Reaksionet Diels-Alder të përmirësuara sonokimikisht

Reaksionet Diels-Alder përdoren gjerësisht për sinteza kimike, ku duhet të formohen lidhje ndërmjet atomeve karbon-karbon. Trajtimi me ultratinguj dhe efektet e tij sonokimike janë shumë efikase në nxitjen dhe favorizimin e reaksioneve Diels-Alder, duke sjellë rendimente më të larta, kohë reaksioni ndjeshëm më të shkurtër dhe duke qenë njëkohësisht pjesë e kimisë së gjelbër miqësore me mjedisin.

Reaksioni Diels-Alder i përforcuar sonokimikisht për kiminë e gjelbër

Reaksionet Diels-Alder janë reaksione kimike në të cilat formohen lidhje ndërmjet atomeve të karbonit. Reaksioni Diels-Alder klasifikohet si një cikloadicion [4+2] i lejuar termikisht [_π4_s + _π2_s]. Meqenëse sinteza organike e asistuar me ultratinguj është një rrugë sinteze e gjelbër dhe efikase, e cila rrit shpejtësinë, rendimentin dhe selektivitetin e reaksioneve, sonikimi është një teknikë e thjeshtë dhe e besueshme që përdoret gjerësisht në laboratorë dhe në prodhimin industrial. Shpesh, rruga e favorizuar sonokimikisht lehtëson shndërrimin organik në kushte ambienti, i cili përndryshe kërkon kushte të ashpra temperature dhe presioni; kjo ndihmon në kursimin e kostove të energjisë dhe e bën sintezën kimike një procedurë më të sigurt.

Reaksioni Diels-Alder me ultratinguj duke përdorur tretës eutektikë të thellë

Tretësit eutektikë të thellë (DES) janë tretësira të acideve dhe bazave të Lewis-it ose Brønsted-it që formojnë një përzierje eutektike. Meqenëse tretësit eutektikë të thellë janë të pandizshëm, kanë presione të ulëta avulli dhe toksicitet të ulët dhe shpesh përgatiten nga përbërje natyrore, ata përbëjnë një alternativë tretësi më të sigurt dhe më miqësore me mjedisin. Dihet se trajtimi me ultratinguj dhe tretësit eutektikë të thellë veprojnë së bashku në mënyrë sinergjike dhe, për këtë arsye, përdoren për sintezë kimike, si edhe në ekstraktimin me ultratinguj. Përdorimi i tretësve eutektikë të thellë është i dobishëm edhe në reaksionet Diels-Alder të favorizuara me ultratinguj. Për shembull, sonikimi përdoret për të favorizuar reaksionin Diels-Alder duke përdorur N-etilmaleimidin si dienofil dhe duke ndryshuar natyrën e dienit në tretës eutektikë të thellë (DES), si me ngrohje konvencionale, ashtu edhe me aktivizim me ultratinguj.
Përdorimi i aktivizimit me ultratinguj në kombinim me tretës eutektikë të thellë rezultoi i dobishëm, duke siguruar rendimente të mira në kohë reaksioni të shkurtuara në mënyrë drastike.

Reaksioni Diels−Alder i përmirësuar me ultratinguj.
skema e përshtatur nga Marullo et al., 2020

Procedura e përgjithshme për reaksionin Diels-Alder duke përdorur DES dhe sonikim

Reaksionet Diels-Alder të favorizuara me ultratinguj u kryen duke futur sondën me ultratinguj (sonotrodën / bririn) në enën e reaksionit. Duke përdorur një sondë me ultratinguj me majë me diametër 0,5 cm, fuqia nominale në dalje ishte 70 W. Reaksionet u kryen në 40°C duke zbatuar sonikim në modalitet pulsues, me cikle prej 5 sekondash AKTIV dhe 20 sekondash JOAKTIV. Reaksioni Diels-Alder i intensifikuar me ultratinguj dha rendimente të mira në një kohë shumë më të shkurtër sesa në kushte pa sonikim (përkatësisht 70 min dhe 24 h për reaksionet sonokimike dhe ato pa sonikim).
Për të vlerësuar efikasitetin energjetik të reaksionit Diels-Alder të intensifikuar sonokimikisht, u krahasua konsumi i energjisë së reaksionit Diels-Alder pa sonikim me atë të reaksionit të favorizuar me ultratinguj. Llogaritjet dhanë një konsum prej 35 094 kJ/g për reaksionin pa sonikim dhe 28,4 kJ/g për reaksionin e asistuar me ultratinguj (bri me ultratinguj me fuqi në dalje prej 70 W energji neto), përkatësisht. Kjo rezulton në një kursim energjie prej 99% për reaksionin Diels-Alder të nxitur sonokimikisht. Të gjitha këto vëzhgime sugjerojnë fuqimisht se përdorimi i kombinuar i tretësve eutektikë të thellë (DES) dhe rrezatimit me ultratinguj është një metodologji efikase dhe që kursen energji për procese të rëndësishme sinteze, si reaksioni Diels-Alder. (Marullo et al., 2020)

Efekti i tretësve të ndryshëm eutektikë të thellë në kombinim me sonikimin

Rezultatet më të mira për reaksionin Diels-Alder të favorizuar me ultratinguj u arritën kur tretësit eutektikë të thellë [ChCl]:[Fru] dhe [TBACl]:[EG] përdoren si tretës. Përdorimi i [ChCl]:[Fru] dhe [TBACl]:[EG] si tretës solli shkurtime të konsiderueshme të kohës së reaksionit, si edhe përmirësime të konsiderueshme të rendimentit (për [TBACl]:[EG] 73% dhe 87%, dhe për [ChCl]:[Fru] 23 dhe 75% në kushte pa sonikim dhe në kushte sonokimike, përkatësisht).
Në disa raste, konkretisht kur [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly], dhe [AcChCl]:[EG] përdoren si tretës, rendimentet janë të krahasueshme me ato që përftohen në kushte pa sonikim, por shpejtësia e procesit kimik përsëri përmirësohet në mënyrë drastike nga sonikimi.
Sonikimi funksionon shumë mirë me tretës viskozë me presion të ulët avulli, si lëngjet jonike (ILs), pasi këto kushte lehtësojnë krijimin e efekteve më intensive të kavitacionit. Meqenëse tretësit eutektikë të thellë kanë veti fizike të ngjashme me lëngjet jonike, ata mund të përdoren në mënyrë të përshtatshme së bashku me trajtimin me ultratinguj. Veprimi i kombinuar i tretësve eutektikë të thellë (DES) dhe sonikimit ul ndjeshëm kërkesën për energji të reaksionit Diels-Alder. Mund të vërehen shkurtime të konsiderueshme të kohës së reaksionit nga 24 h në 70 min, duke siguruar njëkohësisht rendimente shumë të mira. Për sa i përket efikasitetit të procesit, kjo do të thotë se përdorimi i kombinuar i tretësve eutektikë të thellë (DES) dhe trajtimit me ultratinguj mundëson përpunimin e një sasie materialesh 10 herë më të madhe sesa në kushte pa sonikim. (Marullo et al., 2020)

Reaksioni Diels-Alder me ultratinguj i alkeneve oksabiciklike

Wei dhe kolegët (2004) treguan se reaksioni Diels–Alder i furaneve të zëvendësuara me dienofile reaktive, si acetilendikarboksilati i dimetilit (DMAD) dhe maleati i dimetilit, i favorizuar nga trajtimi me ultratinguj, dha alkene oksabiciklike të funksionalizuara me rendimente të mira. Reaksioni i cikloadicionit furanik regjiospecifik Diels-Alder të furaneve 2-vinilike me DMAD, i favorizuar me ultratinguj, dha alkene oksabiciklike të funksionalizuara me rendiment të mirë.

Reaksionet e cikloadicionit të përmirësuara sonokimikisht

Bravo dhe kolegët (2006) përshkruan një seri cikloadicionesh sonokimike që përfshinin ose ciklopentadienin, ose 1,3-cikloheksadienin me dienofile karbonilike në një lëng jonik me bazë imidazoliumi si mjedis reaksioni. Ata demonstruan se trajtimi me ultratinguj i përmirëson në mënyrë efektive këto reaksione cikloadicioni, duke sjellë rendimente më të larta dhe/ose kohë reaksioni më të shkurtra në krahasim me reaksionet përkatëse pa sonikim. Për shembull, për dienofile të thjeshta α,β-të pangopura, si metil vinil ketoni ose akroleina, efektet e aktivizimit me ultratinguj janë të dukshme. Për shembull, metil vinil ketoni jep rendiment 89% brenda 1 h sonikimi të butë, ndërsa reaksioni pa sonikim dha vetëm 52% brenda së njëjtës kohë reaksioni.

Pajisje me ultratinguj të çdo madhësie për reaksione Diels-Alder të favorizuara sonokimikisht

Hielscher Ultrasonics projekton, prodhon dhe shpërndan homogjenizues me ultratinguj të tipit sondë me performancë të lartë dhe pajisje sonokimike për integrim në sisteme kimike, si reaksionet e sintezës dhe të katalizës. Pajisjet me ultratinguj Hielscher përdoren në mbarë botën si mjete të besueshme për të favorizuar, intensifikuar, përshpejtuar dhe përmirësuar reaksionet kimike.
Procesorët me ultratinguj të Hielscher Ultrasonics janë të disponueshëm në çdo madhësi, nga pajisjet e vogla laboratorike deri te procesorët e mëdhenj industrialë për zbatime të kimisë në lote dhe në rrjedhje. Rregullimi i saktë i amplitudës së ultratingujve – parametri më i rëndësishëm për zbatimet sonokimike – mundëson funksionimin e pajisjeve me ultratinguj Hielscher me amplituda nga të ulëta deri në shumë të larta dhe rregullimin e imët të amplitudës pikërisht sipas kushteve të kërkuara të procesit me ultratinguj për sistemin specifik të reaksionit kimik.
Gjeneratori me ultratinguj i Hielscher ka një program inteligjent me regjistrim automatik të të dhënave. Të gjithë parametrat e rëndësishëm të përpunimit, si energjia e ultratingujve, temperatura, presioni dhe koha, ruhen automatikisht në një kartë SD të integruar sapo pajisja të ndizet.
Monitorimi i procesit dhe regjistrimi i të dhënave janë të rëndësishëm për standardizimin e vazhdueshëm të procesit dhe cilësinë e produktit. Duke hyrë te të dhënat e procesit të regjistruara automatikisht, mund të rishikoni ciklet e mëparshme të sonikimit dhe të vlerësoni rezultatin.
Një veçori tjetër e lehtë për përdoruesin është kontrolli në distancë përmes shfletuesit i sistemeve tona digjitale me ultratinguj. Nëpërmjet kontrollit në distancë përmes shfletuesit, mund ta nisni, ndaloni, rregulloni dhe monitoroni procesorin tuaj me ultratinguj nga distanca, nga kudo.
Na kontaktoni tani për të mësuar më shumë se si homogjenizuesit tanë me ultratinguj me performancë të lartë mund të përmirësojnë reaksionin tuaj të sintezës organike, si reaksionet Diels-Alder, reaksionet Mannich ose adicionin Michael, ndër shumë të tjera!

Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të pajisjeve tona me ultratinguj: