Sonokimyasal Olarak Geliştirilmiş Diels-Alder Reaksiyonları

Diels-Alder reaksiyonları, atomik karbon-karbon bağlarının oluşturulması gereken kimyasal sentezler için yaygın olarak kullanılmaktadır. Ultrasonikasyon ve sonokimyasal etkileri, daha yüksek verim, önemli ölçüde azaltılmış reaksiyon süresi ve aynı zamanda çevre dostu yeşil kimyanın bir parçası olan Diels-Alder reaksiyonlarını sürmek ve teşvik etmek için oldukça etkilidir.

Yeşil Kimya için Sonokimyasal Olarak Geliştirilmiş Diels-Alder Reaksiyonu

Diels-Alder reaksiyonları, karbon atomları arasındaki bağların oluştuğu kimyasal reaksiyonlardır. Diels-Alder reaksiyonu, termal olarak izin verilen [4+2] bir siklo ilavesi [_π4_s + _π2_s]. Ultrason destekli organik sentez, reaksiyon hızlarını, verimleri ve reaksiyonların seçiciliğini artıran yeşil ve verimli bir sentetik yol olduğundan, sonikasyon, laboratuvarlarda ve endüstriyel üretimde yaygın olarak kullanılan basit ve güvenilir bir tekniktir. Genellikle, sonokimyasal olarak teşvik edilen rota, aksi takdirde sert sıcaklık ve basınç koşulları gerektiren ortam koşullarında organik dönüşümü kolaylaştırır, bu da enerji maliyetlerinden tasarruf etmeye yardımcı olur ve kimyasal sentezi koruyucu bir prosedüre dönüştürür.

Derin Ötektik Çözücüler Kullanarak Ultrasonik Diels-Alder Reaksiyonu

Derin ötektik çözücüler (DES), ötektik bir karışım oluşturan Lewis veya Brønsted asit ve bazların çözeltileridir. Derin ötektik çözücüler yanıcı olmadıklarından, düşük buhar basınçlarına ve toksisiteye sahip olduklarından ve genellikle doğal bileşiklerden yapıldığından, daha koruyucu, daha çevre dostu bir çözücü alternatifidirler. Ultrasonikasyon ve derin ötektik çözücülerin birlikte sinerjik olarak çalıştığı bilinmektedir ve bu nedenle ultrasonik ekstraksiyonda olduğu gibi kimyasal sentez için de kullanılır. Derin ötektik çözücülerin kullanımı, ultrasonik olarak teşvik edilen Diels-Alder reaksiyonlarında da faydalıdır. Örneğin, sonikasyon, hem geleneksel ısıtma hem de ultrasonik aktivasyon altında derin ötektik çözücülerde (DES) dienin doğasını değiştirerek, dienofil olarak N-etilmaleimid kullanarak Diels-Alder reaksiyonunu teşvik etmek için kullanılır.
Ultrasonik aktivasyonun derin ötektik çözücülerle kombinasyon halinde kullanılmasının, büyük ölçüde azaltılmış reaksiyon sürelerinde iyi verim sağlayarak faydalı olduğu kanıtlanmıştır.

Ultrasonik olarak geliştirilmiş Diels-Alder reaksiyonu.
Marullo ve ark., 2020'den uyarlanan şema

DES ve Sonikasyon kullanarak Diels-Alder Reaksiyonu için Genel Prosedür

Ultrasonik olarak teşvik edilen Diels-Alder reaksiyonları, ultrasonik probun (sonotrot / boynuz) reaksiyon kabına yerleştirilmesiyle gerçekleştirildi. 0,5 cm çapında uçlu bir ultrasonik prob kullanılarak, nominal çıkış gücü 70 W idi. Reaksiyonlar, 5 saniye AÇIK ve 20 saniye KAPALI döngüleri ile sonikasyon darbe modu uygulanarak 40 ° C'de gerçekleştirildi. Ultrasonik olarak yoğunlaştırılmış Diels-Alder reaksiyonu, sessiz koşullara göre çok daha kısa sürede iyi verim verdi (sonokimyasal ve sessiz reaksiyonlar için sırasıyla 70 dakika ve 24 saat).
Sonokimyasal olarak yoğunlaştırılmış Diels-Alder reaksiyonunun enerji verimliliğini değerlendirmek için, sessiz ve ultrasonik olarak teşvik edilen Diels-Alder reaksiyonu için enerji tüketimi karşılaştırıldı. Hesaplamalar, sessiz reaksiyon için sırasıyla 35.094 kJ / g ve ultrasonik destekli reaksiyon (70 W net enerji çıkış gücüne sahip ultrasonik korna) için 28.4 kJ / g tüketim verdi. Bu, sonokimyasal olarak yönlendirilen Diels-Alder reaksiyonu için � enerji tasarrufu ile sonuçlanır. Tüm bu gözlemler, derin ötektik çözücülerin (DES) ve ultrasonikasyon ışınlamasının birlikte kullanımının, Diels-Alder reaksiyonu gibi önemli sentetik süreçler için verimli ve enerji tasarrufu sağlayan bir metodoloji olduğunu kuvvetle göstermektedir. (Marullo ve diğerleri, 2020)

Sonikasyon ile Birlikte Çeşitli Derin Ötektik Çözücülerin Etkisi

Ultrasonik olarak teşvik edilen Diels-Alder reaksiyonu için en iyi sonuçlar, derin ötektik çözücüler [ChCl]: [Fru] ve [TBACl]: [EG] çözücü olarak kullanıldığında elde edildi. [ChCl]:[Fru] ve [TBACl]:[EG]'nin çözücü olarak kullanılması, reaksiyon süresinde önemli azalmaların yanı sıra verimde önemli iyileşmeler sağladı ([TBACl] için:[EG] s ve � ve [ChCl] için:[Fru] sessiz ve sonokimyasal koşullar altında sırasıyla # ve u).
Bazı durumlarda, yani [TBPCl]: [EG], [ChCl]: [Gly] ve [AcChCl]: [EG] çözücü olarak kullanıldığında, verimler sessiz koşullar altında elde edilenlerle karşılaştırılabilir, ancak kimyasal işlemin hızı hala sonikasyon ile büyük ölçüde iyileştirilmiştir.
Sonikasyon, düşük buhar basıncı ve iyonik sıvılar (IL'ler) gibi viskoz çözücülerle çok iyi çalışır, çünkü bu koşullar daha fazla inetnse kavitasyon etkisinin oluşmasını kolaylaştırır. Derin ötektik çözücüler iyonik sıvılara benzer fiziksel özelliklere sahip olduğundan, ultrasonikasyon ile birlikte uygun şekilde kullanılabilirler. Derin ötektik çözücülerin (DES) ve sonikasyonun birleşik etkileşimi, Diels-Alder reaksiyonunun enerjik talebini önemli ölçüde azaltır. Reaksiyon süresinde 24 saatten 70 dakikaya kadar önemli azalmalar gözlemlenebilirken, çok iyi verim sağlar. Proses verimliliği ile ilgili olarak, bu, derin ötektik çözücülerin (DES) ve ultrasonikasyonun birlikte kullanılmasının, sessiz koşullara göre 10 kat daha fazla miktarda malzemenin işlenmesine izin verdiği anlamına gelir. (Marullo ve diğerleri, 2020)

Oksibisiklik Alkenlerin Ultrasonik Diels-Alder Reaksiyonu

Wei ve meslektaşları (2004), ultrasonikasyonun, dimetil asetilendikarboksilat (DMAD) ve dimetil maleat gibi reaktif dienofiller ile ikame edilmiş furanların Diels-Alder reaksiyonunu desteklediğini ve iyi verimlerde işlevselleştirilmiş oksibisiklik alkenler sağladığını gösterdi. Bölgesel spesifik furano Diels-Alder siklo ilavesinin DMAD ile 2-vinilik furanların ultrasonik olarak teşvik edilen reaksiyonu, iyi verimle işlevselleştirilmiş oksabisiklik alkenler sağlamıştır.

Sonokimyasal Olarak Geliştirilmiş Siklo Katılma Reaksiyonları

Bravo ve meslektaşları (2006), reaksiyon ortamı olarak imidazolyum bazlı bir iyonik sıvı içinde karbonil dienofiller ile siklopentadien veya 1,3-sikloheksadien içeren bir dizi sonokimyasal siklo ilavesi tanımladılar. Ultrasonication'ın bu siklo ekleme reaksiyonlarını etkili bir şekilde geliştirdiğini ve karşılık gelen sessiz reaksiyonlarla karşılaştırıldığında daha yüksek verim ve / veya azaltılmış reaksiyon süreleri ile sonuçlandığını gösterdiler. Örneğin, metil vinil keton veya akrolein gibi basit α, β doymamış dienofiller için ultrasonik aktivasyonun etkileri açıktır. Örneğin, metil vinil keton, hafif sonikasyondan 1 saat içinde% 89 verime yol açarken, sessiz reaksiyon aynı reaksiyon süresi içinde sadece% 52 sağlamıştır.

Sonokimyasal olarak teşvik edilen Diels-Alder reaksiyonları için her boyutta ultrasonikatörler

Hielscher Ultrasonics, sentez ve kataliz reaksiyonları gibi kimyasal sistemlere entegrasyon için yüksek performanslı ultrasonik prob tipi homojenizatörler ve sonokimyasal ekipman tasarlar, üretir ve dağıtır. Hielscher ultrasonicators kimyasal reaksiyonları teşvik etmek, yoğunlaştırmak, hızlandırmak ve geliştirmek için güvenilir bir araç olarak dünya çapında kullanılır.
Hielscher Ultrasonics’ Ultrasonik işlemciler, toplu ve akış kimyası uygulamaları için küçük laboratuvar cihazlarından büyük endüstriyel işlemcilere kadar her boyutta mevcuttur. Ultrasonik genliğin hassas ayarlanması – Sonokimyasal uygulamalar için en önemli parametre – Hielscher ultrasonicators'ı düşük ila çok yüksek genliklerde çalıştırmaya ve genliği tam olarak belirli kimyasal reaksiyon sisteminin gerekli ultrasonik işlem koşullarına ince ayar yapmaya izin verir.
Hielscher'ın ultrasonik jeneratörü, otomatik veri protokolüne sahip akıllı bir yazılıma sahiptir. Ultrasonik enerji, sıcaklık, basınç ve zaman gibi tüm önemli işlem parametreleri, cihaz açılır açılmaz otomatik olarak dahili bir SD karta kaydedilir.
Proses izleme ve veri kaydı, sürekli proses standardizasyonu ve ürün kalitesi için önemlidir. Otomatik olarak kaydedilen işlem verilerine erişerek, önceki sonikasyon çalışmalarını gözden geçirebilir ve sonucu değerlendirebilirsiniz.
Bir diğer kullanıcı dostu özellik, dijital ultrasonik sistemlerimizin tarayıcıdan uzaktan kontrol edilmesidir. Uzaktan tarayıcı kontrolü ile ultrasonik işlemcinizi her yerden uzaktan başlatabilir, durdurabilir, ayarlayabilir ve izleyebilirsiniz.
Yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörlerimiz hakkında daha fazla bilgi edinmek için şimdi bizimle iletişime geçin, Diels-Alder reaksiyonları, Mannich reaksiyonları veya diğerleri arasında Michael ilavesi gibi organik sentez reaksiyonunuzu iyileştirebilir!

Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir: