كيمياء النقر – كيفية تعزيز تفاعلات النقر بالمعالجة بالموجات فوق الصوتية
يمكن لتفاعلات كيمياء النقر، مثل تفاعلات الإضافة الحلقية للأزيد والألكاين المحفَّزة بالنحاس (CuAAC)، أن تستفيد كثيرًا من استخدام الموجات فوق الصوتية عالية القدرة. تزيد التأثيرات الكيميائية الصوتية من المردود ومعدل التحويل. كما تتحسن الكفاءة الإجمالية لتفاعلات كيمياء النقر. وبوصفها تقنية من تقنيات الكيمياء الخضراء، تسهم المعالجة بالموجات فوق الصوتية في جعل التفاعلات الكيميائية أكثر كفاءة وأكثر مراعاةً للبيئة.
الإضافة الحلقية للأزيد والألكاين المحفَّزة بالنحاس والمعزَّزة بالموجات فوق الصوتية
تُعرف الإضافة الحلقية للأزيد والألكاين المحفَّزة بالنحاس (CuAAC) بأنها أهم وأبرز مثال على تفاعلات كيمياء النقر. وقد طوَّر Cravotto وزملاؤه من جامعة تورينو (إيطاليا) بروتوكولًا لتفاعل الإضافة الحلقية ثنائي القطب 1,3 بين الأزيدات والألكاينات بمساعدة الموجات فوق الصوتية، باستخدام النحاس الفلزي (Cu) محفِّزًا. تشارك مجموعة الأزيدو بسهولة في هذا النوع من التفاعلات العضوية. وتتحسن قدرة مجموعة الأزيدو على الاقتران بالألكاينات تحسنًا كبيرًا في وجود Cu(I)، كما أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية تعزِّز تفاعل النقر.
مفاعل يُحرَّك بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UP200St لتكثيف التفاعلات الكيميائية في كيمياء النقر.
- تحسين قدرة الاقتران
- مردود أعلى
- تفاعل أسرع
- تحسين حركية التفاعل
- كيمياء خضراء
- تشغيل بسيط وآمن
كيمياء النقر المعزَّزة بالكيمياء الصوتية: تتحسن الإضافة الحلقية المحفَّزة بالنحاس مع فينيل الأسيتيلين بفضل المعالجة بالموجات فوق الصوتية.
(الدراسة والرسم: © Cintas et al., 2010)
مزايا التفاعلات الكيميائية الصوتية
برز التخليق بالموجات فوق الصوتية (التخليق الصوتي) بوصفه إحدى أكثر تقنيات التكثيف تقديرًا في الكيمياء، نظرًا إلى مزاياه المتعددة. تتفوق التفاعلات المعزَّزة بالكيمياء الصوتية على الطرق التقليدية المعتمدة على التحريك أو الحرارة من حيث معدل التفاعل والمردود وبساطة التشغيل ونقاء المنتجات وكفاءة الطاقة وغيرها. وقد ثبت علميًا أن استخدام الموجات فوق الصوتية عالية القدرة يمكن أن يعزِّز التفاعلات الكيميائية ويقلِّل زمن التفاعل والتفاعلات الجانبية غير المرغوب فيها. وبوصفها مصدرًا بديلًا للطاقة الخضراء، تجعل المعالجة بالموجات فوق الصوتية العديد من التفاعلات الكيميائية أكثر مراعاةً للبيئة، إذ تتطلب كميات أقل من المتفاعلات ومذيبات ألطف وطاقة أقل.
تفاعلات عضوية محفَّزة بالنحاس ومعزَّزة بالكيمياء الصوتية
التأثيرات المفيدة للموجات فوق الصوتية والكيمياء الصوتية في التفاعلات التي تتضمن فلزات معروفة جيدًا. تعزِّز المعالجة بالموجات فوق الصوتية الإزالة الميكانيكية لطبقات التخميل، وتحسِّن كلًا من انتقال الكتلة وانتقال الإلكترونات من الفلز إلى المستقبِل العضوي.
استُخدم تخليق النقر بمساعدة الموجات فوق الصوتية لتحضير مجموعة واسعة من مشتقات 1,2,3-تريازول ثنائية الاستبدال في الموضعين 1,4، انطلاقًا من الجزيئات الصغيرة والأوليغومرات، مثل السيكلودكسترينات (CDs). وباستخدام هذا البروتوكول الفعَّال والأكثر مراعاةً للبيئة، يمكن تخليق جميع نواتج الإضافة خلال 2–4 h (بما يشمل المعالجة اللاحقة للتفاعل ويستثني التوصيف). وقد ثبت أن كيمياء النقر قادرة على ربط الكيمياء بعلم الأحياء مباشرةً، مما يجعلها تفاعلًا حقيقيًا يجمع بين التخصصات ويتمتع بنطاق تطبيق واسع للغاية.
(راجع Cintas et al., 2010)
مفاعل مغلق يعمل بالموجات فوق الصوتية للتفاعلات الكيميائية الصوتية، مثل تفاعلات كيمياء النقر.
كيمياء النقر الموفِّرة للوقت بفضل تسريع حركية التفاعل بالموجات فوق الصوتية
يمكن أن يؤدي استخدام الموجات فوق الصوتية إلى تسريع التفاعلات الكيميائية البطيئة، التي تستغرق عادةً عدة ساعات في نمط التشغيل بالدفعات. وبفضل التحسن الكبير في حركية التفاعل، يمكن تقليل زمن التفاعل إلى عدة دقائق. ويمكن أن يؤدي استخدام مفاعل تدفق يعمل بالموجات فوق الصوتية إلى تحسين المردود بدرجة كبيرة وتوفير الوقت، مما يحقق فعالية عالية لعمليات التخليق التي تكون بطيئة بالطرق التقليدية.
أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتفاعلات النقر المعزَّزة بالكيمياء الصوتية
تصمِّم Hielscher Ultrasonics أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من نوع المسبار، ومفاعلات كيميائية صوتية، وملحقات للعمليات الكيميائية الصوتية المتقدمة، وتصنِّعها وتوزِّعها. وبفضل معالجات الموجات فوق الصوتية التي تتراوح قدرتها من 50 واط إلى 16,000 واط لكل مسبار (سونوترود / بوق)، تستطيع Hielscher أن تقدِّم لك التجهيز الكيميائي الصوتي الأنسب لتفاعلك الكيميائي.
تشتهر أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بجودتها وموثوقيتها ومتانتها. وHielscher Ultrasonics شركة حاصلة على شهادة ISO، وتولي اهتمامًا خاصًا لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي تتميز بأحدث التقنيات وسهولة الاستخدام. وبالطبع، تتوافق أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher مع CE وتستوفي متطلبات UL وCSA وRoHs.
يقدِّم الجدول أدناه مؤشرًا على القدرة التقريبية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| من 1 إلى 500mL | من 10 إلى 200mL/min | UP100H |
| من 10 إلى 2000mL | من 20 إلى 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| من 0.1 إلى 20L | من 0.2 إلى 4L/min | UIP2000hdT |
| من 10 إلى 100L | من 2 إلى 10L/min | UIP4000hdT |
| من 15 إلى 150L | من 3 إلى 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | من 10 إلى 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | أعلى | مجموعة من أجهزة UIP16000 |
تواصلوا معنا! / اسألونا!
تصنِّع Hielscher Ultrasonics مجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتطبيقات الخلط والتشتيت والاستحلاب والاستخلاص على النطاق المختبري والتجريبي والصناعي.
المؤلفات / المراجع
- Cintas, Pedro; Barge, Alessandro; Tagliapietra, Silvia; Boffa, Luisa; Cravotto, Giancarlo (2010): Alkyne-azide click reaction catalyzed by metallic copper under ultrasound. Nature Protocols 5, 2010. 607-16.
- El-bendary, M.M.; Saleh, T.S.; Al-Bogami, A.S. (2018): Ultrasound Assisted High-Throughput Synthesis of 1,2,3-Triazoles Libraries: A New Strategy for “Click” Copper-Catalyzed Azide-Alkyne Cycloaddition Using Copper(I/II) as a Catalyst. Catalysis Letters 148, 2018. 3797–3810.
- Nobel Prize Committee: The click reaction that changed chemistry.
- Andrijana Mescic; Anita Salic; Tomislav Gregoric; Bruno Zelic; Silvana Raic- Malic (2017): Continuous flow-ultrasonic synergy in click reactions for the synthesis of novel 1,2,3-triazolyl appended 4,5-unsaturated l-ascorbic acid derivatives. RSC Advances 7, 2017. 791-800.
- Salvatore Marullo, Francesca D’Anna, Carla Rizzo, Renato Noto, (2015): The ultrasounds–ionic liquids synergy on the copper catalyzed azide–alkyne cycloaddition between phenylacetylene and 4-azidoquinoline. Ultrasonics Sonochemistry, Vol. 23, 2015. 317-323.
- Arafa, Wael & Nayl, A.A. (2019): Water as a solvent for Ru‐catalyzed click reaction: Highly efficient recyclable catalytic system for triazolocoumarins synthesis. Applied Organometallic Chemistry 2019.
حقائق جديرة بالمعرفة
كيمياء النقر تحصد جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2022
كيمياء النقر، التي صاغ مصطلحها Sharpless وزملاؤه في عام 2001، هي مفهوم طُرح لفئة من التفاعلات شبه المثالية التي تتميز بفعالية عالية واقتصاد ذري مرتفع ونطاق واسع وخصوصية فراغية (لكنها ليست بالضرورة انتقائية لأحد المتماكبات المرآتية)، ولا تولِّد إلا نواتج ثانوية غير ضارة يمكن إزالتها بسهولة، ولا تتطلب سوى ظروف تفاعل بسيطة ومتفاعلات متاحة بسهولة وإجراءات بسيطة لعزل المنتجات.
تصنِّع Hielscher Ultrasonics مجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء تتراوح أحجامها من الحجم المختبري إلى الحجم الصناعي.