ปฏิกิริยา Diels-Alder ที่ได้รับการปรับปรุงทางโซโนเคมี

ปฏิกิริยา Diels-Alder ใช้กันอย่างแพร่หลายสําหรับการสังเคราะห์ทางเคมี ซึ่งต้องสร้างพันธะอะตอมคาร์บอนคาร์บอน อัลตราโซนิกและผลโซโนเคมีมีประสิทธิภาพสูงในการขับเคลื่อนและส่งเสริมปฏิกิริยา Diels-Alder ส่งผลให้ผลผลิตสูงขึ้นลดเวลาปฏิกิริยาลงอย่างมากและในขณะเดียวกันก็เป็นส่วนหนึ่งของเคมีสีเขียวที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

ปฏิกิริยา Diels-Alder ที่ปรับปรุงด้วยโซโนเคมีสําหรับเคมีสีเขียว

ปฏิกิริยา Diels-Alder เป็นปฏิกิริยาเคมีซึ่งเกิดพันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอน ปฏิกิริยา Diels-Alder จัดเป็นไซโคลไซด์ที่อนุญาตความร้อน [4+2] [_π4_S + _π2_S]. เนื่องจากการสังเคราะห์อินทรีย์ด้วยอัลตราซาวนด์เป็นเส้นทางสังเคราะห์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีประสิทธิภาพซึ่งช่วยเพิ่มอัตราปฏิกิริยาผลผลิตและการคัดเลือกของปฏิกิริยาการ sonication จึงเป็นเทคนิคที่ง่ายและเชื่อถือได้ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องปฏิบัติการและการผลิตทางอุตสาหกรรม บ่อยครั้งที่เส้นทางที่ส่งเสริมทางโซโนเคมีช่วยอํานวยความสะดวกในการเปลี่ยนแปลงอินทรีย์ในสภาวะแวดล้อมซึ่งมิฉะนั้นต้องการสภาวะอุณหภูมิและความดันที่รุนแรงซึ่งช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานและเปลี่ยนการสังเคราะห์ทางเคมีให้เป็นขั้นตอนการประหยัด

ปฏิกิริยาอัลตราโซนิก Diels-Alder โดยใช้ตัวทําละลายยูเทคติกลึก

ตัวทําละลายยูเทคติกลึก (DES) เป็นสารละลายของกรดและเบส Lewis หรือ Brønsted ซึ่งก่อตัวเป็นส่วนผสมของยูเทคติก เนื่องจากตัวทําละลายยูเทคติกลึกไม่ติดไฟมีแรงดันไอต่ําและความเป็นพิษและมักทําจากสารประกอบธรรมชาติจึงเป็นทางเลือกตัวทําละลายที่ช่วยประหยัดและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น อัลตราโซนิกและตัวทําละลายยูเทคติกลึกเป็นที่ทราบกันดีว่าทํางานร่วมกันได้ดังนั้นจึงใช้สําหรับการสังเคราะห์ทางเคมีเช่นเดียวกับการสกัดด้วยอัลตราโซนิก การใช้ตัวทําละลายยูเทคติกลึกมีประโยชน์ในปฏิกิริยา Diels-Alder ที่ส่งเสริมด้วยอัลตราโซนิกเช่นกัน ตัวอย่างเช่นการ sonication ใช้เพื่อส่งเสริมปฏิกิริยา Diels-Alder โดยใช้ N-ethylmaleimide เป็น dienophile เปลี่ยนลักษณะของไดอีนในตัวทําละลายยูเทคติกลึก (DES) ภายใต้การให้ความร้อนแบบธรรมดาและการกระตุ้นอัลตราโซนิก
การใช้การกระตุ้นอัลตราโซนิกร่วมกับตัวทําละลายยูเทคติกลึกได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์และให้ผลผลิตที่ดีในระยะเวลาปฏิกิริยาที่ลดลงอย่างมาก

ปฏิกิริยา Diels−Alder ปรับปรุงอัลตราโซนิกรูปแบบดัดแปลงจาก Marullo et al., 2020

ขั้นตอนทั่วไปสําหรับปฏิกิริยา Diels-Alder โดยใช้ DES และ Sonication

ปฏิกิริยา Diels-Alder ที่ส่งเสริมด้วยอัลตราโซนิกดําเนินการโดยการใส่โพรบอัลตราโซนิก (sonotrode? horn) ในภาชนะปฏิกิริยา การใช้โพรบอัลตราโซนิกที่มีปลายเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5 ซม. กําลังขับเล็กน้อยคือ 70 W ปฏิกิริยาดําเนินการที่ 40 °C โดยใช้โหมด sonication inpulse โดยมีรอบเปิด 5 วินาทีและ OFF 20 วินาที ปฏิกิริยา Diels-Alder ที่เข้มข้นด้วยอัลตราโซนิกให้ผลผลิตที่ดีในเวลาที่สั้นกว่าภายใต้สภาวะเงียบมาก (70 นาทีและ 24 ชั่วโมงสําหรับปฏิกิริยาโซโนเคมีและปฏิกิริยาเงียบตามลําดับ)
เพื่อประเมินประสิทธิภาพการใช้พลังงานของปฏิกิริยา Diels-Alder ที่เข้มข้นด้วยโซโนเคมี ได้มีการเปรียบเทียบการใช้พลังงานสําหรับปฏิกิริยา Diels-Alder ที่เงียบและที่ส่งเสริมด้วยอัลตราโซนิก การคํานวณให้การใช้ 35,094 kJ/g สําหรับปฏิกิริยาเงียบและ 28.4 kJ/g สําหรับปฏิกิริยาช่วยอัลตราโซนิก (แตรอัลตราโซนิกที่มีกําลังขับ 70 W พลังงานสุทธิ) ตามลําดับ ส่งผลให้ประหยัดพลังงาน 99% สําหรับปฏิกิริยา Diels-Alder ที่ขับเคลื่อนด้วยโซโนเคมี การสังเกตทั้งหมดนี้ชี้ให้เห็นอย่างชัดเจนว่าการใช้ตัวทําละลายยูเทคติกลึก (DES) และการฉายรังสีอัลตราโซนิกเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพและประหยัดพลังงานสําหรับกระบวนการสังเคราะห์ที่สําคัญเช่นปฏิกิริยา Diels-Alder (Marullo et al., 2020)

ผลของตัวทําละลายยูเทคติกลึกต่างๆร่วมกับ Sonication

ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดสําหรับปฏิกิริยา Diels-Alder ที่ส่งเสริมด้วยอัลตราโซนิกเกิดขึ้นเมื่อใช้ตัวทําละลายยูเทคติกลึก [ChCl]:[Fru] และ [TBACl]:[EG] เป็นตัวทําละลาย การใช้ [ChCl]:[Fru] และ [TBACl]:[EG] เป็นตัวทําละลายช่วยลดเวลาในการตอบสนองได้อย่างมีนัยสําคัญ รวมถึงการปรับปรุงผลผลิตอย่างมีนัยสําคัญ (สําหรับ [TBACl]:[EG] 73% และ 87% และสําหรับ [ChCl]:[Fru] 23 และ 75% ภายใต้สภาวะเงียบและโซโนเคมีตามลําดับ)
ในบางกรณีกล่าวคือเมื่อใช้ [TBPCl]: [EG], [ChCl]: [Gly] และ [AcChCl]: [EG] เป็นตัวทําละลายผลผลิตจะเทียบได้กับผลผลิตที่ได้จากสภาวะเงียบ แต่อัตราของกระบวนการทางเคมียังคงดีขึ้นอย่างมากโดยการ sonication
Sonication ทํางานได้ดีมากกับความดันไอต่ําและตัวทําละลายที่มีความหนืดเช่นของเหลวไอออนิก (ILs) เนื่องจากเงื่อนไขเหล่านี้ช่วยสร้างผลโพรงอากาศที่ไร้สาระมากขึ้น เนื่องจากตัวทําละลายยูเทคติกลึกมีคุณสมบัติทางกายภาพที่คล้ายคลึงกันกับของเหลวไอออนิกจึงสามารถใช้ร่วมกับอัลตราโซนิกได้อย่างเหมาะสม การมีปฏิสัมพันธ์ร่วมกันของตัวทําละลายยูเทคติกลึก (DES) และการโซนิเคชั่นช่วยลดความต้องการพลังงานของปฏิกิริยา Diels-Alder ได้อย่างมีนัยสําคัญ สามารถสังเกตได้ว่าเวลาตอบสนองลดลงจาก 24 ชั่วโมงเป็น 70 นาทีในขณะที่ให้ผลผลิตที่ดีมาก ในแง่ของประสิทธิภาพของกระบวนการซึ่งหมายความว่าการใช้ตัวทําละลายยูเทคติกลึก (DES) และอัลตราโซนิกร่วมกันช่วยให้สามารถประมวลผลวัสดุในปริมาณที่สูงกว่าภายใต้สภาวะเงียบ 10 เท่า (Marullo et al., 2020)

ปฏิกิริยาอัลตราโซนิก Diels-Alder ของ Oxabicyclic Alkenes

Wei และเพื่อนร่วมงาน (2004) แสดงให้เห็นว่าอัลตราโซนิกส่งเสริมปฏิกิริยา Diels-Alder ของฟูแรนทดแทนด้วยไดโนฟิลปฏิกิริยาเช่นไดเมทิลอะซิทิลีนดิกาอาร์โบซิเลต (DMAD) และไดเมทิลมาเลตให้อัลคีนออกซาบิไซคลิกที่ทํางานได้ดี ปฏิกิริยาที่ส่งเสริมด้วยอัลตราโซนิกของ regiospecific furano Diels-Alder cycloaddition ของ 2-vinyl furans กับ DMAD ให้อัลคีน oxabicyclic ที่ใช้งานได้ดีในผลผลิตที่ดี

ปฏิกิริยา Cycloaddition ที่ได้รับการปรับปรุง Sonochemically

Bravo และเพื่อนร่วมงาน (2006) อธิบายชุดของไซโคลเคมีโซโนเคมีที่เกี่ยวข้องกับไซโคลเพนทาไดเอนหรือ 1,3-ไซโคลเฮกซาไดอีนกับคาร์บอนิลไดเอ็นโนฟิลในของเหลวไอออนิกที่มีอิมิดาโซเลียมเป็นตัวกลางปฏิกิริยา พวกเขาแสดงให้เห็นว่าอัลตราโซนิกช่วยปรับปรุงปฏิกิริยาไซโคลซินชันเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพส่งผลให้ผลผลิตสูงขึ้นและ? หรือลดเวลาปฏิกิริยาเมื่อเทียบกับปฏิกิริยาเงียบที่สอดคล้องกัน ตัวอย่างเช่นสําหรับไดเอโนฟิลที่ไม่อิ่มตัว α,β อย่างง่ายเช่นเมทิลไวนิลคีโตนหรืออะโครลีนผลของการกระตุ้นอัลตราโซนิกจะเห็นได้ชัด ตัวอย่างเช่นเมทิลไวนิลคีโตนให้ผลผลิต 89% ภายใน 1 ชั่วโมงของการ sonication อ่อนในขณะที่ปฏิกิริยาเงียบให้เพียง 52% ภายในเวลาปฏิกิริยาเดียวกัน

เครื่องอัลตราโซนิกทุกขนาดสําหรับปฏิกิริยา Diels-alder ที่ส่งเสริมด้วยโซโนเคมี

Hielscher Ultrasonics ออกแบบผลิตและจัดจําหน่ายโฮโมจีไนเซอร์ชนิดโพรบอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงและอุปกรณ์โซโนเคมีสําหรับการรวมเข้ากับระบบเคมีเช่นปฏิกิริยาการสังเคราะห์และการเร่งปฏิกิริยา เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ถูกนํามาใช้ทั่วโลกเป็นเครื่องมือที่เชื่อถือได้ในการส่งเสริมเพิ่มความเข้มข้นเร่งและปรับปรุงปฏิกิริยาเคมี
Hielscher Ultrasonics’ โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกมีให้เลือกทุกขนาดตั้งแต่อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการขนาดเล็กไปจนถึงโปรเซสเซอร์อุตสาหกรรมขนาดใหญ่สําหรับการใช้งานทางเคมีแบบแบทช์และโฟลว์ การปรับแอมพลิจูดอัลตราโซนิกอย่างแม่นยํา – พารามิเตอร์ที่สําคัญที่สุดสําหรับการใช้งานโซโนเคมี – อนุญาตให้ใช้งานเครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ที่แอมพลิจูดต่ําถึงสูงมากและเพื่อปรับแอมพลิจูดให้ตรงกับเงื่อนไขกระบวนการอัลตราโซนิกที่ต้องการของระบบปฏิกิริยาเคมีเฉพาะ
เครื่องกําเนิดอัลตราโซนิกของ Hielscher มีซอฟต์แวร์อัจฉริยะพร้อมโปรโตคอลข้อมูลอัตโนมัติ พารามิเตอร์การประมวลผลที่สําคัญทั้งหมดเช่นพลังงานอัลตราโซนิกอุณหภูมิความดันและเวลาจะถูกเก็บไว้ในการ์ด SD ในตัวโดยอัตโนมัติทันทีที่เปิดเครื่อง
การตรวจสอบกระบวนการและการบันทึกข้อมูลมีความสําคัญต่อการกําหนดมาตรฐานกระบวนการและคุณภาพของผลิตภัณฑ์อย่างต่อเนื่อง ด้วยการเข้าถึงข้อมูลกระบวนการที่บันทึกไว้โดยอัตโนมัติคุณสามารถแก้ไขการเรียกใช้ sonication ก่อนหน้านี้และประเมินผลลัพธ์ได้
คุณสมบัติที่ใช้งานง่ายอีกประการหนึ่งคือการควบคุมระยะไกลของเบราว์เซอร์ของระบบอัลตราโซนิกดิจิตอลของเรา ผ่านการควบคุมเบราว์เซอร์ระยะไกลคุณสามารถเริ่มหยุดปรับและตรวจสอบโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกของคุณจากระยะไกลได้จากทุกที่
ติดต่อเราตอนนี้เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงของเราสามารถปรับปรุงปฏิกิริยาการสังเคราะห์อินทรีย์ของคุณเช่นปฏิกิริยา Diels-Alder, ปฏิกิริยา Mannich หรือการเติมไมเคิลและอื่น ๆ อีกมากมาย!

ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา: