo ogljikovega tetraklorida in magnezijevega pomočjo ultrazvočnega valovanja. V: molekul 8, 2003; str. 608 -613.
  5. Lin-Xiao Xu et al. (1987): Novo praktična metoda za proizvajanje dichlorocebene z ultrazvočnim obsevanjem in katalize faznega transferja. V: Acta Chimica sinica, Vol. 5/4, 1987; str. 294-298.
  6. Ken, Shao-Yong sod. (2005): faznega prenosa katalizirano sintezo pod ultrazvočnega valovanja in bioaktivnost N '- (4,6-disubstituiran-pirimidin-2-il) -N- (5-aril-2-furoil) tiosečnin derivate. V: indijski listu kemijo Vol. 44B, 2005; str. 1957-1960.
  7. Kubo, Masaki sod. (2008): Kinetika brez topila C-alkiliranjem fenilacetonitril Uporaba ultrazvočnega valovanja. Chemical Engineering Journal Japonska, Vol. 41, 2008; str. 1031-1036.
  8. Maruoka, Keiji sod. (2007): nedavni napredek v Asymmetric Phase-Transfer katalizo. V: Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; str. 4222-4266.
  9. Mason Timothy sod. (2002): Applied Ultrazvočna kemija: uporabah moči ultrazvoka na področju kemije in predelave. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  10. Mirza-Aghayan, M. s sodelavci (1995): Ultrazvok obsevanje Vpliv na asimetričnem Michael reakcije. Tetraeder: Asimetrija 6/11, 1995; str. 2643-2646.
  11. Polácková, Viera et al. (1996): Ultrazvok pospešeno cannizzarova reakcija pod pogoji faznega transferja. V: Ultrasonic sonokemija Vol. 3/1, 1996; str. 15-17.
  12. Sharma, M. M. (2002): Strategije vodenja reakcije na majhnem obsegu. Selektivnost inženiring in proces stopnjevanje. V: čisto in uporabno kemijo, Vol. 74/12, 2002; str. 2265-2269.
  13. Török, B. s sod. (2001): Asimetrični reakcije v sonokemija. Ultrazvočna sonokemija 8, 2001; str. 191-200.
  14. Wang, Maw-Ling idr. (2007): Ultrazvok pomaga faznega prenosa katalitski epoksidacija 1,7-oktadien - kinetične študije. V: Ultrasonic sonokemija Vol. 14/1, 2007; str. 46-54.
  15. Yang, H. M .; Chu, W.-M. (2012): UZ-Assisted Phase-Transfer katalizo: Zelena Sinteza substituiranih benzoat z Novel Dual-Site katalizator faznega prenosa v Solid-Liquid sistema. V: Izhajajoč dne 14.Th Asia Pacific Konfederacija kemijsko tehnologijo Kongresnem APCChE 2012.


Dejstva je treba vedeti

tkiva homogenizatorji Ultrazvočni se pogosto sklicuje kot na sondo ultrazvočne naprave, Sonic lyser, ultrazvok motnje, ultrazvokom mlinček, sono-ruptor, sonikatorjem, Sonic dismembrator, razbijanje celic, ultrazvokom dispergator ali dissolver. Različni izrazi izhajajo iz različnih aplikacij, ki se lahko izpolnijo s ultrazvočno razbijanje.