Ultrasonik İndüklenen va boyitilgan o'zgarishlar klubi katalizi

Yuqori kuchli ultratovush turli kimyoviy reaktsiyalarga hissa qo'shishi bilan mashhur. Bu so'zda Sonokimyo. Heterogen reaktsiyalar - va ayniqsa, faza o'tkazish reaksiyalari - kuchli ultratovush uchun juda katta potentsial dastur maydonlari. Reaktivlarga qo'llaniladigan mexanik va sonokimyoviy energiya tufayli reaktsiyalarni boshlash mumkin, reaksiya tezligi sezilarli darajada oshirilishi mumkin, shuningdek yuqori konvertatsiya stavkalari, yuqori rentabellik va yaxshi mahsulotlarga erishish mumkin. Ultratovush tekshiruvining linear o'lchamlari va ishonchli ultratovush mavjudligi Sanoat texnika bu usulni kimyoviy ishlab chiqarish uchun qiziqarli yechimga aylantiradi.

Glass reactor for targeted and reliable sonication processes

Ultrasonik Shisha Oqim hujayrasi

o'zgarishlar klubi katalizi

Faza klubi katalizatori (PTC) - heterogen katalizning maxsus shakli bo'lib, u organik sintez uchun amaliy metodik sifatida ma'lum. Fazali uzatish katalizatoridan foydalangan holda, ko'pincha suvli fazada eriydi, lekin organik bosqichda erimaydigan ionli reaktsiyalarni echib olish mumkin bo'ladi. Ya'ni, PTC boshqa reaktivlarning birlashishi mumkin emasligi sababli aralashmaning turli bosqichlarida joylashgan ikkita modda o'rtasidagi o'zaro ta'sirning inhibe qilingan reaktsiyasida heterojenlik muammosini bartaraf etish uchun muqobil yechimdir. (Esen va boshq., 2010) Fazali klaster katalizining umumiy afzalliklari preparat tayyorlash, oddiy eksperimental protseduralar, yumshoq reaktsiya shartlari, yuqori reaktsiya stavkalari, yuqori selektivlik va kvartaror ammiak kabi arzon, tuzlar va erituvchilar va keng miqyosdagi preparatlarni o'tkazish imkoniyati (Ooi va boshqalar, 2007).
Turli suyuqlik-suyuqlik va suyuq-qattiq reaktsiyalar kuchayib, ion turlarining suvli fazadan parchalanishiga yo'l qo'yadigan quats, polietilen glikol-400 va boshqalar kabi oddiy faza-o'tkazish (PT) katalizatorlari yordamida selektiv holga keltirildi. organik o'zgarishlar. Shunday qilib, suvli fazadagi organik reaktivlarning juda past darajada eriydi bilan bog'liq muammolarni bartaraf etish mumkin. Pestitsid va farmatsevtika sanoatida PTC keng qo'llaniladi va biznes asoslarini o'zgartirdi. (Sharma 2002)

Power ultratovush

Quvvatli ultratovushni qo'llash juda nozik jarima yaratadigan taniqli vositadir emülsiyonları. Kimyada bunday nozik o'lchamdagi emulsiyalar kimyoviy reaktsiyalarni kuchaytirish uchun ishlatiladi. Bu degani, ikki yoki undan ortiq aralashmagan suyuqliklar orasidagi aloqa yuzasi keskin ravishda kengayib, reaksiyaning yanada yaxshiroq, to'liq va / yoki tezroq ishlashini ta'minlaydi.
Fazali klassifikatsiya qilish uchun – boshqa kimyoviy reaksiyalar bilan bir xil - reaksiya boshlash uchun etarli kinetik energiya zarur.
Bu kimyoviy reaksiya bilan bog'liq har qanday ijobiy ta'sirga ega:

Odatda, past kinetik energiya tufayli yuzaga keladigan kimyoviy reaktsiya ultrasonikatsiya bilan boshlanadi.
Kimyoviy reaktsiyalarni ultratovush bilan qo'llab-quvvatlangan PTC bilan tezlatish mumkin.
Faza klubi katalizatoridan to'liq qochish.
Xom-ashyolarni yanada samarali ishlatish mumkin.
Yan mahsulotlar kamaytirilishi mumkin.
Qiymatli noorganik asosga ega iqtisodiy jihatdan zaif xavfli mustahkam bazani almashtirish.

Ushbu ta'sirlar bilan PTC ikkita va undan ko'p aralashmagan reaktandan organik sintez uchun bebaho kimyoviy metodologiyadir: Faza klubi katalizasi (PTC) kimyoviy jarayonlarning xom ashyosini yanada samaraliroq qilish va samaradorroq ishlab chiqarish imkonini beradi. PTC bilan kimyoviy reaktsiyalarni kuchaytirish ultratovush orqali sezilarli darajada oshirilishi mumkin bo'lgan kimyoviy ishlab chiqarish uchun muhim vositadir.

Suyuqlikda kavitatsiya

Ultrasonik sifatida PTC reaktsiyalariga misollar

Ultrasonikatsiya ostida PEG-400dan foydalangan holda yangi N '- (4,6-disubstituted-pyrimidin-2-yl) -N- (5-aril-2-furoyl) tiyourea türevlerinin sintezi. (Ken va boshq., 2005)
Ignalik kislotaning ultratovush bilan yordam beradigan sintezi PTC bilan ionli suyuqlikda muhit sharoitida reaksiya rentabelligida sezilarli darajada o'sish kuzatiladi. (Hua va boshq., 2011)
Kubo va boshq. (2008), fenilasetonitrilning ultrabinafshik yordamchi C-alkillashini solventsiz muhitda hisobot qiladi. Ultratovushni reaktsiyani rag'batlantirish ta'siri ikkita suyuqlik fazalari orasidagi juda katta interfeys maydoniga bog'liq edi. Ultrasonikatsiya mexanik aralashtirishdan ko'ra tezroq reaktsiya tezligiga olib keladi.
Dichlorocarbene hosil qilish uchun uglerod tetrakloridning magniy bilan reaktsiyasi paytida soniklanish olefinlar mavjud bo'lganda gem-diklorosillopropanning yuqori hosil bo'lishiga olib keladi. (Lin va boshqalar, 2003)
Ultratovushlar Cannizzaro reaktsiyasini tezlashtiradi s-xlorobenzaldegidni fazani uzatish sharoitida. Uch fazali klubi katalizatorlaridan – Polakka va boshq. tomonidan sinovdan o'tgan benzoltrietilamonyum xlor (TEBA), Aliquat va 18-toj-6 -. (1996) TEBA eng samarali deb topildi. Ferrocenecarbaldehyde va s-dimetilaminobenzaldegid shunga o'xshash sharoitda asosiy mahsulot sifatida 1,5-diaril-1,4-pentadien-3-ni berdi.
Lin Xiao va boshq. (1987) ultrasonikatsiya va PTC kombinatsiyasi xloroformdan dichlorocarbene hosilasini yanada samarali va kam miqdorda katalizator bilan yanada samarali bo'lishini ko'rsatdi.
Yang va boshq. (2012) 4,4'-bis (tributilammoniometil) -1,1'-bifenil diklorid (QC1) yordamida benzil 4-gidroksibenzoatning yashil, ultratovushli yordam sintezini tekshirib chiqdilar₂) katalizator sifatida. QCl-dan foydalanib₂, ular yangi er-xotin fazali ko'chirish katalizini ishlab chiqdilar. Ushbu qattiq-suyultirilgan faz-klubi katalizasi (SLPTC) ultrasonikatsiya bilan partiyaviy jarayon sifatida amalga oshirildi. Yuqori sonikatsiya ostida Q (Ph (OH) COO) ning 45,2% ni qo'shilgan Q2 + ning 33%₂ benzil bromid bilan reaksiyaga kirishish uchun organik fazaga o'tkazildi, shuning uchun umumiy reaktsiya tezligi kuchaytirildi. Ushbu yaxshilangan reaktsiya tezligi 0,106 min^-1 ultrafiolet nurlanishining 300W gacha, ultrasonik holda 0,0563 min^-1 kuzatildi. Shunday qilib, evaziga klassifikatsiyali katalizatorning ikkilamchi fazali klubi katalizatorining sinergetik ta'siri ko'rsatildi.

The ultrasonic lab device UP200Ht provides powerful sonication in laboratories.

1-rasm: UP200Ht 200 vattli kuchli ultratovush homojenizatori

Asimmetrik Faza klubi reaktsiyasini ultratovushni takomillashtirish

A-amino kislotalarning va ularning hosilalarining assimetrik sintezi uchun amaliy uslubni yaratish maqsadida "Maruoka va Ooi" (2007) "N-spiro chiralli kuaterner ammoniy tuzlarining reaktivligi kuchaytirilishi va ularning tuzilishi soddalashtirilishi mumkinmi? Ultrasonik nurlanish ishlab chiqarilganidan beri homojenleştirme, Ya'ni, juda yaxshi emülsiyonları, suyuq-suyuqlik faza-o'tkazish reaktsiyalarida sezilarli tezlikni tezlashtiradigan reaksiya yuzaga kelishi mumkin bo'lgan interfeys maydonini sezilarli darajada oshiradi. Haqiqatan ham, toluen (50% suvli KOH) da 0 ° C da 1 soat davomida reaktsiya aralashmasidan 2, metil iyodid va (S, S) -naftil subuniti (1 mol%) sonikatsiyasi sonining 63% 88% ee bilan rentabellikga; kimyoviy rentabellik va enantioselektivlik sakkiz soat davomida (0 ° C, 64%, 90% ee) oddiy aralashtirish orqali amalga oshirilgan reaktsiyalar bilan taqqoslana oladi »(Maruoka va boshqalar, 2007, 4229-bet)

Improved phase transfer reactions by sonication

Sxema 1: ultrasonikatsiya a-amino kislotalarning assimetrik sintezi davomida reaksiya tezligini oshiradi [Maruoka va boshq. 2007]

Asimmetrik katalizning yana bir reaktsiya turi Mayklning reaktsiyasi. Mayklning dietil qo'shilishi n-asetil-aminomalonat kaltsonga ultrasonikatsiya orqali ijobiy ta'sir ko'rsatdi, natijada hosilning 12% ko'payishiga olib keladi (ultrabindikatsiya sharoitida jim reaktsiyada 72% dan 82% gacha). Ultratovushsiz reaksiya bilan solishtiradigan bo'lsak, kuch-quvvat ultratovushligi ostida reaktsiya vaqti olti marta tezroq bo'ladi. Enantiomerik ortiqcha (EE) o'zgargani yo'q va har ikkala reaktsiya uchun ham - ultratovush bilan va ultratovushsiz - 40% ee. (Mirza-Agayan va boshqalar, 1995)
Li va boshq. (2003), KF / asosiy alumina tomonidan katalizator qilingan donorlar sifatida dietil malonat, nitrometan, sikloheksanon, etil asetoasetat va asetilaseton kabi faol metilen aralashmalari bilan qabul qiluvchi sifatida Maykl reaktsiyasini ultratovush ostida qisqa muddat ichida yuqori hosilda kattalashishiga olib keldi nurlanish. Boshqa bir ishda Li va boshq. (2002) KF-Al tomonidan katalizator qilingan chaldonlar muvaffaqiyatli ultratovush bilan yordam beradigan sintezini ko'rsatdi₂The₃.
Yuqoridagi bu PTC reaktsiyalari ultratovush nurlanishining salohiyati va imkoniyatlarining faqatgina kichik hajmini ko'rsatadi.
PTC-da yuzaga kelishi mumkin bo'lgan takomillashtirish bo'yicha ultratovush tekshiruvi va baholash juda oddiy. Hielscher kabi ultrasonik laboratoriya asboblari Uf200 ः t (200 vatt) va Hielscher kabi stol usti tizimlari UIP1000hd (1000 vatt) birinchi sinovlarga ruxsat beradi. (1-rasm va 2-rasmga qarang)

Ultrasonik rivojlangan assimetrik Maykl qo'shish (kattalashtirish uchun bosing!)

Sxema 2: Ultrasonik yordam assimetrik Mayklning dietil N-asetil-aminomalonatning xalkonga qo'shilishi [Török va boshq. 2001]

Kimyoviy bozordagi raqobatbardosh mahsulot

Ultrasonik o'zgarishlar transport katalizini qo'llash sizga bir yoki bir nechta foydali afzalliklardan foyda keltiradi:

aks holda amalga oshirilmaydigan reaktsiyalarni ishga tushirish
rentabellikni oshirish
qimmatbaho, suvsiz, aprotik erituvchilarni kesib tashlash
reaktsiya vaqtini kamaytirish
past reaktsiya temperaturalari
soddalashtirilgan preparat
gidroksidi metall alkoksidlar, natriy amid, natriy hidrit yoki metall natriy o'rniga suvli gidroksidi metalldan foydalanish
arzonroq xom ashyoni, ayniqsa oksidantlardan foydalanish
selektivlikning o'zgarishi
mahsulot stavkalarini o'zgartirish (masalan, O / / C-alkillash)
soddalashtirilgan izolyatsiya va tozalash
yon reaktsiyalarni bostirish natijasida hosilning oshishi
oddiy, chiziqli o'lchov - sanoat ishlab chiqarish darajasiga qadar, hatto juda yuqori ishlov berish darajasida

UIP1000hd dastgohi-Top Ultrasonic Gomogenizator

1000W ultrasonik protsessor, oqim kamerasi, tank va nasos bilan sozlash

Kimyada ultratovush ta'sirini oddiy va xavfsiz tekshirish

Ultratovush tekshiruvining o'ziga xos materiallari va reaktsiyalarini qanday ta'sir qilishini ko'rish uchun dastlabki fizibilite testlari kichik hajmda amalga oshirilishi mumkin. 50-400 vatt oralig'idagi qo'lda ishlaydigan yoki o'rnatiladigan laboratoriya asboblari kichik va o'rta o'lchamdagi paypoqlarni sonikatsiyalash imkonini beradi. Agar dastlabki natijalar potentsial yutuqlarni namoyish qilsa, jarayon sanoat tayanchlarida ultratovushli protsessor bilan ishlab chiqilgan va optimallashtirilishi mumkin. UIP1000hd (1000W, 20kHz). Hielscherning ultratovushli dastgoh tizimlari 500 uchun vatt 2000 yil vatlar R uchun ideal qurilmalardir&D va optimallash. Bu ultrasonik tizimlar - beaker va inline sonication uchun mo'ljallangan – Amplituda, bosim, harorat, vizkozlik va xamda eng muhim jarayon parametrlarini to'liq nazorat qilish.
Parametrlarni aniq nazorat qilish imkonini beradi to'liq qayta ishlab chiqarish va lineer o'lchovlar olingan natijalar. Turli xil sozlamalarlarni tekshirgandan so'ng, eng yaxshi deb topilgan konfiguratsiya ishlab chiqarish sharoitida doimiy ravishda (24h / 7d) ishlatish uchun ishlatilishi mumkin. Opsiyonel PC-Control (dasturiy ta'minot interfeysi), shuningdek, alohida sinovlarni yozishni ham osonlashtiradi. Xavfli muhitda (ATEX, FM) Yonuvchan suyuqliklarni yoki hal qiluvchi moddalarni sonifikatsiyalash uchun UIP1000hd ATEX tomonidan tasdiqlangan versiyada mavjud: UIP1000-EXD.

Kimyada ultrasonikatsiyadan umumiy foyda:

Agar sonikasyon tatbiq etilsa, reaktsiya tezlashtirilishi yoki kamroq kuchlanish shartlari talab qilinishi mumkin.
İndüksiyon davrlari odatda sezilarli darajada kamayadi, chunki odatda bunday reaktsiyalar bilan bog'liq ekzotermlar mavjud.
Sonokimyoviy reaktsiyalar tez-tez ultratovush orqali qo'shiladi.
Odatda sintetik marshrutda talab qilinadigan bosqichlar soni ba'zan qisqarishi mumkin.
Ba'zi hollarda reaktsiyalar muqobil yo'lga yo'naltirilishi mumkin.

Adabiyotlar / manbalar

Esen, İlker va boshq. (2010): Ultrasonik ta'siri ostida Suvda aromatik Aldehitlerin Kondensatsiya reaktsiyalarida Uzoq zanjir Dicationic o'zgarishlar o'zgarishlar Katalizatorlar. Koreya kimyo jamiyati xabarnomasi, 2010 yil 31-avgust; 2289-2292-b.
Hua, Q. va boshq. (2011): ionli suyuqlikda bosqichma-bosqich propilen sintez. In: Ultrasoniklar sonokimyo vol. 18/5, 2011; 1035-1037-yillar.
Li, J.-T. va boshq. (2003): ultratovush nurlanishida KF / asosiy alumina tomonidan katalizlanadi. Ultrasonik preparatlar Sonokimyo 10, 2003. pp. 115-118.
Lin, Haixa va boshq. (2003): Ultrasonik nurlanish yordamida karbon tetraklorid va magniy reaktsiyasidan Dichlorocarbene ishlab chiqarish uchun qulay usul. Bunda: Molekulalar 8, 2003; 608-613-sahifalar.
Lin Xiao, Xu va boshq. (1987): ultratovushli nurlanish va o'zgarishlar klubi katalizlari orqali diklorotsenni yaratish uchun yangi amaliy uslub. In: Acta Chimica Sinica, Vol. 1987 yil, 5/4; 294-298-bet.
Ken, Shao-Yong va boshq. (2005): N '- (4,6-ikki marta chiqarilgan-pirimidin-2-yl) -N- (5-aril-2-furoil) tiyourea türevlerinin ultrasonik ışınlama va biyoaktivitesi ostida o'zgarishlar klubi katalizli sintez. In: Hindiston jurnali Vol. 44B, 2005; 1957-1960 yillar.
Kubo, Masaki va boshq. (2008): Ultrasonik nurlanish yordamida fenilatsetonitrilning solventsiz C-alkillanishining kinetikasi. Kimyo muhandisligi jurnali Yaponiya, vol. 41, 2008; 1031-1036-yillar.
Maruoka, Keiji va boshq. (2007): Asimmetrik Faza-Transfer Katalizatidagi so'nggi o'zgarishlar. In: Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 46, Wiley-VCH, Weinheim, 2007; 4222-4266-son.
Mason, Timothy va boshq. (2002): Amaliy sonokimyo: kimyo va qayta ishlashda elektr ultratovushidan foydalanish. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
Mirza-Ag'ayan, M. va boshq. (1995): Asimmetrik Maykl Reaksiyasiga ultratovush nurlanishining ta'siri. Tetraedr: Asimmetriya 6/11, 1995; 2643-2646-sahifalar.
Polácková, Viera va boshq. (1996): Faz-klubi sharoitida ultratovushli propagandali Cannizzaro reaktsiyasi. In: Ultrasoniklar sonokimyo vol. 3/1, 1996; 15-17- sah.
Sharma, MM (2002): Kichik miqyosda reaktsiyalarni o'tkazish strategiyalari. Selectivity engineering va jarayon intensifikatsiyasi. In: Sof va amaliy kimyo, vol. 74/12, 2002; 2265-2269-son.
Török, B. va boshq. (2001): Sonokimyada assimetrik reaktsiyalar. Ultrasonikalar sonokimyo 8, 2001; 191 - 200 - sah.
Vang, Maw-Ling va boshq. (2007): 1,7-oktadienni ultratovush bilan yordamchi faz-klassifik katalitik epoksidatsiya - kinetik tadqiqotlar. In: Ultrasoniklar sonokimyo vol. 14/1, 2007; 46-54- sah.
Yang, H.-M .; Chu, W.-M. (2012): Ultrasound-Assisted Phase-Transfer Catalysis: Qattiq va suyuq tizimda yangi er-xotin-sayt faza-transfer katalizatori bilan almashtirilgan benzoatning yashil sintezi. In: 14-chi operatsiyada^th Kimyo muhandisligi bo'yicha Osiyo Tinch okeani konfederatsiyasi APCChE 2012.

Aloqador mavzular

Bilishingiz kerak bo'lgan dalillar

Ultratovush to'qima homojenizatörleridir ko'pincha tekshirish sonikatörden, Sonic lyser, ultratovush to'pi, ultratovush maydalovchi, sono-ruptor, sonifier, Sonic dismembrator, hujayra qurolini, ultratovush disperser yoki Eriticide deb ataladi. turli atamalar sonikasyon bajo bo'lishi mumkin bo'lgan turli xil ilovalar natijasida.