Ultrasonik induktsiyalangan va kengaytirilgan fazali uzatish katalizi

Yuqori quvvatli ultratovush turli xil kimyoviy reaktsiyalarga qo'shgan hissasi bilan mashhur. Bu deb ataladigan narsa Sonokimyo. Heterojen reaktsiyalar - va ayniqsa, fazalarni o'tkazish reaktsiyalari - kuchli ultratovush uchun juda potentsial dastur maydonlari. Reagentlarga qo'llaniladigan mexanik va sonokimyoviy energiya tufayli reaktsiyalarni boshlash, reaktsiya tezligini sezilarli darajada oshirish, shuningdek, yuqori konversiya tezligi, yuqori rentabellik va yaxshi mahsulotlarga erishish mumkin. Ultratovushning chiziqli miqyosi va ishonchli ultratovush mavjudligi sanoat uskunalar ushbu texnikani kimyoviy ishlab chiqarish uchun qiziqarli yechimga aylantiradi.

Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Ultrasonik shisha oqim xujayrasi

fazalarni uzatish katalizi

Fazali transfer katalizi (PTC) heterojen katalizning maxsus shakli bo'lib, organik sintez uchun amaliy metodologiya sifatida tanilgan. Fazali uzatish katalizatoridan foydalanib, ko'pincha suvli fazada eriydigan, lekin organik fazada erimaydigan ionli reaktivlarni eritish mumkin bo'ladi. Bu shuni anglatadiki, PTC aralashmaning turli fazalarida joylashgan ikkita moddaning o'zaro ta'siri reagentlarning birlasha olmasligi sababli inhibe qilingan reaktsiyada heterojenlik muammosini bartaraf etishning muqobil yechimidir. (Esen va boshq. 2010) Fazali transfer katalizining umumiy afzalliklari - tayyorlash uchun ozgina kuch sarflash, oddiy eksperimental protseduralar, engil reaktsiya sharoitlari, yuqori reaktsiya tezligi, yuqori selektivlik va to'rtlamchi ammoniy kabi arzon va ekologik xavfsiz reagentlardan foydalanish. tuzlar, erituvchilar va katta hajmdagi preparatlarni o'tkazish imkoniyati (Ooi va boshq. 2007).
Suyuqlik-suyuqlik va suyuqlik-qattiq reaksiyalar ionli turlarni suvli fazadan fazaga o'tkazishga imkon beruvchi kvatlar, polietilen glikol-400 va boshqalar kabi oddiy faza o'tkazuvchi (PT) katalizatorlari yordamida kuchaytirildi va tanlab olindi. organik faza. Shunday qilib, organik reaktivlarning suvli fazada juda past eruvchanligi bilan bog'liq muammolarni bartaraf etish mumkin. Pestitsidlar va farmatsevtika sanoatida PTC keng qo'llaniladi va biznes asoslarini o'zgartirdi. (Sharma 2002)

quvvat ultratovush

Quvvatli ultratovushni qo'llash juda nozik yaratish uchun taniqli vositadir Emulsiyalar. Kimyoda bunday juda nozik o'lchamdagi emulsiyalar kimyoviy reaktsiyalarni kuchaytirish uchun ishlatiladi. Bu shuni anglatadiki, ikki yoki undan ortiq aralashmaydigan suyuqliklar orasidagi fazalararo aloqa maydoni keskin kattalashadi va shu bilan reaksiyaning yaxshi, to'liq va/yoki tezroq borishini ta'minlaydi.
Fazali transfer kataliz uchun – boshqa kimyoviy reaktsiyalar bilan bir xil - reaktsiyani boshlash uchun etarli kinetik energiya kerak.
Bu kimyoviy reaktsiyaga nisbatan turli xil ijobiy ta'sir ko'rsatadi:

Kam kinetik energiyasi tufayli odatda sodir bo'lmaydigan kimyoviy reaktsiya ultratovush orqali boshlanishi mumkin.
Kimyoviy reaktsiyalar ultratovushli PTC yordamida tezlashishi mumkin.
Fazali uzatish katalizatoridan butunlay qochish.
Xom ashyolardan samaraliroq foydalanish mumkin.
Qo'shimcha mahsulotlarni kamaytirish mumkin.
Xavfli kuchli bazani qimmat bo'lmagan noorganik asos bilan almashtirish.

Ushbu ta'sirlarga ko'ra, PTC ikki va undan ko'p aralashmaydigan reaktivlardan organik sintez qilish uchun bebaho kimyoviy metodologiyadir: Fazali uzatish katalizi (PTC) kimyoviy jarayonlarning xom ashyosidan samaraliroq foydalanish va tejamkor ishlab chiqarish imkonini beradi. PTC tomonidan kimyoviy reaktsiyalarni kuchaytirish kimyoviy ishlab chiqarish uchun muhim vosita bo'lib, ultratovush yordamida sezilarli darajada yaxshilanishi mumkin.

Suyuqlikda kavitatsiya

Ultrasonik targ'ib qilingan PTC reaktsiyalariga misollar

Ultrasonikatsiya ostida PEG-400 yordamida yangi N'-(4,6-disubstitusiyalangan-pirimidin-2-il)-N-(5-aril-2-furoil) tiokarbamid hosilalari sintezi. (Ken va boshq. 2005)
Ion suyuqlikdagi PTC tomonidan mandelik kislotaning ultratovush yordamida sintezi atrof-muhit sharoitida reaktsiya hosildorligining sezilarli darajada oshishini ko'rsatadi. (Hua va boshq. 2011)
Kubo va boshqalar. (2008) erituvchisiz muhitda fenilatsetonitrilning ultratovush yordamida C-alkillanishi haqida xabar beradi. Reaksiyani rag'batlantirish uchun ultratovushning ta'siri ikki suyuqlik fazasi orasidagi juda katta interfasial maydon bilan bog'liq edi. Ultrasonikatsiya mexanik aralashtirishdan ko'ra tezroq reaktsiya tezligiga olib keladi.
Diklorokarben hosil qilish uchun uglerod tetraxloridning magniy bilan reaksiyasi paytida sonikatsiya olefinlar ishtirokida gem-diklorotsiklopropanning yuqori hosildorligiga olib keladi. (Lin va boshq. 2003)
Ultratovush Cannizzaro reaktsiyasining tezlashishini ta'minlaydi p-xlorobenzaldegid fazali uzatish sharoitida. Uch fazali uzatish katalizatorlaridan – benziltrietilammonium xlorid (TEBA), Aliquat va 18-crow-6 -, ular Poláckova va boshqalar tomonidan sinovdan o'tgan. (1996) TEBA eng samarali deb topildi. Ferrosenekarbaldegid va p-dimetilaminobenzaldegid shunga o'xshash sharoitda asosiy mahsulot sifatida 1,5-diaril-1,4-pentadien-3-birlarni berdi.
Lin-Xiao va boshqalar. (1987) ultratovush va PTC kombinatsiyasi xloroformdan diklorokarben hosil bo'lishini qisqa vaqt ichida yaxshi rentabellik va kamroq katalizator miqdori bilan samarali ta'minlashini ko'rsatdi.
Yang va boshqalar. (2012) 4,4'-bis (tributilammoniometil)-1,1'-bifenil diklorid (QCl) yordamida benzil 4-gidroksibenzoatning yashil, ultratovush yordamida sintezini o'rgandilar.₂) katalizator sifatida. QCl dan foydalanish orqali₂, ular yangi dual-sayt faza-transfer katalizatorini ishlab chiqdilar. Ushbu qattiq-suyuqlik fazasini o'tkazish katalizatori (SLPTC) ultratovush bilan ommaviy jarayon sifatida amalga oshirildi. Kuchli sonikatsiya ostida qo'shilgan Q2 + ning 33% 45,2% Q (Ph (OH) COO) o'z ichiga oladi.₂ benzil bromid bilan reaksiyaga kirishish uchun organik fazaga o'tdi, shuning uchun umumiy reaksiya tezligi oshdi. Bu yaxshilangan reaktsiya tezligi 0,106 daqiqada olingan^-1 300 Vt ostida ultratovushli nurlanish, sonikatsiyasiz esa 0,0563 min.^-1 kuzatildi. Shunday qilib, fazali o'tish katalizidagi ultratovush bilan ikki tomonlama fazali katalizatorning sinergik ta'siri ko'rsatildi.

The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

1-rasm: UP200Ht - bu 200 vattli kuchli ultratovushli gomogenizator

Asimmetrik fazani uzatish reaktsiyasini ultratovush yordamida kuchaytirish

Maruoka va Ooi (2007) a-aminokislotalar va ularning hosilalarini assimetrik sintez qilishning amaliy usulini yaratish maqsadida "N-spiro chiral to'rtlamchi ammoniy tuzlarining reaktivligini oshirish va ularning tuzilmalarini soddalashtirish mumkinmi yoki yo'qligini tekshirdilar. Ultrasonik nurlanish hosil bo'lgani uchun gomogenlashtirish, ya'ni juda yaxshi Emulsiyalar, bu reaktsiya sodir bo'lishi mumkin bo'lgan interfaziya maydonini sezilarli darajada oshiradi, bu suyuqlik-suyuqlik fazasini o'tkazish reaktsiyalarida sezilarli tezlikni tezlashtirishi mumkin. Darhaqiqat, 2, metilyodid va (S,S)-naftil bo'linmasi (1 mol%) ning toluol / 50% suvli KOH dagi reaktsiya aralashmasini 0 ° C da 1 soat davomida sonikatsiya qilish 63% da mos keladigan alkillanish mahsulotini keltirib chiqardi. 88% ee bilan hosil; kimyoviy hosildorlik va enantioselektivlik aralashmani sakkiz soat davomida oddiy aralashtirish orqali amalga oshirilgan reaksiya bilan solishtirish mumkin edi (0 °C, 64%, 90�). (Maruoka va boshq. 2007; 4229-bet)

Improved phase transfer reactions by sonication

1-sxema: Ultrasonikatsiya a-aminokislotalarning assimetrik sintezi paytida reaktsiya tezligini oshiradi [Maruoka va boshq. 2007]

Asimmetrik katalizning yana bir reaksiya turi Maykl reaksiyasidir. Mayklning dietil qo'shilishi N-asetil-aminomalonatdan xalkonga ultratovush bilan ijobiy ta'sir ko'rsatadi, bu esa rentabellikning 12% ga oshishiga olib keladi (sessiz reaktsiya paytida olingan 72% dan ultratovush ostida 82% gacha). Reaktsiya vaqti ultratovushsiz reaktsiyaga qaraganda kuchli ultratovush ostida olti baravar tezroq. Enantiomerik ortiqcha (ee) o'zgarmadi va ikkala reaktsiya uchun ham - ultratovushli va ultratovushsiz - 40% ee. (Mirza-Ag'ayan va boshq. 1995)
Li va boshqalar. (2003) KF/asosiy alumina bilan katalizlangan donorlar sifatida dietil malonat, nitrometan, siklogeksanon, etil asetoatsetat va atsetilaseton kabi turli faol metilen birikmalari bilan akseptorlar sifatida kalkonlarning Maykl reaksiyasi qisqa vaqt ichida yuqori hosildorlikka olib kelishini ko'rsatdi. nurlanish. Boshqa bir tadqiqotda Li va boshqalar. (2002) KF-Al tomonidan katalizlangan kalkonlarning ultratovush yordamida muvaffaqiyatli sintezini ko'rsatdi.₂O₃.
Yuqoridagi PTC reaktsiyalari ultratovush nurlanishining potentsial va imkoniyatlarining faqat kichik diapazonini ko'rsatadi.
PTCdagi mumkin bo'lgan yaxshilanishlar bo'yicha ultratovushni tekshirish va baholash juda oddiy. Hielscher kabi ultratovushli laboratoriya asboblari UP200Ht (200 vatt) va Hielscher's kabi dastgohli tizimlar UIP1000hd (1000 vatt) birinchi sinovlarga ruxsat beradi. (1 va 2-rasmlarga qarang)

Ultrasonik yaxshilangan assimetrik Maykl qo'shilishi (kattalashtirish uchun bosing!)

2-sxema: ultratovush yordamida assimetrik Maykl dietil N-asetil-aminomalonatning xalkonga qo'shilishi [Törok va boshq. 2001]

Kimyoviy bozorda raqobatdosh samarali ishlab chiqarish

Ultrasonik fazali uzatish katalizlaridan foydalanib, siz bir yoki bir nechta turli xil foydali afzalliklardan foyda olasiz:

aks holda amalga oshirish mumkin bo'lmagan reaktsiyalarni boshlash
hosildorlikning oshishi
qimmat, suvsiz, aprotik erituvchilarni qisqartirish
reaktsiya vaqtini qisqartirish
past reaktsiya harorati
soddalashtirilgan tayyorlash
gidroksidi metall alkoksidlari, natriy amid, natriy gidrid yoki metall natriy o'rniga suvli gidroksidi metalldan foydalanish
arzonroq xom ashyolardan, ayniqsa oksidlovchilardan foydalanish
selektivlikning o'zgarishi
mahsulot nisbatlarini o'zgartirish (masalan, O-/C-alkillanish)
soddalashtirilgan izolyatsiya va tozalash
nojo'ya reaktsiyalarni bostirish orqali hosilni oshirish
oddiy, chiziqli miqyosda sanoat ishlab chiqarish darajasiga, hatto juda yuqori o'tkazuvchanlikka ega

UIP1000hd dastgohli ultratovushli gomogenizator

1000 Vt ultratovushli protsessor, oqim xujayrasi, tank va nasos bilan sozlash

Kimyoda ultratovush effektlarini oddiy va xavf-xatarsiz sinovdan o'tkazish

Ultratovushning ma'lum materiallar va reaktsiyalarga qanday ta'sir qilishini ko'rish uchun birinchi texnik-iqtisodiy testlarni kichik miqyosda o'tkazish mumkin. 50 dan 400 vattgacha bo'lgan qo'lda yoki stendga o'rnatilgan laboratoriya asboblari stakandagi kichik va o'rta o'lchamdagi namunalarni sonikatsiya qilish imkonini beradi. Agar birinchi natijalar potentsial yutuqlarni ko'rsatsa, jarayon sanoat ultratovushli protsessor bilan stendda ishlab chiqilishi va optimallashtirilishi mumkin, masalan. UIP1000hd (1000 Vt, 20 kHz). Hielscherning ultratovushli dastgohli tizimlari 500 vattgacha 2000 vattlar R uchun ideal qurilmalardir&D va optimallashtirish. Bu ultratovush tizimlari - stakan va inline sonication uchun mo'ljallangan – jarayonning eng muhim parametri: amplituda, bosim, harorat, yopishqoqlik va kontsentratsiyani to'liq nazorat qilish.
Parametrlar ustidan aniq nazorat qilish imkonini beradi aniq takrorlanuvchanlik va chiziqli miqyoslilik olingan natijalardan. Turli xil sozlamalarni sinab ko'rgandan so'ng, eng yaxshi deb topilgan konfiguratsiya ishlab chiqarish sharoitida uzluksiz (24 soat/7 kun) ishlash uchun ishlatilishi mumkin. Ixtiyoriy PC-Control (dasturiy ta'minot interfeysi) ham individual sinovlarni yozib olishni osonlashtiradi. Yonuvchan suyuqliklar yoki erituvchilarni xavfli muhitda sonikatsiya qilish uchun (ATEX, FM) UIP1000hd ATEX tomonidan sertifikatlangan versiyada mavjud: UIP1000-Exd.

Kimyoda ultratovushning umumiy afzalliklari:

Agar sonikatsiya qo'llanilsa, reaktsiya tezlashishi yoki kamroq majburlash shartlari talab qilinishi mumkin.
Odatda bunday reaktsiyalar bilan bog'liq bo'lgan ekzotermlar kabi induksiya davrlari ko'pincha sezilarli darajada kamayadi.
Sonokimyoviy reaktsiyalar ko'pincha ultratovush yordamida qo'shimchalarsiz boshlanadi.
Sintetik marshrutda odatda talab qilinadigan qadamlar soni ba'zan kamayishi mumkin.
Ba'zi hollarda reaktsiya muqobil yo'lga yo'naltirilishi mumkin.

Ism

Elektron pochta manzili (erforderlich)

Telefon raqami

Mahsulot qiziqish va…

Bitte beachten Sie unsere Datenschutzerklärung.

Adabiyot/Adabiyotlar

Esen, Ilker va boshqalar. (2010): Ultrasonik ta'sir ostida suvda aromatik aldegidlarning kondensatsiya reaktsiyalarida uzoq zanjirli dikatatsion fazali transfer katalizatorlari. Koreya kimyo jamiyati byulleteni 31/8, 2010; 2289-2292-betlar.
Hua, Q. va boshqalar. (2011): ionli suyuqlikda fazali o'tish katalizi orqali mandel kislotasining ultratovushli sintezi. In: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 18/5, 2011 yil; 1035-1037-betlar.
Li, J.-T. va boshqalar. (2003): Ultratovush nurlanishi ostida KF/asosiy alumina tomonidan katalizlangan Maykl reaktsiyasi. Ultrasonics Sonochemistry 10, 2003. 115-118-betlar.
Lin, Haixa va boshqalar. (2003): Ultrasonik nurlanish yordamida uglerod tetraklorid va magniy reaktsiyasidan diklorokarben hosil qilishning oson tartibi. In: Molecules 8, 2003; 608-613-betlar.
Lin-Xiao, Xu va boshqalar. (1987): Ultrasonik nurlanish va fazalarni uzatish katalizi orqali diklorotseben hosil qilishning yangi amaliy usuli. In: Acta Chimica Sinica, jild. 5/4, 1987 yil; 294-298-betlar.
Ken, Shao-Yong va boshqalar. (2005): Ultrasonik nurlanish va N'- (4,6-o'rnini bosgan-pirimidin-2-il) -N- (5-aril-2-furoil) tiokarbamid hosilalarining bioaktivligi ostida fazali transfer katalizlangan sintez. In: Hindiston kimyo jurnali jild. 44B, 2005 yil; 1957-1960 yillar.
Kubo, Masaki va boshqalar. (2008): Ultrasonik nurlanish yordamida fenilatsetonitrilning hal qiluvchisiz C-alkillanishining kinetikasi. Kimyoviy muhandislik jurnali Yaponiya, jild. 41, 2008 yil; 1031-1036-betlar.
Maruoka, Keiji va boshqalar. (2007): Asimmetrik faza-transfer katalizidagi so'nggi yutuqlar. In: Angew. Kimyo. Int. Ed., jild. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; 4222-4266-betlar.
Meyson, Timoti va boshqalar. (2002): Amaliy sonokimyo: kimyo va qayta ishlashda kuchli ultratovushdan foydalanish. Wiley-VCH, Vaynxaym, 2002 yil.
Mirza-Aghayan, M. va boshqalar (1995): Assimetrik Maykl reaktsiyasiga ultratovush nurlanishining ta'siri. Tetraedr: Asimmetriya 6/11, 1995; 2643-2646-betlar.
Poláckova, Viera va boshqalar. (1996): Fazali uzatish sharoitida ultratovush yordamida Cannizzaro reaktsiyasi. In: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 3/1, 1996 yil; 15-17-betlar.
Sharma, MM (2002): Kichik miqyosda reaktsiyalarni o'tkazish strategiyalari. Selektivlik muhandisligi va jarayonni intensivlashtirish. In: Sof va amaliy kimyo, jild. 74/12, 2002 yil; 2265-2269-betlar.
Török, B. va boshqalar. (2001): Sonokimyoda assimetrik reaktsiyalar. Ultrasonik sonokimyo 8, 2001; 191-200-betlar.
Vang, Maw-Ling va boshqalar. (2007): 1,7-oktadienning ultratovush yordamida fazali katalitik epoksidlanishi - Kinetik tadqiqot. In: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 14/1, 2007 yil; 46-54-betlar.
Yang, H.-M.; Chu, V.-M. (2012): Ultratovush yordamida faza-transfer kataliz: Qattiq-suyuqlik tizimida yangi ikki tomonlama fazali o'tkazish katalizatori bilan almashtirilgan benzoatning yashil sintezi. In: Davomi: 14^th Osiyo Tinch okeani kimyoviy muhandislik konfederatsiyasi APCChE 2012 yil.

Aloqador mavzular

Bilishga arziydigan faktlar

Ultrasonik to'qimalarni homogenizatorlari ko'pincha prob sonikatori, sonik liser, ultratovushni buzuvchi, ultratovushli maydalagich, sono-ruptor, sonifier, ovozli dismembrator, hujayra buzuvchi, ultrasonik disperser yoki erituvchi deb ataladi. Turli xil atamalar sonication orqali bajarilishi mumkin bo'lgan turli xil ilovalardan kelib chiqadi.