Phản ứng Diels-Alder được cải thiện về mặt sonochemical

Phản ứng Diels-Alder được sử dụng rộng rãi để tổng hợp hóa học, trong đó liên kết cacbon-cacbon nguyên tử phải được hình thành. Siêu âm và tác dụng siêu âm của nó có hiệu quả cao trong việc thúc đẩy và thúc đẩy các phản ứng Diels-Alder dẫn đến năng suất cao hơn, giảm đáng kể thời gian phản ứng và đồng thời là một phần của hóa học xanh thân thiện với môi trường.

Phản ứng Diels-Alder tăng cường về mặt sonochemical cho hóa học xanh

Phản ứng Diels-Alder là phản ứng hóa học, trong đó liên kết giữa các nguyên tử cacbon được hình thành. Phản ứng Diels-Alder được phân loại là một quá trình bổ sung xích [4 + 2] cho phép nhiệt [_π4_S + _π2_S]. Vì tổng hợp hữu cơ hỗ trợ siêu âm là một con đường tổng hợp xanh và hiệu quả, giúp tăng tốc độ phản ứng, năng suất và tính chọn lọc của các phản ứng, nên siêu âm là một kỹ thuật đơn giản và đáng tin cậy được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm và sản xuất công nghiệp. Thông thường, con đường được thúc đẩy về mặt siêu âm tạo điều kiện cho sự biến đổi hữu cơ ở các điều kiện môi trường xung quanh, nếu không thì đòi hỏi các điều kiện nhiệt độ và áp suất mạnh mẽ, giúp tiết kiệm chi phí năng lượng và biến quá trình tổng hợp hóa học thành một quy trình tiết kiệm hơn.

Phản ứng siêu âm Diels-Alder sử dụng dung môi Eutectic sâu

Dung môi eutectic sâu (DES) là dung dịch của axit và bazơ Lewis hoặc Brønsted tạo thành hỗn hợp eutectic. Vì dung môi eutectic sâu không cháy, có áp suất hơi thấp và độc tính, và thường được làm từ các hợp chất tự nhiên, chúng là một chất thay thế dung môi tiết kiệm, thân thiện với môi trường hơn. Siêu âm và dung môi eutectic sâu được biết là hoạt động hiệp đồng với nhau và do đó được sử dụng để tổng hợp hóa học cũng như chiết xuất siêu âm. Việc sử dụng dung môi eutectic sâu cũng có lợi trong các phản ứng Diels-Alder được thúc đẩy bằng siêu âm. Ví dụ, siêu âm được sử dụng để thúc đẩy phản ứng Diels-Alder bằng cách sử dụng N-ethylmaleimide làm dienophile, thay đổi bản chất của diene trong dung môi eutectic sâu (DES) dưới cả gia nhiệt thông thường và kích hoạt siêu âm.
Sử dụng kích hoạt siêu âm kết hợp với dung môi eutectic sâu đã được chứng minh là có lợi, mang lại năng suất tốt trong thời gian phản ứng giảm đáng kể.

Phản ứng Diels−Alder được cải thiện siêu âm.sơ đồ được chuyển thể từ Marullo và cộng sự, 2020

Quy trình chung cho phản ứng Diels-Alder sử dụng DES và Sonication

Các phản ứng Diels-Alder được thúc đẩy bằng sóng siêu âm được thực hiện bằng cách chèn đầu dò siêu âm (sonotrode? horn) vào bình phản ứng. Sử dụng đầu dò siêu âm có đầu đường kính 0,5 cm, công suất đầu ra danh nghĩa là 70 W. Các phản ứng được thực hiện ở 40 ° C áp dụng chế độ xung siêu âm với chu kỳ BẬT 5 giây và 20 giây TẮT. Phản ứng Diels-Alder tăng cường siêu âm cho năng suất tốt trong thời gian ngắn hơn nhiều so với trong điều kiện im lặng (tương ứng là 70 phút và 24 giờ đối với phản ứng sonchemical và im lặng).
Để đánh giá hiệu quả năng lượng của phản ứng Diels-Alder tăng cường sonochemical, mức tiêu thụ năng lượng cho phản ứng Diels-Alder im lặng và siêu âm đã được so sánh. Các tính toán đã đưa ra mức tiêu thụ 35.094 kJ? g cho phản ứng im lặng và 28,4 kJ? g cho phản ứng hỗ trợ siêu âm (sừng siêu âm với công suất đầu ra là năng lượng ròng 70 W), tương ứng. Điều này dẫn đến 99% năng lượng được tiết kiệm cho phản ứng Diels-Alder điều khiển bằng sonochemical. Tất cả những quan sát này cho thấy mạnh mẽ rằng việc sử dụng kết hợp dung môi eutectic sâu (DES) và chiếu xạ siêu âm là một phương pháp hiệu quả và tiết kiệm năng lượng cho các quá trình tổng hợp quan trọng như phản ứng Diels-Alder. (Marullo và cộng sự, 2020)

Tác dụng của các dung môi eutectic sâu khác nhau kết hợp với siêu âm

Kết quả tốt nhất cho phản ứng Diels-Alder được thúc đẩy siêu âm đã đạt được, khi các dung môi eutectic sâu [ChCl]: [Fru] và [TBACl]: [EG] được sử dụng làm dung môi. Sử dụng [ChCl]:[Fru] và [TBACl]:[EG] làm dung môi giúp giảm đáng kể thời gian phản ứng cũng như cải thiện đáng kể năng suất (đối với [TBACl]:[EG] 73% và 87%, và đối với [ChCl]:[Fru] 23 và 75% trong điều kiện im lặng và sonochemical, tương ứng).
Trong một số trường hợp, cụ thể là khi [TBPCl]: [EG], [ChCl]: [Gly], và [AcChCl]: [EG] được sử dụng làm dung môi, năng suất có thể so sánh với những gì thu được trong điều kiện im lặng, nhưng tốc độ của quá trình hóa học vẫn được cải thiện đáng kể bằng cách siêu âm.
Sonication hoạt động rất tốt với áp suất hơi thấp và dung môi nhớt như chất lỏng ion (IL) vì những điều kiện này tạo điều kiện tạo ra các hiệu ứng xâm thực không thể hơn. Vì dung môi eutectic sâu có tính chất vật lý tương tự như chất lỏng ion, chúng có thể được sử dụng phù hợp kết hợp với siêu âm. Sự tương tác kết hợp của dung môi eutectic sâu (DES) và siêu âm làm giảm đáng kể nhu cầu năng lượng của phản ứng Diels-Alder. Có thể quan sát thấy sự giảm thời gian phản ứng từ 24 giờ đến 70 phút trong khi mang lại năng suất rất tốt. Về hiệu quả quá trình, điều này có nghĩa là việc sử dụng kết hợp dung môi eutectic sâu (DES) và siêu âm cho phép xử lý một lượng vật liệu cao gấp 10 lần so với trong điều kiện im lặng. (Marullo và cộng sự, 2020)

Phản ứng siêu âm Diels-Alder của Oxabicyclic Alkenes

Wei và các đồng nghiệp (2004) đã chỉ ra rằng siêu âm thúc đẩy phản ứng Diels-Alder của furan thay thế với các dienophiles phản ứng như dimethyl acetylenedicarboxylate (DMAD) và dimethyl maleate mang lại oxabicyclic alkene chức năng với năng suất tốt. Phản ứng được thúc đẩy bằng sóng siêu âm của furano Diels-Alder cycloaddition của furan 2-vinylic với DMAD đã cung cấp oxabicyclic alkenes chức năng với năng suất tốt.

Phản ứng Cycloaddition được cải thiện về mặt sonochemical

Bravo và các đồng nghiệp (2006) đã mô tả một loạt các cycloadditions sonochemical liên quan đến cyclopentadiene hoặc 1,3-cyclohexadiene với carbonyl dienophiles trong chất lỏng ion dựa trên imidazolium làm môi trường phản ứng. Họ đã chứng minh rằng ultrasonication có hiệu quả cải thiện các phản ứng cycloaddition dẫn đến năng suất cao hơn và? hoặc giảm thời gian phản ứng khi so sánh với các phản ứng im lặng tương ứng. Ví dụ, đối với α đơn giản, β- dienophiles không bão hòa như methyl vinyl ketone hoặc acrolein tác dụng của kích hoạt siêu âm là rõ ràng. Ví dụ, methyl vinyl ketone làm tăng năng suất 89% trong vòng 1 giờ của sonication nhẹ, trong khi phản ứng im lặng chỉ dành 52% trong cùng một thời gian phản ứng.

Máy siêu âm ở bất kỳ kích thước nào cho các phản ứng Diels-Alder được thúc đẩy về mặt siêu âm

Hielscher Ultrasonics thiết kế, sản xuất và phân phối các thiết bị đồng nhất kiểu đầu dò siêu âm hiệu suất cao và thiết bị siêu âm để tích hợp vào các hệ thống hóa học như phản ứng tổng hợp và xúc tác. Máy siêu âm Hielscher được sử dụng trên toàn thế giới như một công cụ đáng tin cậy để thúc đẩy, tăng cường, tăng tốc và cải thiện các phản ứng hóa học.
Hielscher Siêu âm’ Bộ xử lý siêu âm có sẵn ở bất kỳ kích thước nào từ thiết bị phòng thí nghiệm nhỏ đến bộ xử lý công nghiệp lớn cho các ứng dụng hóa học hàng loạt và dòng chảy. Điều chỉnh chính xác biên độ siêu âm – Thông số quan trọng nhất cho các ứng dụng sonochemical – cho phép vận hành máy siêu âm Hielscher ở biên độ từ thấp đến rất cao và tinh chỉnh biên độ chính xác theo các điều kiện quá trình siêu âm cần thiết của hệ thống phản ứng hóa học cụ thể.
Hielscher’s ultrasonic generator feature a smart software with automatic data protocolling. All important processing parameters such as ultrasonic energy, temperature, pressure and time are automatically stored onto a built-in SD-card as soon as the device is switched on.
Giám sát quá trình và ghi dữ liệu rất quan trọng để tiêu chuẩn hóa quy trình liên tục và chất lượng sản phẩm. Bằng cách truy cập dữ liệu quá trình được ghi lại tự động, bạn có thể sửa đổi các lần chạy sonication trước đó và đánh giá kết quả.
Một tính năng thân thiện với người dùng khác là điều khiển từ xa trình duyệt của các hệ thống siêu âm kỹ thuật số của chúng tôi. Thông qua điều khiển trình duyệt từ xa, bạn có thể bắt đầu, dừng, điều chỉnh và giám sát bộ xử lý siêu âm của bạn từ xa từ bất cứ đâu.
Liên hệ với chúng tôi ngay bây giờ để tìm hiểu thêm về máy đồng nhất siêu âm hiệu suất cao của chúng tôi có thể cải thiện phản ứng tổng hợp hữu cơ của bạn như phản ứng Diels-Alder, phản ứng Mannich hoặc bổ sung Michael trong số nhiều phản ứng khác!

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi: