Сонохемијски побољшане Диелс-Алдерове реакције

Диелс-Алдерове реакције се широко користе за хемијске синтезе, где се морају формирати атомске везе угљеник-угљеник. Ултразвук и његови сонохемијски ефекти су веома ефикасни у покретању и промовисању Диелс-Алдерових реакција што резултира већим приносима, значајно смањеним временом реакције и истовремено је део еколошке зелене хемије.

Сонохемијски побољшана Диелс-Алдерова реакција за зелену хемију

Диелс-Алдерове реакције су хемијске реакције у којима се формирају везе између атома угљеника. Диелс-Алдерова реакција је класификована као термички дозвољена [4+2] циклоадиција [_π4_с + _π2_с]. Пошто је органска синтеза уз помоћ ултразвука зелена и ефикасна синтетичка рута, која повећава брзину реакције, приносе и селективност реакција, соникација је једноставна и поуздана техника која се широко користи у лабораторијама и индустријској производњи. Често, сонохемијски промовисани пут олакшава органску трансформацију у амбијенталним условима који иначе захтевају драстичне услове температуре и притиска, што помаже да се уштеде трошкови енергије и претвара хемијску синтезу у процедуру која штеди.

Ултразвучна Диелс-Алдерова реакција коришћењем дубоких еутектичких растварача

Дубоки еутектички растварачи (ДЕС) су раствори Луисових или Бронстедових киселина и база који формирају еутектичку смешу. Пошто су дубоки еутектички растварачи незапаљиви, поседују низак притисак паре и токсичност, и често су направљени од природних једињења, они су алтернатива растварачу који штеди животну средину. Познато је да ултразвучни и дубоки еутектички растварачи раде синергистички и стога се користе за хемијску синтезу као и за ултразвучну екстракцију. Употреба дубоких еутектичких растварача је такође корисна у ултразвучно промовисаним Диелс-Алдеровим реакцијама. На пример, соникација се користи за промовисање Диелс-Алдерове реакције користећи Н-етилмалеимид као диенофил, мењајући природу диена у дубоким еутектичким растварачима (ДЕС) и под конвенционалним загревањем и уз ултразвучну активацију.
Коришћење ултразвучне активације у комбинацији са дубоким еутектичким растварачима показало се корисним пружањем добрих приноса у драстично смањеним временима реакције.

Ултразвучно побољшана Диелс-Алдерова реакција.
шема прилагођена од Марулло ет ал., 2020

Општи поступак за Диелс-Алдерову реакцију користећи ДЕС и соникацију

Ултразвучно промовисане Диелс-Алдерове реакције су спроведене уметањем ултразвучне сонде (сонотроде / рог) у реакциони суд. Коришћењем ултразвучне сонде са врхом пречника 0,5 цм, номинална излазна снага је била 70 В. Реакције су изведене на 40°Ц применом соникационог импулсног режима са циклусима укључења од 5 секунди и 20 секунди. Ултразвучно појачана Диелс-Алдерова реакција дала је добре приносе за много краће време него у тихим условима (70 мин и 24 х за сонохемијске и тихе реакције, респективно).
Да би се проценила енергетска ефикасност сонохемијски интензивиране Диелс-Алдерове реакције, упоређена је потрошња енергије за тиху и ултразвучно промовисану Диелс-Алдерову реакцију. Прорачуни су дали потрошњу од 35,094 кЈ/г за тиху реакцију и 28,4 кЈ/г за ултразвучно потпомогнуту реакцију (ултразвучна сирена са излазном снагом од 70 В нето енергије), респективно. Ово резултира 99% уштеде енергије за сонохемијски вођену Диелс-Алдерову реакцију. Сва ова запажања снажно сугеришу да је комбинована употреба дубоких еутектичких растварача (ДЕС) и ултразвучног зрачења ефикасна методологија која штеди енергију за важне синтетичке процесе као што је Диелс-Алдерова реакција. (Марулло ет ал., 2020)

Ефекат различитих дубоких еутектичких растварача у комбинацији са соникацијом

Најбољи резултати за ултразвучно промовисану Диелс-Алдерову реакцију су постигнути када се као растварачи користе дубоки еутектички растварачи [ЦхЦл]:[Фру] и [ТБАЦл]:[ЕГ]. Коришћење [ЦхЦл]:[Фру] и [ТБАЦл]:[ЕГ] као растварача омогућило је значајно смањење времена реакције као и значајна побољшања приноса (за [ТБАЦл]:[ЕГ] 73% и 87%, а за [ЦхЦл ]:[Фру] 23 и 75% у тихим и сонохемијским условима, респективно).
У неким случајевима, наиме када се [ТБПЦл]:[ЕГ], [ЦхЦл]:[Гли] и [АцЦхЦл]:[ЕГ] користе као растварачи, приноси су упоредиви са онима добијеним у тихим условима, али стопа хемијски процес је и даље драстично побољшан ултразвуком.
Соникација ради веома добро са ниским притиском паре и вискозним растварачима као што су јонске течности (ИЛ) јер ови услови олакшавају стварање иненетнијих ефеката кавитације. Пошто дубоки еутектички растварачи поседују слична физичка својства као јонске течности, могу се на одговарајући начин користити у комбинацији са ултразвуком. Комбинована интеракција дубоких еутектичких растварача (ДЕС) и соникације значајно смањује енергетске потребе Диелс-Алдерове реакције. Може се приметити значајно смањење времена реакције од 24 х до 70 минута док се даје веома добар принос. Што се тиче ефикасности процеса, то значи да комбинована употреба дубоких еутектичких растварача (ДЕС) и ултразвучне обраде омогућава да се обради количина материјала 10 пута већа него у тихим условима. (Марулло ет ал., 2020)

Ултразвучна Диелс-Алдерова реакција оксабицикличних алкена

Веи и колеге (2004) су показали да је ултразвучна обрада промовисала Диелс-Алдерову реакцију супституисаних фурана са реактивним диенофилима као што су диметил ацетилендикарбоксилат (ДМАД) и диметил малеат дали су функционализоване оксабицикличне алкене у добрим приносима. Ултразвучно промовисана реакција региоспецифичне фурано Диелс-Алдерове циклоадиције 2-винилних фурана са ДМАД-ом дала је функционализоване оксабицикличне алкене са добрим приносом.

Сонохемијски побољшане реакције циклоадиције

Браво и колеге (2006) описали су серију сонохемијских циклоадиција које укључују или циклопентадиен или 1,3-циклохексадиен са карбонил диенофилима у јонској течности на бази имидазолијума као реакционом медијуму. Они су показали да ултразвучна обрада ефикасно побољшава ове реакције циклоадиције што резултира већим приносима и/или смањеним временом реакције у поређењу са одговарајућим тихим реакцијама. На пример, за једноставне α,β-незасићене диенофиле, као што су метил винил кетон или акролеин, ефекти ултразвучне активације су очигледни. На пример, метил винил кетон даје принос од 89% у року од 1 х од благе соникације, док је тиха реакција дала само 52% у истом реакционом времену.

Ултрасоникатори било које величине за сонохемијски промовисане Диелс-Алдерове реакције

Хиелсцхер Ултрасоницс дизајнира, производи и дистрибуира ултразвучне хомогенизаторе типа сонде високих перформанси и сонохемијску опрему за интеграцију у хемијске системе као што су реакције синтезе и катализе. Хиелсцхер ултрасоницатори се користе широм света као поуздан алат за промовисање, интензивирање, убрзање и побољшање хемијских реакција.
Hielscher Ultrasonics’ ултразвучни процесори су доступни у било којој величини, од малих лабораторијских уређаја до великих индустријских процесора за серијске и проточне хемије. Прецизно подешавање ултразвучне амплитуде – најважнији параметар за сонохемијске примене – омогућава рад Хиелсцхер ултрасоникаторима при малим до веома високим амплитудама и фино подешавање амплитуде тачно према потребним условима ултразвучног процеса специфичног система хемијске реакције.
Хиелсцхеров ултразвучни генератор карактерише паметан софтвер са аутоматским протоколом података. Сви важни параметри обраде као што су ултразвучна енергија, температура, притисак и време се аутоматски чувају на уграђеној СД картици чим се уређај укључи.
Праћење процеса и снимање података су важни за континуирану стандардизацију процеса и квалитет производа. Приступањем аутоматски снимљеним подацима процеса, можете ревидирати претходне резултате соникације и проценити резултат.
Још једна лака карактеристика је даљинско управљање претраживачем наших дигиталних ултразвучних система. Преко даљинске контроле претраживача можете покренути, зауставити, подесити и надгледати свој ултразвучни процесор на даљину са било ког места.
Контактирајте нас сада да бисте сазнали више о нашим ултразвучним хомогенизаторима високих перформанси који могу да побољшају вашу реакцију органске синтезе као што су Диелс-Алдерове реакције, Маннихове реакције или Михаел адиција између многих других!

Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата: