Teknologjia e ultrazërit Hielscher

Katalizë Ultrasonically Induced dhe Enhanced Phase Transfer

Ultratinguj me fuqi të lartë është i njohur për kontributin e saj ndaj reaksioneve të ndryshme kimike. Kjo është e ashtuquajtura sonochemistry. Reagimet heterergjike - dhe veçanërisht reagimet e transferimit të fazës - janë fusha të aplikimit shumë të fuqishme për ultratingull të energjisë. Për shkak të energjisë mekanike dhe sonochemike të aplikuar ndaj reagentëve, mund të fillohen reagimet, mund të rritet ndjeshëm shpejtësia e reagimit, si dhe normat më të larta të konvertimit, rendimentet më të larta dhe produktet më të mira. Skalabiliteti linear i ultrazërit dhe disponueshmëria e ultratingujve të besueshëm industrial pajisjet e bëjnë këtë teknikë një zgjidhje interesante për prodhimin kimik.
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Qelizë qelqi tejzanor

fazë katalizator transferimi

Kataliza e fazës së transferimit (PTC) është një formë e veçantë e katalizatorit heterogjen dhe i njohur si një metodologji praktike për sintezën organike. Duke përdorur një katalizator për transferimin e fazës, bëhet e mundur që të solubilizohen reagentët jonik, të cilët shpesh janë të tretshëm në një fazë ujore por të pazgjidhshme në një fazë organike. Kjo do të thotë se PTC është një zgjidhje alternative për të kapërcyer problemin e heterogjenitetit në një reagim në të cilin ndërveprimi midis dy substancave të vendosura në faza të ndryshme të një përzierje frenohet për shkak të pamundësisë së reagentëve që të vijnë së bashku. (Esen et al., 2010) Përparësitë e përgjithshme të katalizatorit të transferimit të fazës janë përpjekjet e pakta për përgatitjen, procedurat e thjeshta eksperimentale, kushtet e butë të reagimit, normat e reagimit të lartë, selektivitetet e larta dhe përdorimi i reagentëve të lirë dhe mjedisorë të mirë, kripërat dhe tretësit, dhe mundësinë e kryerjes së përgatitjeve në shkallë të gjerë (Ooi et al. 2007).
Një shumëllojshmëri e reagimeve të lëngshme të lëngshme dhe të lëngshme-ngurta janë intensifikuar dhe bëhen selektive duke përdorur katalizatorë të thjeshtë të transferimit të fazës (PT), të tilla si quats, polietilen glikol-400, etj, të cilat lejojnë speciet jonike të transportohen nga faza ujore në fazë organike. Kështu, problemet që lidhen me tretshmërinë jashtëzakonisht të ulët të reagentëve organikë në fazën ujore mund të tejkalohen. Në industrinë e pesticideve dhe farmaceutike, PTC është përdorur gjerësisht dhe ka ndryshuar bazat e biznesit. (Sharma 2002)

Ultratinguj me energji

Zbatimi i ultrazërit të fuqisë është një mjet i njohur për të krijuar jashtëzakonisht mirë emulsione. Në kimikë, emulsiume të tilla me një madhësi shumë të mirë përdoren për të rritur reagimet kimike. Kjo do të thotë se zona e kontaktit ndërfetar ndërmjet dy ose më shumë lëngjeve të përzier të bëhet në mënyrë dramatike të zgjeruar dhe siguron një kurs më të mirë, më të plotë dhe / ose më të shpejtë të reagimit.
Për katalizim fazor të transferimit – njëjtë si për reagimet e tjera kimike - nevojitet energji e mjaftueshme kinetike për të filluar reagimin.
Kjo ka efekte të ndryshme pozitive në lidhje me reagimin kimik:

  • Një reaksion kimik që normalisht nuk do të ndodhë për shkak të energjisë së tij të ulët kinetike, mund të fillojë me ultrasonication.
  • Reagimet kimike mund të përshpejtohen nga PTC ultrasonically-assisted.
  • Shmangia e plotë e katalizatorit të transferimit të fazës.
  • Materialet e para mund të përdoren më efikas.
  • Nënproduktet mund të reduktohen.
  • Zëvendësimi i bazës së fortë të rrezikshme me kosto intensive me bazën e lirë inorganike.

Nga këto efekte, PTC është një metodologji kimike e paçmuar për sintezën organike nga dy dhe më shumë reagues të përzier: katalizatori i fazës së transferimit (PTC) mundëson përdorimin e lëndëve të para të proceseve kimike në mënyrë më efikase dhe për të prodhuar më me kosto efektive. Rritja e reaksioneve kimike nga PTC është një mjet i rëndësishëm për prodhimin kimik që mund të përmirësohet duke përdorur ultratingull në mënyrë dramatike.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Kavitacioni në lëng

Shembuj për reagime të nxitura ultrasonically PTC

  • Sinteza e derivateve të rinj N '- (4,6-disupstituuar-pirimidin-2-il) -N- (5-aril-2-furoil) duke përdorur PEG-400 nën ultratinguj. (Ken et al, 2005)
  • Sinteza e asistuar ultrasonically e acidit mandelik nga PTC në lëngun jonik tregon një zgjerim të ndjeshëm në prodhimin e reaksionit në kushtet e ambientit. (Hua et al. 2011)
  • Kubo et al. (2008) raportojnë C-alkilimin e fenilacetonitrilit të asistuar ultrasonically në një mjedis pa tretës. Efekti i ultrazërit për të promovuar reagimin u atribuohet zonës jashtëzakonisht të madhe ndërfacionale midis dy fazave të lëngshme. Ultrasonication rezulton në një shkallë reagimi shumë më të shpejtë se përzierja mekanike.
  • Sonication gjatë reaksionit të tetrakloridit të karbonit me magnez për gjenerimin e diklorokarbeneve rezulton në një rendiment më të lartë të gem-dichlorocyclopropane në prani të olefins. (Lin et al 2003)
  • Ultratinguj siguron përshpejtimin e reagimit Cannizzaro të p-chlorobenzaldehyde nën kushte të transferimit fazor. Nga katalizatorët e transferimit trefazorë – klorid benzil-trietilamoni (TEBA), Aliquat dhe 18-crown-6 -, të cilat janë testuar nga Polácková et al. (1996) TEBA u gjet të jetë më efektive. Ferrocenekarbaldehid dhe p-dimetilaminobenzaldehid dha, në kushte të ngjashme, 1,5-diaril-1,4-pentadien-3-one si produkt kryesor.
  • Lin-Xiao et al. (1987) kanë treguar se kombinimi i ultrasonication dhe PTC promovon në mënyrë efektive gjenerimin e diklorocarbene nga kloroform në kohë më të shkurtër me rendiment më të mirë dhe më pak sasi të katalizatorit.
  • Yang et al. (2012) kanë hetuar sintezën e gjelbër, të asistuar ultrasonically të benzil 4-hidroksibenzoat duke përdorur 4,4'-bis (tributilammonometil) -1,1'-bifenil diklorid (QCl2) si katalizator. Nga përdorimi i QCl2, ata kanë zhvilluar një katalizë të ri të dyfishtë të transferimit të fazave. Ky katalizator solid-lëng i fazës transferuese (SLPTC) është kryer si proces grumbull me ultrasonication. Nën sonication intensive, 33% e shtuar Q2 + përmban 45.2% të Q (Ph (OH) COO)2 është transferuar në fazën organike për të reaguar me bromin benzil, prandaj shkalla e përgjithshme e reagimit është rritur. Ky nivel i përmirësuar i reagimit u arrit 0.106 min-1 nën 300W të rrezatim tejzanor, ndërsa pa sonication një normë prej 0.0563 min-1 u vëzhgua. Në këtë mënyrë, është demonstruar efekti sinergjik i katalizatorit të transferimit të fazave të dyfishtë me ultratinguj në katalizën e fazës së transferimit.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

Foto 1: UP200Ht është një homogenizues i fuqishëm tejzanor prej 200 vat

Përmirësimi i tejzanor i Reaksionit të Transferimit të Fazës Asimetrike

Me qëllim të krijimit të një metode praktike për sintezën asimetrike të aminoacideve dhe derivateve të tyre, Maruoka dhe Ooi (2007) kanë studiuar "nëse reaktiviteti i kripërave amonium kuarerik kirurgjik N-spiro mund të rritet dhe strukturat e tyre të thjeshtohen. Që nga rrezatimi tejzanor prodhon homogjenizimit, që është, shumë mirë emulsione, ajo në masë të madhe e rrit zonën ndërfarëse mbi të cilën mund të ndodhë reaksioni, i cili mund të sjellë një përshpejtim të konsiderueshëm të normës në reagimet e transferimit të fazave të lëngëta dhe të lëngëta. Në të vërtetë, sonication i përzierjes së reaksionit të 2, metil jodidit dhe (S, S) -naphtyl subunit (1 mol%) në toluen / 50% KOH ujore në 0 degC për 1 orë solli produktin përkatës alkilation në 63% rendimenti me 88% ee; prodhimi kimik dhe enantioselektiviteti ishin të krahasueshme me ato nga një reaksion i kryer me nxitje të thjeshtë të përzierjes për tetë orë (0 degC, 64%, 90% ee). "(Maruoka et al 2007, fq 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

Skema 1: Ultrasonication rrit normën e reagimit gjatë sintezës asimetrike të α-amino acideve [Maruoka et al. 2007]

Një tjetër lloj reagimi i një katalizëm asimetrik është reagimi Michael. Shtimi Michael i dietil n-acetil-aminomalonat në kalkon pozitivisht është ndikuar nga ultrasonication që rezulton në një rritje prej 12% të yield-it (nga 72% të fituara gjatë reaksionit të heshtur deri në 82% nën ultratinguj). Koha e reagimit është gjashtë herë më e shpejtë nën ultratinguj të energjisë krahasuar me reagimin pa ultratingull. E tepërta enantiomerike (ee) nuk ka ndryshuar dhe ishte për të dy reaksionet - me dhe pa ultratingull - në 40% ee. (Mirza-Aghayan dhe të tjerët, 1995)
Li et al. (2003) treguan se reagimi Michael i chalcones si akceptues me komponime të ndryshme aktive metilene të tilla si malonate diethyl, nitromethane, cyclohexanone, acetoacetate etilik dhe acetylacetone si donatorë katalizuar nga KF / alumini bazë, rezulton në adukte në yield të lartë brenda një kohe të shkurtër nën ultratinguj rrezatim. Në një studim tjetër, Li et al. (2002) kanë treguar sintezën e suksesshme ultrasonically të ndihmuar nga chalcones katalizuar nga KF-Al2O3.
Këto reaksione PTC më lartë 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 e thjeshtë. Pajisje laboratorike tejzanor si Hielscher's UP200Ht (200 watts) dhe sistemet e stolit të lartë si Hielscher's UIP1000hd (1000 watts) lejojnë gjykimet e para. (shih figurat 1 dhe 2)
Përmirësim tejzanor i asimetrik Michael (Kliko për ta zmadhuar!)

Skema 2: Asistimi asimetrik i asinkronit ultrasonically të dietil N-acetil-aminomalonat në kalkon [Török et al. 2001]

Konkurrenca e prodhimit të efektshëm në tregun e kimikateve

Përdorimi i katalizatorit të transferimit të fazës tejzanor do të përfitoni nga një ose më shumë avantazhe të ndryshme përfituese:

  • inicializimi i reaksioneve të cilat ndryshe nuk janë të realizueshme
  • rritja e rendimentit
  • shkurtuar nga solventet e shtrenjta, anhydrous, aprotic
  • reduktimin e kohës së reagimit
  • temperaturat e ulëta të reagimit
  • përgatitje të thjeshtuar
  • përdorimi i metaleve alkaline ujore në vend të alkoxideve të metalit alkali, amidi i natriumit, hidridi i natriumit ose natriumi metalik
  • përdorimi i lëndëve të para të lira, veçanërisht oxidants
  • zhvendosjen e selektivitetit
  • ndryshimi i raporteve të produktit (p.sh. O- / C-alkilimi)
  • thjeshtimi i izolimit dhe pastrimit
  • rritja e rendimentit duke shtypur reagimet anësore
  • thjeshtë, shkallë lineare deri në nivelin e prodhimit industrial, madje edhe me xhiros shumë të lartë
UIP1000hd Bench-Top Homogenizer tejzanor

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

Testimi i thjeshtë dhe pa rrezik nga efektet tejzanor në kimistë

Për të parë se si ndikojnë ultratingull materialet specifike dhe reagimet, testet e parë të fizibilitetit mund të bëhen në shkallë të vogël. Pajisjet laboratorike të mbajtura me dorë ose të mbështetura në qëndër në diapazonin prej 50 deri 400 vat mundësojnë sonication e mostrave të vogla dhe të mesme në gota. Nëse rezultatet e para tregojnë arritje të mundshme, procesi mund të zhvillohet dhe optimizohet në stolin e sipërm me një procesor industrial tejzanor, p.sh. UIP1000hd (1000W, 20kHz). Sistemet tejzanor Hielscher me bench-top me 500 watts për të 2000 vat janë pajisjet ideale për R&D dhe optimizimi. Këto sisteme tejzanor - të dizajnuara për becka beaker dhe inline – jep kontroll të plotë mbi parametrin më të rëndësishëm të procesit: Amplituda, Presioni, Temperatura, Viskoziteti dhe Përqendrimi.
Kontrolli i saktë mbi parametrat lejon për riprodhueshmëria e saktë dhe shkallëzimi linear e rezultateve të fituara. Pas testimit të konfigurimeve të ndryshme, konfigurimi i gjetur më i mirë mund të përdoret për të vazhduar vazhdimisht (24h / 7d) në kushte prodhimi. PC-Control opsional (ndërfaqja e softuerit) gjithashtu lehtëson regjistrimin e testeve individuale. Për sonication e lëngjeve ose tretësve të ndezshme në mjedise të rrezikshme (ATEX, FM) UIP1000hd është në dispozicion në një version të certifikuar ATEX: UIP1000-Exd.

Përfitimet e përgjithshme nga ultrasonication në kimi:

  • Një reaksion mund të jetë i përshpejtuar ose mund të kërkohen kushte më pak të detyrueshme nëse aplikohet sonikimi.
  • Periudhat e induksionit shpesh zvogëlohen ndjeshëm, siç janë eksotermat që zakonisht shoqërohen me reagime të tilla.
  • Reaksionet Sonochemical janë iniciuar shpesh nga ultratingulli pa nevojën për aditivë.
  • Numri i hapave që normalisht kërkohet në një rrugë sintetike nganjëherë mund të reduktohet.
  • Në disa situata një reagim mund të drejtohet në një rrugë alternative.

Na kontaktoni / kërkoni më shumë informacion

Bisedoni me ne në lidhje me kërkesat tuaja të përpunimit. Ne do të rekomandojë më të përshtatshme instalimit dhe përpunimit parametrat për projektin tuaj.





Ju lutem vini re tonë Politika e privatësisë.


Letërsi / Referencat

  1. Esen, Ilker et al. (2010): Katalizatorët e Transferimit të Fazës së Zinxhirit të Dytë të Zinxhirit në Reagimet e kondensimit të aldehideve aromatike në ujë nën efektin tejzanor. Buletini i Shoqërisë Kimike Koreane 31/8, 2010; f. 2289-2292.
  2. Hua, Q. et al. (2011): Sinteza e acidit mandelik të promovuar në mënyrë ultrasonike nëpërmjet katalizatorit të fazës së transferimit në një lëng jonik. Në: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 18/5, 2011; f. 1035-1037.
  3. Li, J.-T. et al. (2003): Reagimi Michael i katalizuar nga KF / alumini bazë nën rrezatim me ultratinguj. Ultrasonics Sonochemistry 10, 2003. f. 115-118.
  4. Lin, Haixa et al. (2003): Një procedurë e lehtë për gjenerimin e Dichlorocarbene nga Reagimi i Tetrakloridit të karbonit dhe magnezit duke përdorur rrezatim tejzanor. Në: Molecules 8, 2003; f. 608-613.
  5. Lin-Xiao, Xu et al. (1987): Një metodë e re praktike për gjenerimin e dichlorocebene nga rrezatim tejzanor dhe catalysis fazë transferimit. Në: Acta Chimica Sinica, vëll. 5/4, 1987; f. 294-298.
  6. Ken, Shao-Yong et al. (2005): Sinteza katalizuese e fazës nën rrezatim tejzanor dhe bioaktiviteti i derivateve të N '- (4,6-disupstituuara-pirimidin-2-il) -N- (5-aril-2-furoil) tioure. Në: Indian Journal of Chemistry Vol. 44B, 2005; f. 1957-1960.
  7. Kubo, Masaki et al. (2008): Kinetika e C-Alkylation pa tretës i Phenylacetonitrile Duke përdorur rrezatim tejzanor. Gazeta e Kimike e Kimisë, Vol. 41, 2008; f. 1031-1036.
  8. Maruoka, Keiji et al. (2007): Përparimet e fundit në fazën asimetrike-Transferimi i katalizës. Në: Angew. Chem. Int. Ed., Vëll. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; f. 4222-4266.
  9. Mason, Timothy et al. (2002): Sonochemistry aplikuar: përdorimet e ultratinguj pushtet në kimi dhe përpunimit. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  10. Mirza-Aghayan, M. et al (1995): Efektet e rrezatimit me ultratinguj në reagimin asimetrik Michael. Tetrahedroni: Asimetria 6/11, 1995; f. 2643-2646.
  11. Polácková, Viera et al. (1996): Reagimi Cannizzaro promovuar me ultratinguj nën kushte të transferimit fazor. Në: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 3/1, 1996; fq. 15-17.
  12. Sharma, MM (2002): Strategjitë e kryerjes së reagimeve në një shkallë të vogël. Inxhinieria e selektivitetit dhe intensifikimi i procesit. Në: Kimi i pastër dhe i aplikuar, Vol. 74/12, 2002; f. 2265-2269.
  13. Török, B. et al. (2001): Reaksionet asimetrike në sonokemi. Ultrasonics Sonochemistry 8, 2001; f. 191-200.
  14. Wang, Maw-Ling dhe të tjerët. (2007): Epoksidimi katalitik i 1.7-oktadienës me fazë të asistuar me ultratingull - Një studim kinetik. Në: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 14/1, 2007; f. 46-54.
  15. Yang, H.-M .; Chu, W.-M. (2012): Katalizë e fazës së transferimit me ultratinguj: Sinteza e gjelbër e benzoizës së zëvendësuar me katalizator të ri të fazës së transferimit të dyfishtë në sistemin solid-lëng. Në: Procedimi i datës 14th Konfederata e Azisë së Paqësorit të Kongresit të Inxhinierisë Kimike APCChE 2012.


Fakte të vlefshme

Homogjenizuesit e indeve te tejzanor shpesh referohen si sonicator i sondave, lazer sonik, nje perzierje ultratinguj, mulli tejzanor, jane-ruptor, sonifier, dismembrator sonik, disrupter qelizor, disperser tejzanor ose dissolver. Termat e ndryshëm rezultojnë nga aplikimet e ndryshme që mund të plotësohen nga sonication.