Sonochemically Improved Diels-Alder Reactions

Diels-Alder reakcije se široko koriste za hemijske sinteze, gde moraju da se formiraju atomske ugljen-ugljenične veze. Ultrazvučnost i njeni sonohemijski efekti su veoma efikasnosti u vožnji i promovisanju Diels-Alder reakcija koje rezultiraju većim prinosima, značajno smanjenim vremenom reakcije i istovremeno su deo ekološke zelene hemije.

Sonochemically-Enhanced Diels-Alder Reaction for Green Chemistry

Diels-Alder reakcije su hemijske reakcije, u kojima se formiraju veze između atoma ugljenika. Diels-Alder reakcija je klasifikovana kao termički dozvoljena [4+2] cikloadditacija [_π4_S + _π2_S]. S obzirom na to da je organska sinteza uz pomoć ultrazvuka zelena i efikasna sintetička ruta, koja pospešuje stopu reakcije, prinose, kao i selektornost reakcija, sonicija je jednostavna i pouzdana tehnika koja se široko koristi u laboratorijama i industrijskoj proizvodnji. Često, sonohemijski promovisana ruta olakšava organsku transformaciju u ambijentalnim uslovima koji inače zahtevaju drastične uslove temperature i pritiska, što pomaže u uštedi troškova energije i pretvara hemijsku sintezu u proceduru štednje.

Ultrazvučna Diels-Alder reakcija pomoću dubokih eutektičnih rastvarača

Duboki eutektični rastvarači (DES) su rastvarači Luisovih ili Brønsted kiselina i baza koje čine eutektičnu mešavinu. S obzirom na to da su duboki eutektični rastvarači nepogrešivi, poseduju nizak pritisak pare i toksičnost, a često su napravljeni od prirodnih jedinjenja, oni su alternativa za rastvarače povoljnije po životnu sredinu. Poznato je da ultrazvučnost i duboki eutektični rastvarači rade sinergično zajedno i zbog toga se koriste za hemijsku sintezu kao i za ultrazvučno vađenje. Upotreba dubokih eutektičnih rastvarača je korisna i u ultrazvučno promovisanim Diels-Alder reakcijama. Na primer, sonication se koristi za promovisanje Diels-Alder reakcije koristeći N-ethylmaleimide kao dienophile, menjajući prirodu diene u dubokim eutektičnim rastvaračima (DES) pod konvencionalnim grejanjem i ultrazvučnim aktiviranjem.
Korišćenje ultrazvučne aktivacije u kombinaciji sa dubokim eutektičnim rastvaračima pokazalo se korisnim obezbeđujući dobre prinose u drastično smanjenim vremenima reakcije.

Ultrasonično poboljšana Diels−Alder reakcija.
šema prilagođena iz Marullo et al., 2020

General Procedure for Diels-Alder Reaction using DES and Sonication

Ultrasonično promovisane Diels-Alder reakcije su izvršene ubacivanjem ultrazvučne sonde (sonotrode / rog) u posudu za reakciju. Koristeći ultrazvučnu sondu prečnika 0,5 cm, nominalna izlazna snaga je bila 70 W. Reakcije su izvršene na 40°C primenjujući sonication inpulse mod sa 5 sec ON i 20 sec OFF ciklusa. Ultrazvučno intenzivirana Diels-Alder reakcija dala je dobre prinose u mnogo kraćem roku nego u tihim uslovima (70 min i 24 h za sonohemične i tihe reakcije).
U cilju procene energetske efikasnosti sonohemijski intenzivirane diels-Alder reakcije, upoređivana je potrošnja energije za tihu i ultrasonično promovisanu reakciju Diels-Aldera. Proračuni su dali potrošnju od 35.094 kJ/g za tihu reakciju i 28,4 kJ/g za ultrasonično potpomognute reakcije (ultrazvučni rog sa izlaznom snagom od 70 W neto energije), odnosno. To rezultira sa 99% energije ušteđene za sonohemiološki vođenu Diels-Alder reakciju. Sva ova zapažanja snažno sugerišu da je kombinovana upotreba dubokih eutektičnih rastvarača (DES) i ultrazvučne ozračenosti efikasna i metodologija uštede energije za važne sintetičke procese kao što je Diels-Alder reakcija. (Marullo et al., 2020)

The Effect of Various Deep Eutectic Solvents in Combination with Sonication

Postignuti su najbolji rezultati za ultrasonično promovisanu Diels-Alder reakciju, kada se duboki eutektični rastvarači [ChCl]:[Fru] i [TBACl]:[EG] koriste kao rastvarači. Korišćenje [ChCl]:[Fru] i [TBACl]:[EG] kao rastvarača priuštilo je značajno smanjenje vremena reakcije, kao i značajna poboljšanja prinosa (za [TBACl]:[EG] 73% i 87%, i za [ChCl]:[Fru] 23 odnosno 75% pod tihim i sonohemijskim uslovima).
U nekim slučajevima, tačnije kada se [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly], i [AcChCl]:[EG] koriste kao rastvarači, prinosi se mogu uporediti sa onima dobijenim u tihim uslovima, ali se stopa hemijskog procesa i dalje drastično poboljšava sonikacijom.
Sonication veoma dobro funkcioniše sa niskim pritiskom pare i viskoznim rastvaračima poput ionic tečnosti (ILS) pošto ovi uslovi olakšavaju proizvodnju inetnse cavitacionih efekata. S obzirom na to da duboki eutektični rastvarači poseduju slična fizička svojstva ioničkoj tečnosti, oni se mogu prikladno koristiti zajedno sa ultrazvučnošću. Kombinovani interplay dubokih eutektičnih rastvarača (DES) i sonication značajno smanjuje energičnu potražnju diels-Alder reakcije. Sigmificantna smanjenja vremena reakcije sa 24 h na 70 min mogu se primetiti dok se priušte veoma dobri prinosi. Što se tiče efikasnosti procesa, to znači da kombinovana upotreba dubokih eutektičnih rastvarača (DES) i ultrazvučnosti omogućava obradu količine materijala 10 puta većih nego u tihim uslovima. (Marullo et al., 2020)

Ultrazvučni Diels-Alder Reaction of Oxabicyclic Alkenes

Vei i kolege (2004) su pokazali da je ultrazvučnost promovisala Diels–Alder reakciju zamenjenih furana reaktivnim dienofilima kao što su dimetil acetilenedicarboxylate (DMAD) i dimetil maleat priuštili su funkcionalne oksabiklitičke alkene u dobrim prinosima. Ultrasonično promovisana reakcija regiospecific furano Diels-Alder cikloadditiona 2-vinilnih furana sa DMAD-om nameštenim funkcionalnim oksabikličnim alkenima u dobrom prinosu.

Sonochemically Improved Cycloaddition Reactions

Bravo i kolege (2006) opisali su niz sonohemijskih cikloadditiona koji uključuju ili ciklopentadiene ili 1,3-cikloheksadiene sa karbonilnim dienofilima u jonskoj tečnosti na bazi imidazolijuma kao medijum za reakciju. Oni su pokazali da ultrazvučnost efikasno poboljšava ove reakcije cikloaddicije koje rezultiraju većim prinosima i/ili smanjenim vremenima reakcije u poređenju sa odgovarajućim tihim reakcijama. Na primer, za jednostavne α.β-nezasićene dienofile kao što su metil vinil keton ili akrolein efekti ultrazvučne aktivacije su očigledni. Na primer, metil vinil ketone daje porast od 89% prinosa u roku od 1 h od blage sonication, dok je tiha reakcija priuštila samo 52% u istom vremenu reakcije.

Ultrazvučni u bilo kojoj veličini za sonohemijski promovisane Diels-Alder reakcije

Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira homogenizatore tipa ultrazvučne sonde visokih performansi i sonohemijsku opremu za integraciju u hemijske sisteme kao što su sinteza i kataliza reakcija. Hielscher ultrazvučni se koriste širom sveta kao pouzdan alat za promovisanje, intenziviranje, ubrzavanje i poboljšanje hemijskih reakcija.
Хиелсцхер Ултрасонична терапија’ ultrazvučni procesori su dostupni u bilo kojoj veličini od malih laboratorijskih uređaja do velikih industrijskih procesora za aplikacije za grupnu i protočnu hemiju. Precizno podešavanje ultrazvučne amplitude – najvažniji parametar za sonohemijske primene – omogućava upravljanje Hielscher ultrazvučnicima na niskim do veoma visokim amplitude i precizno podešavanje amplitude tačno na potrebne ultrazvučne procesne uslove specifičnog sistema hemijske reakcije.
Hielscherov ultrazvučni generator sadrži pametni softver sa automatskim protokolanjem podataka. Svi važni parametri obrade kao što su ultrazvučna energija, temperatura, pritisak i vreme automatski se skladište na ugrađenu SD-karticu čim se uređaj uključi.
Praćenje procesa i snimanje podataka su važni za kontinuiranu standardizaciju procesa i kvalitet proizvoda. Pristupom automatski zapisanom podatku procesa možete da korigujete prethodne sonication runs i procenite ishod.
Još jedna funkcija prilagođena korisniku je daljinsko upravljanje pregledačem naših digitalnih ultrazvučnih sistema. Putem daljinskog upravljača pregledačem možete da pokrenete, zaustavite, podesite i nadgledate ultrazvučni procesor daljinski sa bilo kog mesta.
Kontaktirajte nas sada da biste saznali više o našim ultrazvučnim homogenizatorima visokih performansi koji mogu poboljšati vašu reakciju organske sinteze kao što su Diels-Alder reakcije, Mannich reakcije ili Michael dodatak između mnogih drugih!

Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја: