Kataliza e transferimit të fazës të nxitur dhe të përmirësuar me ultratinguj

Ekografia me fuqi të lartë është e njohur për kontributin e saj në reaksione të ndryshme kimike. Ky është i ashtuquajturi Sonokimia. Reaksionet heterogjene - dhe veçanërisht reaksionet e transferimit të fazës - janë fusha shumë të mundshme aplikimi për ultratingujt e fuqisë. Për shkak të energjisë mekanike dhe sonokimike të aplikuar në reagentët, mund të fillojnë reaksionet, mund të rritet ndjeshëm shpejtësia e reagimit, si dhe mund të arrihen norma më të larta konvertimi, rendimente më të larta dhe produkte më të mira. Shkallueshmëria lineare e ultrazërit dhe disponueshmëria e ultrazërit të besueshëm industriale pajisjet e bëjnë këtë teknikë një zgjidhje interesante për prodhimin kimik.

Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Qelizë me rrjedhje qelqi tejzanor

kataliza e transferimit të fazës

Kataliza e Transferimit Fazor (PTC) është një formë e veçantë e katalizës heterogjene dhe e njohur si një metodologji praktike për sintezën organike. Duke përdorur një katalizator transferimi fazor, bëhet i mundur tretja e reaktantëve jonikë, të cilët shpesh janë të tretshëm në një fazë ujore, por të pazgjidhshëm në një fazë organike. Kjo do të thotë se PTC është një zgjidhje alternative për të kapërcyer problemin e heterogjenitetit në një reaksion në të cilin ndërveprimi ndërmjet dy substancave të vendosura në faza të ndryshme të një përzierjeje pengohet për shkak të pamundësisë së reagentëve për t'u bashkuar. (Esen et al. 2010) Përparësitë e përgjithshme të katalizës së transferimit të fazës janë përpjekjet e pakta për përgatitjen, procedurat e thjeshta eksperimentale, kushtet e lehta të reagimit, ritmet e larta të reagimit, selektiviteti i lartë dhe përdorimi i reagentëve të lirë dhe të mirë për mjedisin, si amoniumi kuaternar. kripërat, dhe tretësit, dhe mundësia e kryerjes së përgatitjeve në shkallë të gjerë (Ooi et al. 2007).
Një shumëllojshmëri e reaksioneve lëng-lëng dhe lëng-ngurtë janë intensifikuar dhe bërë selektive duke përdorur katalizatorë të thjeshtë të transferimit të fazës (PT) si quats, polietilen glikol-400, etj., të cilët lejojnë që speciet jonike të transportohen nga faza ujore në faza organike. Kështu, problemet që lidhen me tretshmërinë jashtëzakonisht të ulët të reaktantëve organikë në fazën ujore mund të kapërcehen. Në industrinë e pesticideve dhe farmaceutike, PTC përdoret gjerësisht dhe ka ndryshuar bazat e biznesit. (Sharma 2002)

ultratinguj me fuqi

Aplikimi i ultrazërit të fuqisë është një mjet i njohur për të krijuar jashtëzakonisht fine emulsione. Në kimi, emulsione të tilla me përmasa jashtëzakonisht të imta përdoren për të përmirësuar reaksionet kimike. Kjo do të thotë që zona e kontaktit ndërfaqësor ndërmjet dy ose më shumë lëngjeve të papërziershëm zmadhohet në mënyrë dramatike dhe siguron rrjedhim më të mirë, më të plotë dhe/ose më të shpejtë të reagimit.
Për katalizën e transferimit të fazës – njësoj si për reaksionet e tjera kimike – nevojitet mjaft energji kinetike për të filluar reaksionin.
Kjo ka efekte të ndryshme pozitive në lidhje me reaksionin kimik:

  • Një reaksion kimik që normalisht nuk do të ndodhë për shkak të energjisë së tij të ulët kinetike mund të fillojë me ultratinguj.
  • Reaksionet kimike mund të përshpejtohen nga PTC me ndihmën e ultrazërit.
  • Shmangia e plotë e katalizatorit të transferimit të fazës.
  • Lëndët e para mund të përdoren më efikase.
  • Nënproduktet mund të reduktohen.
  • Zëvendësimi i bazës së fortë të rrezikshme me kosto intensive me bazë inorganike të lira.

Nga këto efekte, PTC është një metodologji kimike e paçmuar për sintezën organike nga dy e më shumë reaktantë të papërziershëm: Kataliza e transferimit të fazës (PTC) mundëson përdorimin më efikas të lëndëve të para të proceseve kimike dhe prodhimin me kosto më efektive. Rritja e reaksioneve kimike nga PTC është një mjet i rëndësishëm për prodhimin kimik që mund të përmirësohet në mënyrë dramatike me përdorimin e ultrazërit.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Kavitacioni në lëng

Shembuj për reagimet PTC të promovuara në mënyrë ultrasonike

  • Sinteza e derivateve të reja të N'-(4,6-pirimidin-2-il)-N-(5-aril-2-furoil)tiourea të reja duke përdorur PEG-400 nën ultratinguj. (Ken et al. 2005)
  • Sinteza e asistuar tejzanor e acidit mandelik nga PTC në lëngun jonik tregon një rritje të konsiderueshme në rendimentet e reagimit në kushte ambienti. (Hua et al. 2011)
  • Kubo etj. (2008) raportojnë C-alkilimin e fenilacetonitrilit të ndihmuar me ultratinguj në një mjedis pa tretës. Efekti i ultrazërit për të nxitur reaksionin i atribuohet zonës jashtëzakonisht të madhe ndërfaqe midis dy fazave të lëngshme. Ultratingulli rezulton në një shpejtësi reagimi shumë më të shpejtë sesa përzierja mekanike.
  • Sonicizimi gjatë reaksionit të tetraklorurit të karbonit me magnezin për gjenerimin e diklorokarbenit rezulton në një rendiment më të lartë të gem-diklorociklopropanit në prani të olefinave. (Lin et al. 2003)
  • Ultratingulli siguron përshpejtimin e reagimit Cannizzaro të fq-klorobenzaldehidi në kushte transferimi fazor. Nga katalizatorët e transferimit trefazor – klorur benziltrietilamoniumi (TEBA), Aliquat dhe 18-crown-6 -, të cilat janë testuar nga Polácková et al. (1996) TEBA u gjet të ishte më efektive. Ferrocenekarbaldehidi dhe fq-dimetilaminobenzaldehidi dha, në kushte të ngjashme, 1,5-diaril-1,4-pentadien-3-one si produkt kryesor.
  • Lin-Xiao etj. (1987) kanë treguar se kombinimi i ultrazërit dhe PTC promovon në mënyrë efektive gjenerimin e diklorokarbenit nga kloroformi në një kohë më të shkurtër me rendiment më të mirë dhe sasi më të vogël të katalizatorit.
  • Yang et al. (2012) kanë hetuar sintezën e gjelbër, të ndihmuar me ultratinguj të benzil 4-hidroksibenzoatit duke përdorur 4,4'-bis(tributilamoniometil)-1,1'-bifenil diklorid (QCl2) si katalizator. Me përdorimin e QCl2, ata kanë zhvilluar një katalizë të re të transferimit të fazës në dy vende. Kjo katalizë e transferimit të fazës së ngurtë-lëngshme (SLPTC) është kryer si proces grumbull me ultratinguj. Nën sonikacion intensiv, 33% e Q2+ të shtuar përmban 45.2% Q(Ph(OH)COO)2 është transferuar në fazën organike për të reaguar me benzil bromid, kështu që shpejtësia e përgjithshme e reagimit u rrit. Kjo shpejtësi e përmirësuar e reagimit u mor 0.106 min-1 nën 300 W të rrezatimit tejzanor, ndërsa pa sonikim një shpejtësi prej 0,0563 min-1 u vëzhgua. Në këtë mënyrë, është demonstruar efekti sinergjik i katalizatorit të transferimit të fazës së dyfishtë me ultratinguj në katalizën e transferimit të fazës.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

Figura 1: UP200Ht është një homogjenizues i fuqishëm ultrasonik 200 vat

Përmirësimi tejzanor i Reaksionit të Transferimit të Fazës Asimetrike

Me qëllimin e krijimit të një metode praktike për sintezën asimetrike të a-aminoacideve dhe derivateve të tyre, Maruoka dhe Ooi (2007) hetuan “nëse reaktiviteti i kripërave të amonit kuaternar N-spiro kiral mund të rritet dhe strukturat e tyre të thjeshtohen. Meqenëse rrezatimi me ultratinguj prodhon homogjenizimidmth shumë mirë emulsione, rrit në masë të madhe zonën ndërfaqe mbi të cilën mund të ndodhë reaksioni, gjë që mund të japë përshpejtim të konsiderueshëm të shpejtësisë në reaksionet e transferimit të fazës lëng-lëng. Në të vërtetë, sonikimi i përzierjes së reaksionit të 2, metil jodur dhe nën-njësi (S,S)-naftil (1 mol%) në toluen/50% ujore KOH në 0 degC për 1 orë krijoi produktin përkatës të alkilimit në 63% rendimenti me 88�; rendimenti kimik dhe enantioselektiviteti ishin të krahasueshëm me ato të një reaksioni të kryer me nxitje të thjeshtë të përzierjes për tetë orë (0 degC, 64%, 90% ee). (Maruoka et al. 2007; f. 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

Skema 1: Ultratingulli rrit shpejtësinë e reagimit gjatë sintezës asimetrike të α-aminoacideve [Maruoka et al. 2007]

Një lloj tjetër reagimi i një katalizimi asimetrik është reaksioni i Michael. Shtimi Michael i dietilit N-acetil-aminomalonati ndaj kalkonit ndikohet pozitivisht nga ultratingulli që rezulton në një rritje prej 12% të rendimentit (nga 72% e marrë gjatë reaksionit të heshtur deri në 82% nën ultratinguj). Koha e reagimit është gjashtë herë më e shpejtë me ultratinguj me fuqi krahasuar me reagimin pa ultratinguj. Teprica enantiomerike (ee) nuk ka ndryshuar dhe ishte për të dy reagimet - me dhe pa ultratinguj - në 40% ee. (Mirza-Aghayan et al. 1995)
Li et al. (2003) demonstroi se reaksioni Michael i kalkoneve si pranues me komponime të ndryshme aktive të metilenit si dietil malonati, nitrometani, cikloheksanoni, acetoacetati etil dhe acetilacetoni si donatorë të katalizuar nga KF/alumina bazë rezulton në rendiment të lartë brenda një kohe më të shkurtër nën ultrazë. rrezatimi. Në një studim tjetër, Li et al. (2002) kanë treguar sintezën e suksesshme të kalkoneve me ndihmën ultrasonike të katalizuar nga KF-Al2O3.
Këto reagime PTC të mësipërme tregojnë vetëm një gamë të vogël të potencialit dhe mundësive të rrezatimit tejzanor.
Testimi dhe vlerësimi i ultrazërit në lidhje me përmirësimet e mundshme në PTC është shumë i thjeshtë. Pajisjet laboratorike tejzanor si Hielscher's UP200Ht (200 watts) dhe sisteme me tavolinë si ai i Hielscher UIP1000hd (1000 watts) lejojnë provat e para. (shih foton 1 dhe 2)
Shtesa asimetrike Michael e përmirësuar tejzanor (Kliko për ta zmadhuar!)

Skema 2: Shtimi asimetrik Michael i dietil N-acetil-aminomalonatit me ndihmën tejzanor në kalkon [Török et al. 2001]

Prodhimi efikas konkurrues në tregun kimik

Duke përdorur katalizën e transferimit të fazës tejzanor, do të përfitoni nga një ose më shumë avantazhe të ndryshme të dobishme:

  • inicializimi i reaksioneve që përndryshe nuk janë të realizueshme
  • rritjen e rendimentit
  • prerja e tretësve të shtrenjtë, anhidër, aprotik
  • zvogëlimi i kohës së reagimit
  • temperatura më të ulëta të reagimit
  • përgatitje e thjeshtuar
  • përdorimi i metaleve alkali ujor në vend të alkooksideve të metaleve alkali, amidit të natriumit, hidridit të natriumit ose natriumit metalik
  • përdorimi i lëndëve të para më të lira, veçanërisht oksidantëve
  • zhvendosja e selektivitetit
  • ndryshimi i raporteve të produktit (p.sh. O-/C-alkilimi)
  • izolimi dhe pastrimi i thjeshtuar
  • rritja e rendimentit duke shtypur reaksionet anësore
  • shkallë e thjeshtë, lineare deri në nivelin e prodhimit industrial, edhe me xhiro shumë të lartë
UIP1000hd Homogjenizues tejzanor me stol-top

Konfigurimi me procesor tejzanor 1000 W, qelizë rrjedhëse, rezervuar dhe pompë

Testim i thjeshtë dhe pa rrezik i Efekteve tejzanor në Kimi

Për të parë se si ultratingulli ndikon në materiale dhe reagime specifike, testet e para të fizibilitetit mund të kryhen në shkallë të vogël. Pajisjet laboratorike të mbajtura me dorë ose të montuara në këmbë në rangun prej 50 deri në 400 vat lejojnë sonikimin e mostrave të madhësisë së vogël dhe të mesme në gotë. Nëse rezultatet e para tregojnë arritje të mundshme, procesi mund të zhvillohet dhe optimizohet në tavolinë me një procesor industrial tejzanor, p.sh. UIP1000hd (1000 W, 20 kHz). Sistemet tejzanor të Hielscher me tavolinë 500 vat për të 2000 vat janë pajisjet ideale për R&D dhe optimizimi. Këto sisteme tejzanor - të dizajnuara për gotë dhe sonication inline – jepni kontroll të plotë mbi parametrin më të rëndësishëm të procesit: Amplituda, Presioni, Temperatura, Viskoziteti dhe Përqendrimi.
Kontrolli i saktë mbi parametrat lejon që riprodhueshmëria e saktë dhe shkallëzueshmëria lineare të rezultateve të fituara. Pas testimit të konfigurimeve të ndryshme, konfigurimi i gjetur si më i miri mund të përdoret për të funksionuar vazhdimisht (24 orë/7 ditë) në kushtet e prodhimit. PC-Control opsional (ndërfaqja e softuerit) gjithashtu lehtëson regjistrimin e provave individuale. Për sonikimin e lëngjeve ose tretësve të ndezshëm në mjedise të rrezikshme (ATEX, FM) UIP1000hd është në dispozicion në një version të certifikuar nga ATEX: UIP1000-Exd.

Përfitimet e përgjithshme nga ultratingulli në kimi:

  • Një reagim mund të përshpejtohet ose mund të kërkohen kushte më pak shtrënguese nëse aplikohet sonication.
  • Periudhat e induksionit shpesh zvogëlohen ndjeshëm siç janë ekzotermat që zakonisht shoqërohen me reaksione të tilla.
  • Reaksionet sonokimike shpesh inicohen me ultratinguj pa pasur nevojë për aditivë.
  • Numri i hapave që kërkohen normalisht në një rrugë sintetike ndonjëherë mund të reduktohet.
  • Në disa situata, një reagim mund të drejtohet në një rrugë alternative.

Na kontaktoni / Kërkoni më shumë informacion

Flisni me ne për kërkesat tuaja të përpunimit. Ne do të rekomandojmë parametrat më të përshtatshëm të konfigurimit dhe përpunimit për projektin tuaj.





Ju lutemi vini re tonë Politika e privatësisë.


Literatura/Referencat

  1. Esen, Ilker etj. (2010): Katalizatorët e transferimit të fazës dikacionike me zinxhir të gjatë në reaksionet e kondensimit të aldehideve aromatike në ujë nën efektin tejzanor. Buletini i Shoqërisë Kimike Koreane 31/8, 2010; fq 2289-2292.
  2. Hua, Q. et al. (2011): Sinteza e promovuar në mënyrë tejzanore e acidit mandelik me katalizën e transferimit të fazës në një lëng jonik. Në: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 18/5, 2011; fq 1035-1037.
  3. Li, J.-T. et al. (2003): Reaksioni Michael i katalizuar nga KF/alumina bazë nën rrezatim me ultratinguj. Ultrasonics Sonochemistry 10, 2003. fq 115-118.
  4. Lin, Haixa et al. (2003): Një procedurë e lehtë për gjenerimin e diklorokarbenit nga reagimi i tetrakloridit të karbonit dhe magnezit duke përdorur rrezatim tejzanor. Në: Molecules 8, 2003; fq 608 -613.
  5. Lin-Xiao, Xu et al. (1987): Një metodë e re praktike për gjenerimin e diklorocebenit nga rrezatimi ultrasonik dhe katalizimi i transferimit të fazës. Në: Acta Chimica Sinica, vëll. 5/4, 1987; fq 294-298.
  6. Ken, Shao-Yong etj. (2005): Sinteza e katalizuar e transferimit të fazës nën rrezatimin tejzanor dhe bioaktivitetin e derivateve të N'-(4,6-pirimidin-2-il)-N-(5-aril-2-furoil)-tiourea. Në: Indian Journal of Chemistry Vol. 44B, 2005; fq 1957-1960.
  7. Kubo, Masaki etj. (2008): Kinetika e C-alkilimit pa tretës të fenilacetonitrilit duke përdorur rrezatim tejzanor. Revista e Inxhinierisë Kimike Japoni, vëll. 41, 2008; fq 1031-1036.
  8. Maruoka, Keiji et al. (2007): Përparimet e fundit në Katalizën Asimetrike të Transferimit të Fazës. Në: Angew. Kimik. Int. Ed., Vëll. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; fq 4222-4266.
  9. Mason, Timothy et al. (2002): Sonokimia e aplikuar: përdorimet e ultrazërit të fuqisë në kimi dhe përpunim. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  10. Mirza-Aghayan, M. et al (1995): Efektet e rrezatimit me ultratinguj në reaksionin asimetrik të Michael. Tetrahedron: Asymmetry 6/11, 1995; fq 2643-2646.
  11. Polácková, Viera et al. (1996): Reaksioni Cannizzaro i nxitur nga ultratingulli në kushtet e transferimit të fazës. Në: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 3/1, 1996; fq 15-17.
  12. Sharma, MM (2002): Strategjitë e kryerjes së reagimeve në një shkallë të vogël. Inxhinieri selektiviteti dhe intensifikimi i procesit. Në: Pure and Applied Chemistry, Vol. 74/12, 2002; fq 2265-2269.
  13. Török, B. et al. (2001): Reaksionet asimetrike në sonokimi. Ultrasonics Sonochemistry 8, 2001; fq 191-200.
  14. Wang, Maw-Ling et al. (2007): Epooksidimi katalitik i transferimit të fazës me ultratinguj të 1,7-oktadienit - Një studim kinetik. Në: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 14/1, 2007; fq 46-54.
  15. Yang, H.-M.; Çu, W.-M. (2012): Kataliza e transferimit të fazës me ndihmën e ultrazërit: Sinteza jeshile e benzoatit të zëvendësuar me katalizatorin e ri të transferimit të fazës së dyfishtë në sistemin e lëngshëm të ngurtë. Në: Procedurat e 14th Kongresi i Konfederatës së Inxhinierisë Kimike të Azisë Paqësorit APCChE 2012.

Tema të ngjashme

Fakte që ia vlen të dihen

Homogjenizuesit tejzanor të indeve shpesh quhen si sonikator, lizer zanor, ndërprerës tejzanor, mulli tejzanor, sono-ruptor, sonifier, dismembrator zanor, përçarës qelizash, shpërndarës tejzanor ose shpërndarës. Termat e ndryshëm rezultojnë nga aplikacionet e ndryshme që mund të përmbushen nga sonication.

Ne do të jemi të lumtur të diskutojmë procesin tuaj.

Let's get in contact.


✕