Sonochemical and Mechanochemical Applications in Organic Synthesis

69 Pages·2010·3.62 MB·English

SSoonnoocchheemmiiccaall aanndd  MMeecchhaannoocchheemmiiccaall AApppplliiccaattiioonnss  iinn  
Organic Synthesis
HHoovviigg KKoouuyyoouummddjjiiaann
Wednesday, March 17, 2010
EEnneerrggyy ssoouurrcceess ooff cchheemmiiccaall rreeaaccttiioonnss
MMiiccrroowwaavveess
PPrreessssuurree
HHeeaatt EElleeccttrriicciittyy
https://www.kintera.com/accounttempfiles/account105257/images/heat_thermometer.jpg
2
http://www.mdpi.org/ecsoc/ecsoc‐6/Papers/E001/E001_files/208_files/Micro.gif
http://wpcontent.answers.com/wikipedia/commons/thumb/3/39/ElectrochemCell.png/250px‐ElectrochemCell.png
http://www.americanairworks.com/images/dial_a_pressure.gif
UUllttrraassoouunndd:: AAlltteerrnnaattiivvee ssoouurrccee ooff eenneerrggyy
• Nanomaterials
• SSonoellecttrochhemiisttry
• OOrrggaanniicc ssyynntthheessiiss
• Glassware cleaning
UUllttrraassoouunndd  bbaatthhss
http://www.bransonic.com/pdf/Bransonic%20Brochure.pdf
3
OOuuttlliinnee
• Ultrasound (US)
– DDeeffiinniittiioonn aanndd bbaacckkggrroouunndd
• Cavitation phenomenon
– Characteristics and influencing factors
• A sample of sonochemical reactions in organic synthesis
– Kornblum‐Russell reaction
– HHeetteerroo‐MMiicchhaaeell rreeaaccttiioonn
– Preparation of Grignard reagent
– Suzuki coupling
• Cavitation induced mechanochemistry
– Cleavage of azo‐linkages
– Reconfigguration of atroppisomers
– Electrocyclic opening of benzocyclobutene
4
OOuuttlliinnee
• Ultrasound (US)
– DDeeffiinniittiioonn aanndd bbaacckkggrroouunndd
• Cavitation phenomenon
– Characteristics and influencing factors
• A sample of sonochemical reactions in organic synthesis
– Kornblum‐Russell reaction
– HHeetteerroo‐MMiicchhaaeell rreeaaccttiioonn
– Preparation of Grignard reagent
– Suzuki coupling
• Cavitation induced mechanochemistry
– Cleavage of azo‐linkages
– Reconfigguration of atroppisomers
– Electrocyclic opening of benzocyclobutene
5
EElleeccttrroommaaggnneettiicc aanndd ssoouunndd ssppeeccttrruumm
RRaaddiioo MMiiccrroowwaavveess IInnffrraarreedd UUllttrraavviioolleett XX‐‐rraayyss GGaammmmaa
33GGHHzz 33TTHHzz 443300TTHHzz 775500TTHHzz 330000PPHHzz 3300EEHHzz
EEaarrtthhqquuaakkee mmoonniittoorriinngg HHuummaann ssppeeeecchh SSOONNAARR MMeeddiiccaall ddiiaaggnnoossiiss
Low bass notes Animals Sonochemistry
IInnffrraassoouunndd AAccoouussttiicc UUllttrraassoouunndd
20Hz 20KHz 2MHz 200MHz
6
DDeeffiinniittiioonn ooff ssoonnoocchheemmiissttrryy
Sonochemistryy: A branch of chemical research dealingg 
with the chemical effects and applications of ultrasonic 
waves, that is, sound with frequencies above 20 kHz 
tthhatt lliie bbeyondd tthhe upper lliimiitt off hhuman hheariing.
Luche, J. L. Synthetic Organic Sonochemistry, Plenum Press, New York, 1998, pp. 1–19
7
BBeesstt kknnoowwnn uusseess ooff uullttrraassoouunndd
• Target detection using SONAR
((SSOOuunndd NNAAvviiggaattiioonn aanndd RRaannggiinngg))
• Medical apppplications:
– Medicalsonography (ultrasonography)
– Acoustic targeted drug delivery
– CClleeaanniinngg tteeeetthh iinn ddeennttaall hhyyggiieennee
• Industrial Applications:
– Ultrasonic testing (non‐destructive)
– Ultrasonic cleaning
http://www.personal.psu.edu/users/k/g/kgc5007/Project%203%20Active%20Sonar.gif
http://www.advanceusa.org/blog/content/binary/Ultrasound%202.jpg 8
http://media.noria.com/sites/archive_images/Backup_200411_Tech‐Ultrasound1.jpg
Ultrasound instruments for organic 
chhemiistry
Cup‐horn sonicator  Probe sonicator 
$$11,220000‐$$11,660000 $$22,330000‐$$55,000000
http://www.nano‐lab.com/ultrasonic‐probe‐dispersion‐equipment.html
9
UUllttrraassoouunndd rreeaaccttoorrss iinn pprroocceessss cchheemmiissttrryy
UUIIPP1166000000 
reactor
Ultrasonic reactor
http://www.hielscher.com/image/7xuip1000hd_flowcell_p0500.jpg
10
http://www.hielscher.com/image/uip1000_uip16000_p0500.jpg