Hielscher ultraljud teknik

Ultraljud inducerad och förbättrad fas överföring katalys

Hög effekt ultraljud är välkänt för sitt bidrag till olika kemiska reaktioner. Detta är den så kallade sonochemistry. Heterogena reaktioner – och särskilt fas överföring reaktioner – är mycket potentiella applikations fält för Power ultraljud. På grund av den mekaniska och sonochemical energi som tillämpas på reagenser, reaktioner kan få initieras, reaktions hastigheten kan förbättras avsevärt, samt högre omräknings kurser, högre avkastning, och bättre produkter kan uppnås. Den linjära skalbarhet av ultraljud och till gången på pålitliga ultraljud Industriell utrustning gör denna teknik till en intressant lösning för kemisk produktion.
Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Ultraljud glas flöde cell

fas överföring katalys

Fas överföring katalys (PTC) är en speciell form av heterogena katalys och känd som en praktisk metod för organisk syntes. Genom att använda en fas överföring katalysator, blir det möjligt att solubilize Joniska reaktanter, som ofta är lösliga i en vatten fas men olösliga i en organisk fas. Detta innebär att PTC är en alternativ lösning för att övervinna heterogenitet problemet i en reaktion där samspelet mellan två ämnen som finns i olika faser av en blandning hämmas på grund av oförmåga reagenser att komma samman. (Esen et al. 2010) Allmänna fördelar med fas överföring katalys är de små ansträngningar för beredning, enkla experimentella förfaranden, milda reaktions förhållanden, hög reaktion priser, hög selektivitet, och användning av billig och miljömässigt godartade reagenser, såsom Kvartära ammoniumsalter och lösnings medel samt möjligheten att utföra storskaliga preparat (Ooi et al. 2007).
En mängd olika flytande – flytande och flytande – solida reaktioner har intensifierats och gjorts selektiva genom att använda enkla fas-överföring (PT) katalysatorer såsom Quats, polyeten glykol-400, etc., som tillåter Joniska arter att vara flottade från vatten fas till organisk fas . Således kan de problem som är förknippade med extremt låg löslighet av de organiska reaktanter i vatten fasen övervinnas. I bekämpnings medels-och läkemedels industrierna används PTC i stor utsträckning och har förändrat grunderna för verksamheten. (Sharma 2002)

Effekt ultraljud

Tillämpningen av Power ultraljud är ett välkänt verktyg för att skapa extremt fina emulsioner. I kemi så extremt fin-storlek emulsioner används för att förbättra kemiska reaktioner. Detta hjälpmedel, att det interfacial kontakt området mellan två eller mer icke blandbara vätskor blir dramatiskt förstorat och ger därmed ett bättre, mer färdigt och/eller snabbare jagar av reaktionen.
För fas överföring katalys – samma som för andra kemiska reaktioner – tillräckligt med kinetisk energi behövs för att starta reaktionen.
Detta har olika positiva effekter när det gäller den kemiska reaktionen:

  • En kemisk reaktion som normalt inte kommer att inträffa på grund av dess låga kinetiska energin kan komma igång med ultraljud.
  • Kemiska reaktioner kan påskyndas av ultraljud-Assisted PTC.
  • Komplett undvikande av fas överföring katalysator.
  • Råmaterial kan användas mer effektivt.
  • Biprodukter kan reduceras.
  • Ersättning av kostnads intensiv farlig stark bas med billig oorganiska bas.

Genom dessa effekter, PTC är en ovärderlig kemisk metodik för organisk syntes från två och mer icke blandbara reaktanter: fas överföring katalys (PTC) gör det möjligt att använda råmaterial av kemiska processer mer effektivt och att producera mer kostnads effektivt. Förbättringen av kemiska reaktioner av PTC är ett viktigt verktyg för kemisk produktion som kan förbättras genom användning av ultraljud dramatiskt.

Ultrasonic cavitation in a glass column

Kavitation i vätska

Exempel för ultraljud främjas PTC reaktioner

  • Syntes av nya N '-(4, 6-disubstituerade-pyrimidin-2-yl)-N-(5-aryl-2-furoyl) Tiourea derivat med PEG-400 under ultraljud. (Ken et al. 2005)
  • Ultraljud assisterad syntes av man del Acid av PTC i jonisk vätska visar en signifikant förbättring i reaktions avkastning under omgivnings förhållanden. (Hua et al. 2011)
  • Kubo et al. (2008) rapporterar ultraljud assisterad C-alkylering av fenylacetonitril i en lösnings medels fri miljö. Effekten av ultraljud för att främja reaktionen tillskrivs den extremt stora interfacial området mellan de två flytande faser. Ultraljud resulterar i en mycket snabbare reaktions hastighet än mekanisk blandning.
  • Ultraljudsbehandling under reaktionen av koltetraklorid med magnesium för generering av dichlorocarbene resulterar i en högre avkastning av Gem-diklorcyklopropan i närvaro av olefiner. (Lin et al. 2003)
  • Ultraljud ger accelerationen av Cannizzaro reaktion av P-klorobenzaldehyd under fas överförings förhållanden. Av tre fas överförings katalysatorer – bensyltriethylammoniumklorid (TEBA), Aliquat och 18-Crown-6-, som har testats av Polácková et al. (1996) TEBA konstaterades vara den mest effektiva. Ferrocenecarbaldehyd och P-dimetylaminobenzaldehyd gav, under liknande förhållanden, 1,5-diaryl-1, 4-Pentadien-3-Ones som huvud produkt.
  • Lin-Xiao et al. (1987) har visat att kombinationen av ultraljud och PTC främjar effektivt generering av dichlorocarbene från kloroform på kortare tid med bättre avkastning och mindre mängd katalysator.
  • Yang et al. (2012) har undersökt den gröna, ultraljud-Assisted syntesen av bensylen 4-hydroxibensoat med 4, 4 '-bis (tributylammoniometyl)-1, 1 '-bifenyldiklorid (QCl2) som katalysator. Genom användning av QCl2, har de utvecklat en ny Dual-site fas-överföring katalys. Denna solid-Liquid fas-överföring katalys (SLPTC) har utförts som satsvis process med ultraljud. Under intensiv ultraljudsbehandling, 33% av den tillagda Q2 + innehåller 45,2% av Q (pH (OH) COO)2 har överförts till den organiska fasen för att reagera med bensylbromid, varför den totala reaktions frekvensen förstärktes. Denna förbättrade reaktions hastighet erhölls 0,106 min-1 under 300W ultraljud bestrålning, medan utan ultraljudsbehandling en hastighet av 0,0563 min-1 observerades. Därmed, den synergistiska effekten av Dual-site fas-överföring katalysator med ultraljud i fas överföring katalys har visats.
The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

Bild 1: UP200Ht är en 200 watt kraftfull ultraljud Homogenisatorer

Ultraljud förbättring av asymmetrisk fas överföring reaktion

I syfte att etablera en praktisk metod för asymmetrisk syntes av a-aminosyror och deras derivat Maruoka och Ooi (2007) undersökte "om reaktiviteten av N-Spiro kirala Kvartära ammoniumsalter skulle kunna förbättras och deras strukturer Förenklad. Eftersom ultraljud bestrålning producerar homogenisering, det vill emulsioner, det ökar kraftigt det interfacial område över vilket reaktionen kan inträffa, vilket kan ge betydande hastighet acceleration i vätskan-flytande fas-överföring reaktioner. Faktiskt, ultraljudsbehandling av reaktionen blandningen av 2, metyl jodid, och (s, s)-naphtyl subenhet (1 mol%) i toluen/50% vattenaktig KOH vid 0 degC för 1 h gav upphov till motsvarande alkylering produkt i 63% avkastning med 88% ee; kemisk avkastning och enantioselektivitet var jämförbara med dem från en reaktion som utförs genom enkel omrörning av blandningen i åtta timmar (0 degC, 64%, 90% ee). " (Maruoka et al. 2007; s. 4229)

Improved phase transfer reactions by sonication

System 1: ultraljud ökar reaktions hastigheten under asymmetrisk syntes av α-aminosyror [Maruoka et al. 2007]

En annan reaktions typ av en asymmetrisk katalys är Michael reaktionen. Michael tillsats av dietyl N-acetyl-aminomalonate till Chalkon påverkas positivt av ultraljud vilket resulterar i en ökning med 12% av avkastningen (från 72% erhålls under den tysta reaktionen upp till 82% under ultraljud). Reaktions tiden är sex gånger snabbare under effekt ultraljud jämfört med reaktionen utan ultraljud. Den enantiomeriska överskott (EE) har inte förändrats och var för båda reaktionerna-med och utan ultraljud-på 40% ee. (Mirza-Aghayan et al. 1995)
Li et al. (2003) visade att Michael reaktion av chalkoner som acceptorer med olika aktiva metylenföreningar såsom dietylmalonat, nitrometan, cyklohexanon, etylacetoacetat och acetylaceton som donatorer katalyseras av KF/Basic aluminium oxid ger hög avkastning inom en kortare tid under ultraljud bestrålning. I en annan studie, Li et al. (2002) har visat den framgångs rika ultraljud-Assisted syntesen av chalkoner katalyseras av KF-Al2den3.
Dessa PTC reaktioner ovan visar bara en liten rad av potentialen och möjligheterna för ultraljud bestrålning.
Testning och utvärdering av ultraljud om möjliga förbättringar i PTC är mycket enkel. Ultraljud Lab enheter som Hielschers Uf200 ः t (200 watt) och bänk system som Hielschers UIP1000hd (1000 watt) tillåter första prövningar. (se bild 1 och 2)
Ultraljud förbättrad asymmetrisk Michael tillägg (Klicka för att förstora!)

System 2: ultraljud assisterad asymmetriska Michael tillägg av dietyl N-acetyl-aminomalonate till Chalkon [török et al. 2001]

Effektiv produktion konkurrerar på den kemiska marknaden

Använda ultraljud fas överföring katalys du kommer att dra nytta av en eller flera olika fördelaktiga fördelar:

  • initiering av reaktioner som annars inte är genomförbara
  • ökning av avkastningen
  • sänkning av dyra, vatten fria, aprotiska lösnings medel
  • minskning av reaktions tiden
  • lägre reaktions temperaturer
  • förenklad förberedelse
  • användning av vattenhaltiga alkalimetaller i stället för alkalimetallalkoxider, natriumamid, natriumhydrid eller metalliskt natrium
  • användning av billigare råmaterial, särskilt oxidanter
  • förskjutning av selektiviteten
  • förändring av produkt förhållanden (t. ex. O-/C-alkylering)
  • förenklad isolering och rening
  • ökning av avkastningen genom att dämpa sido reaktioner
  • enkel, linjär skala upp till industriell produktions nivå, även med mycket hög genom strömning
UIP1000hd bänk ultraljud Homogenisatorer

Setup med 1000W ultraljud processor, flöde cell, tank och pump

Enkel och riskfri testning av ultraljud effekter i kemi

För att se hur ultraljud påverkar specifika material och reaktioner, kan första genomförbarhets test utföras i liten skala. Handhållna eller montermonterade laboratorium enheter i intervallet 50 till 400 watt tillåter ultraljudsbehandling av små och medel stora prover i bägaren. Om de första resultaten visar potentiella prestationer, kan processen utvecklas och optimeras i bänk skivan med en industriell ultraljud processor, t. ex. UIP1000hd (1000W, 20kHz). Hielschers ultraljud bänk system med 500 watt till 2000 watt är de idealiska enheterna för R&D och optimering. Dessa ultraljud system-designad för bägare och inline ultraljudsbehandling – ge full kontroll över den viktigaste processen parameter: amplitud, tryck, temperatur, viskositet, och koncentration.
Den exakta kontrollen över parametrarna gör det möjligt att exakt reproducerbarhet och linjär skalbarhet av de erhållna resultaten. Efter att ha testat olika konfigurationer, konfigurationen befunnits vara bäst kan användas för att köra kontinuerligt (24h/7d) under produktions förhållanden. Den valfria PC-Control (mjukvaru gränssnitt) underlättar också inspelningen av de enskilda prövningarna. För ultraljudsbehandling av brandfarliga vätskor eller lösnings medel i farliga miljöer (ATEX, FM) UIP1000hd finns i en ATEX-certifierad version: UIP1000-Exd.

Allmänna fördelar från ultraljud i kemi:

  • En reaktion kan påskyndas eller mindre tvinga villkor kan krävas om ultraljudsbehandling tillämpas.
  • Induktions perioder reduceras ofta betydligt, vilket är de exothermsreaktionen som normalt för knippas med sådana reaktioner.
  • Sonochemical reaktioner initieras ofta av ultraljud utan behov av tillsatser.
  • Antalet steg som normalt krävs i en syntetisk väg kan ibland minskas.
  • I vissa situationer kan en reaktion riktas till en alternativ väg.

Kontakta oss / Fråga mer

Prata med oss ​​om dina behandlingsbehov. Vi kommer att rekommendera den mest lämpliga inställningar och processparametrar för ditt projekt.





Observera att våra Integritetspolicy.


Litteratur / Referenser

  1. Esen, Ilker et al. (2010): lång kedja Dicationic arrangera gradvis överföring katalysatorer i kondensations reaktionerna av aromatiska aldehydes i bevattna under Ultraljuds-verkställa. Bulletin av det koreanska kemiska sällskapet 31/8, 2010; s. 2289-2292.
  2. Hua Q. et al. (2011): ultraljud-främjade syntes av man del syra genom fas överföring katalys i en jonisk vätska. I: Ultrasonics sonochemistry Vol. 18/5, 2011; s. 1035-1037.
  3. Li, J.-T. et al. (2003): den Michael reaktionen som katalyseras av KF/grundläggande aluminium oxid under ultraljud bestrålning. Ultrasonics sonochemistry 10, 2003. s. 115-118.
  4. Lin, Haixa et al. (2003): en facile förfarande för generering av Dichlorocarbene från reaktionen av koltetraklorid och magnesium med ultraljud bestrålning. I: molekylar 8, 2003; s. 608-613.
  5. Lin-Xiao, Xu et al. (1987): en ny praktisk metod för generering av diklorocebene av ultraljud bestrålning och fas överföring katalys. I: Acta Chimica Sinica, Vol. 5/4, 1987; s. 294-298.
  6. Ken, Shao-Yong et al. (2005): arrangera gradvis överföringen katalyserad syntes under Ultraljuds-bestrålning och bioaktivitet av N '-(4, 6-disubstituerat-pyrimidin-2-yl)-N-(5-aryl-2-furoyl) Tiourea derivata. I: indiska tidning kemi Vol. 44B, 2005; s. 1957-1960.
  7. Kubo, Masaki et al. (2008): Kinetics av vätska-fri C-Alkylation av Phenylacetonitrile använda Ultraljuds bestrålning. Kemi teknik tidning Japan, Vol. 41, 2008; s. 1031-1036.
  8. Maruoka, Keiji et al. (2007): senaste framstegen i asymmetrisk fas-överföring katalys. I: Angew. Chem. int. ED., Vol. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; s. 4222-4266.
  9. Mason, Timothy et al. (2002): applicerade sonochemistry: bruket av driver ultraljud i kemi och bearbeta. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  10. Mirza-Aghayan, M. et al (1995): ultraljud bestrålning effekter på den asymmetriska Michael Reaction. Tetrahedron: asymmetry 6/11, 1995; Pp. på 2643-2646.
  11. Polácková, Viera et al. (1996): Ultraljuds-främjad Cannizzaro reaktion under arrangera gradvis-överföring villkorar. I: Ultrasonics sonochemistry Vol. 3/1, 1996; s. 15-17.
  12. Sharma M. M. (2002): strategier av att utföra reaktioner på ett litet fjäll. Selektivitet Engineering och procesintensifiering. I: ren och tillämpad kemi, Vol. 74/12, 2002; s. 2265-2269.
  13. Török, B. et al. (2001): asymmetriska reaktioner i sonochemistry. Ultraljud sonochemistry 8, 2001; s. 191-200.
  14. Wang, Maw-Ling et al. (2007): ultraljud assisterad fas-överföring katalytisk epoxidering av 1,7-octadiene-en kinetisk studie. I: Ultrasonics sonochemistry Vol. 14/1, 2007; s. 46-54.
  15. Yang, H.-M.; Chu, W.-M. (2012): ultraljud-Assisted fas-överföring katalys: grön syntes av Substituerat bensoat med nya Dual-site fas-överföring Catalyst i solid-Liquid system. I: förfarande s av 14Th Asia Pacific Confederation av kemi teknik kongressen APCChE 2012.


Fakta Värt att veta

Ultraljud vävnad Homogenisatorer benämns ofta som sond Sonicator, Sonic lyser, ultraljud störande, ultraljud Grinder, Sono-ruptor, sonifier, Sonic dismembrator, cell ämnen, ultraljud disperser eller upplösning. De olika termerna resultat från de olika program som kan uppfyllas av ultraljudsbehandling.