Сонохімічно покращені реакції Дільса-Вільхи

Реакції Ділса-Вільхи широко використовуються для хімічних синтезів, де повинні утворюватися атомні вуглецево-вуглецеві зв'язки. Ультразвук та його сонохімічні ефекти є дуже ефективними у керуванні та сприянні реакціям Ділса-Вільхи, що призводить до підвищення врожайності, значного скорочення часу реакції та в той же час є частиною екологічно чистої зеленої хімії.

Сонохімічно посилена реакція ділів-вільхи для зеленої хімії

Реакції Ділса-Вільхи - це хімічні реакції, при яких утворюються зв'язки між атомами вуглецю. Реакція Ділса-Вільхи класифікується як термічно дозволена [4+2] циклоадиція [_π4_с + _π2_с]. Оскільки органічний синтез за допомогою ультразвуку є зеленим і ефективним синтетичним маршрутом, який підвищує швидкість реакції, врожайність і вибірковість реакцій, ультразвук є простою і надійною технікою, яка широко використовується в лабораторіях і промисловому виробництві. Часто сонохімічно промоційований маршрут полегшує органічне перетворення в умовах навколишнього середовища, які в іншому випадку вимагають різких умов температури і тиску, що допомагає заощадити витрати на енергію і перетворює хімічний синтез в процедуру економії.

Ультразвукова реакція дьєлс-вільхи з використанням глибоких евтектичних розчинників

Глибокі евтектичні розчинники (DES) - це розчини кислот і основ Льюїса або Брьонстед, які утворюють евтектичну суміш. Оскільки глибокі евтектичні розчинники не легкозаймисті, мають низький тиск пари і токсичність, і часто виготовляються з природних сполук, вони є заставки, більш екологічно чистою альтернативою розчинника. Ультразвук і глибокі евтектичні розчинники, як відомо, працюють синергетично разом і, отже, використовуються для хімічного синтезу, а також для ультразвукової екстракції. Використання глибоких евтектичних розчинників також корисно в ультразвуково сприяних реакціях Ділса-Вільхи. Наприклад, ультразвукова система використовується для сприяння реакції Ділса-Вільхи, використовуючи N-етилмалеймід як диенофіл, змінюючи природу дієна в глибоких евтектичних розчинниках (DES) як при звичайному нагріванні, так і при ультразвуковій активації.
Використання ультразвукової активації в поєднанні з глибокими евтектичними розчинниками виявилося корисним, забезпечуючи хороші врожаї в різко скорочений час реакції.

Ультразвуково покращена реакція Ділів-Вільхи.
схема адаптована з Marullo et al., 2020

Загальна процедура реакції Дільса-Вільхи з використанням DES і ультразвукової обробки

Ультразвуково-розкручені реакції Ділса-Вільхи були проведені шляхом введення ультразвукового зонда (сонотроде / ріг) в реакційну судину. Використовуючи ультразвуковий зонд з наконечником діаметром 0,5 см, номінальна вихідна потужність становила 70 Вт. Ультразвуково інтенсифікована реакція Ділса-Вільхи давала хороші врожаї за набагато коротший час, ніж в тихих умовах (70 хв і 24 год для сонохімічних і тихих реакцій відповідно).
Для того, щоб оцінити енергоефективність сонохімічно інтенсифікованої реакції Ділса-Вільхи, порівнювали споживання енергії для тихої та ультразвукової реакції Ділса-Вільхи. Розрахунки дали споживання 35,094 кДж/г для мовчазної реакції і 28,4 кДж/г для ультразвукової реакції (ультразвуковий ріг з вихідною потужністю 70 Вт чистої енергії) відповідно. Це призводить до 99% енергії, зекономленої для сонохімічної реакції Ділса-Вільхи. Всі ці спостереження переконливо свідчать про те, що комбіноване використання глибоких евтектичних розчинників (DES) та опромінення ультразвуком є ефективною та енергозберігаючою методологією для важливих синтетичних процесів, таких як реакція Ділса-Вільхи. (Марулло та ін., 2020)

Вплив різних глибоких евтектичних розчинників у поєднанні з ультразвуком

Найкращі результати для ультразвукової реакції Diels-Alder були досягнуті, коли глибокі евтектичні розчинники [ChCl]:[Fru] і [TBACl]:[EG] використовуються як розчинники. Використання [ChCl]:[Fru] і [TBACl]:[EG] як розчинників дало значне скорочення часу реакції, а також значне поліпшення врожайності (для [TBACl]:[EG] 73% і 87%, а також для [ChCl]:[Fru] 23 і 75% в тихих і сонохімічних умовах відповідно).
У деяких випадках, а саме, коли [TBPCl]:[EG], [ChCl]:[Gly] і [AcChCl]:[EG] використовуються як розчинники, врожайність порівнянна з тими, що отримані в тихих умовах, але швидкість хімічного процесу все ще різко поліпшується за рахунок ультразвукової обробки.
Ультразвукова система дуже добре працює з низьким тиском пари та в'язкими розчинниками, такими як іонні рідини (Іли), оскільки ці умови полегшують генерацію більш інетнсе-кавітації ефектів. Оскільки глибокі евтектичні розчинники мають подібні фізичні властивості до іонних рідин, вони можуть бути відповідним чином використані в поєднанні з ультразвуком. Комбінована взаємодія глибоких евтектичних розчинників (DES) і ультразвуку значно знижує енергетичний попит на реакцію Ділса-Вільхи. Сигмейкантне скорочення часу реакції з 24 год до 70 хв можна спостерігати при цьому, даючи дуже хороші врожаї. Що стосується ефективності процесу, це означає, що комбіноване використання глибоких евтектичних розчинників (DES) і ультразвук дозволяє обробляти кількість матеріалів в 10 разів вище, ніж в тихих умовах. (Марулло та ін., 2020)

Ультразвукова реакція ділів-вільхи оксабіциклічних алкенів

Вей і його колеги (2004) показали, що ультразвук сприяв реакції Ділса-Вільхи замінених фуранів реактивними діенофілами, такими як диметил ацетиленедикоксилат (DMAD) і диметил малеат, що забезпечує функціональні оксабіциклічні алкени в хороших врожаях. Ультразвуково-спровожена реакція реіоспецифічної фурано Diels-Alder циклоадиції 2-вінілових фуранів з DMAD мебльовані функціональні оксациклічні алкени в хорошому врожаї.

Сонохімічно покращені циклоаддиційні реакції

Браво і його колеги (2006) описали серію сонохімічних циклоадицій, що включають циклопедадієн або 1,3-циклогексадієн з карбонілдієнафілами в іонній рідині на основі імідазолу як середовище реакції. Вони продемонстрували, що ультразвук ефективно покращує ці циклоаддиційні реакції, що призводить до більш високих врожаїв та / або зменшення часу реакції в порівнянні з відповідними мовчазними реакціями. Наприклад, для простих α, β ненасичених діенофілів, таких як метилвініл кетон або акролеїн, ефекти ультразвукової активації очевидні. Наприклад, метил-вініл кетон дає 89% врожаю протягом 1 год легкої ультразвукової обробки, в той час як мовчазна реакція давала лише 52% протягом одного і того ж часу реакції.

Ультраакукатори будь-якого розміру для сонохімічно пропагованих реакцій ділів-вільхи

Hielscher Ультразвук проектує, виробляє та поширює високопродуктивні гомогенізатори ультразвукового зондового типу та сонохімічне обладнання для інтеграції в хімічні системи, такі як реакції синтезу та каталізу. Ультразвукові апарати Hielscher використовуються у всьому світі як надійний інструмент для просування, посилення, прискорення та поліпшення хімічних реакцій.
Hielscher Ультразвук’ ультразвукові процесори доступні будь-якого розміру від невеликих лабораторних пристроїв до великих промислових процесорів для пакетних та проточних хімічних додатків. Точне регулювання ультразвукової амплітуди – Найважливіший параметр для сонохімічного застосування – дозволяє керувати ультразвуковими апаратами Hielscher при низьких і дуже високих амплітудах і точно налаштовувати амплітуду саме до необхідних умов ультразвукового процесу конкретної системи хімічної реакції.
Ультразвуковий генератор Hielscher має розумне програмне забезпечення з автоматичним протоколізацією даних. Всі важливі параметри обробки, такі як ультразвукова енергія, температура, тиск і час, автоматично зберігаються на вбудованій SD-карті, як тільки пристрій включений.
Моніторинг процесу та запис даних важливі для безперервної стандартизації процесу та якості продукції. Оголошуючи автоматично записані дані процесу, ви можете переглянути попередні запуски ультразвукової обробки та оцінити результат.
Ще однією зручною функцією є віддалене управління браузером наших цифрових ультразвукових систем. За допомогою пульта дистанційного керування браузером ви можете за запустити, зупинити, налаштувати та контролювати свій ультразвуковий процесор віддалено з будь-якого місця.
Зв'яжіться з нами зараз, щоб дізнатися більше про наші високопродуктивні ультразвукові гомогенізатори можуть поліпшити вашу реакцію органічного синтезу, таку як реакції Ділса-Вільхи, реакції Манніха або додавання Майкла серед багатьох інших!

У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв: