التفاعلات التحفيزية العضوية التي يعززها الصوتنة
في الكيمياء العضوية ، التحفيز العضوي هو شكل من أشكال الحفز الذي يزداد فيه معدل التفاعل الكيميائي بواسطة محفز عضوي. هذا “محفز عضوي” يتكون من الكربون والهيدروجين والكبريت والعناصر اللافلزية الأخرى الموجودة في المركبات العضوية. يعرف تطبيق الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة على الأنظمة الكيميائية باسم سونوكيمياء وتقنية راسخة لزيادة الغلة وتحسين معدلات التفاعل وتسريع سرعة التفاعل. تحت صوتنة ، يصبح من الممكن في كثير من الأحيان تبديل المسارات الكيميائية لتجنب المنتجات الثانوية غير المرغوب فيها. يمكن أن تعزز Sonochemistry التفاعلات التحفيزية العضوية مما يجعلها أكثر كفاءة وصديقة للبيئة.
التحفيز العضوي غير المتماثل – تم تحسينه بواسطة Sonication
يمكن ل Sonochemistry ، تطبيق الموجات فوق الصوتية عالية الأداء في الأنظمة الكيميائية ، تحسين تفاعلات التحفيز العضوي بشكل كبير. غالبا ما يسمح التحفيز العضوي غير المتماثل جنبا إلى جنب مع الموجات فوق الصوتية بتحويل التحفيز العضوي إلى طريق أكثر صداقة للبيئة ، وبالتالي يندرج تحت مصطلحات الكيمياء الخضراء. تعمل Sonication على تسريع التفاعل العضوي (غير المتماثل) وتؤدي إلى إنتاجية أعلى ، ومعدلات تحويل أسرع ، وعزل / تنقية أسهل للمنتج ، وتحسين الانتقائية والتفاعلية. إلى جانب المساهمة في تحسين حركية التفاعل والعائد ، يمكن في كثير من الأحيان الجمع بين الموجات فوق الصوتية مع مذيبات التفاعل المستدامة ، مثل السوائل الأيونية ، والمذيبات سهلة الانصهار العميقة ، والمذيبات الخفيفة وغير السامة ، والماء. وبالتالي ، فإن سونوكيمياء لا يحسن فقط التفاعل العضوي (غير المتماثل) نفسه ، ولكنه يساعد أيضا في استدامة تفاعلات التحفيز العضوي.
بالنسبة للتفاعل المعزز بالإنيديوم ، تظهر الصوتنة تأثيرات مفيدة لأن التفاعل المدفوع بالموجات فوق الصوتية يعمل في ظل ظروف أكثر اعتدالا ، وبالتالي الحفاظ على مستويات عالية من الدياستيروسكريت. باستخدام الطريق الكيميائي ، تم تحقيق نتائج جيدة على التخليق التحفيزي العضوي لكربوهيدرات β-lactam والأحماض الأمينية β و spirodiketopiperazines من لاكتونات السكر بالإضافة إلى تفاعلات allylation و Reformatsky على إيثرات الأوكسيم.
تعزيز بالموجات فوق الصوتية تخليق المخدرات التحفيزية العضوية
أبلغ Rogozińska-Szymczak and Mlynarski (2014) عن إضافة مايكل غير المتماثلة ل 4-هيدروكسي كومارين إلى α،β الكيتونات غير المشبعة على الماء بدون مذيبات عضوية – تحفزها الأمينات الأولية العضوية والصوتنة. يوفر تطبيق ثنائي فينيل إيثيلين ديامين النقي التماثلي (S ، S) سلسلة من المركبات النشطة صيدلانيا المهمة في غلات جيدة إلى ممتازة (73-98٪) ومع انتقائية جيدة (تصل إلى 76٪ EE) عبر التفاعلات المتسارعة بواسطة الموجات فوق الصوتية. يقدم الباحثون بروتوكولا كيميائيا فعالا لتكوين "المواد الصلبة على الماء" للوارفارين المضاد للتخثر في كلا الشكلين التماثليين. هذا التفاعل التحفيزي العضوي الصديق للبيئة ليس قابلا للتطوير فحسب ، بل ينتج أيضا جزيء الدواء المستهدف في شكل نقي بشكل تماثلي.

يعزز Sonication إضافة مايكل غير المتماثلة ل 4-هيدروكسي كومارين إلى α،β الكيتونات غير المشبعة على الماء بدون مذيبات عضوية مشتركة.
الصورة والدراسة: ©روغوزينسكا-شيمكزاك وملينارسكي. 2014.
الأكسدة السونوكيميائية للتربينات
Charbonneau et al. (2018) demostrated epoxidation الناجح من التربين تحت صوتنة. يتطلب الإيبوكسدة التقليدي استخدام محفز ، ولكن مع صوتنة الإيبوكسيدشن يعمل كتفاعل خال من المحفز.
ثاني أكسيد الليمونين هو جزيء وسيط رئيسي لتطوير البولي كربونات الحيوية أو البولي يوريثان غير الإيزوسيانات. يسمح Sonication بإيبوكسدة التربينات الخالية من المحفزات خلال فترة تفاعل قصيرة جدا – في الوقت نفسه إعطاء عوائد جيدة جدا. من أجل إثبات فعالية الإيبوكسيد بالموجات فوق الصوتية ، قارن فريق البحث إيبوكسيد الليمونين بثاني أكسيد الليمونين باستخدام ثنائي ميثيل ديوكسيران المتولد في الموقع كعامل مؤكسد تحت كل من التحريض التقليدي والموجات فوق الصوتية. لجميع تجارب الصوتنة Hielscher UP50H (50W, 30kHz) مختبر الموجات فوق الصوتية تم استخدامه.

إيبوكسدة سونوكيميائية عالية الكفاءة من التربينات (على سبيل المثال ، ثاني أكسيد الليمونين ، أكسيد α بينين ، أكسيد β بينين ، ثلاثي أكسيد الخ) مع الموجات فوق الصوتية UP50H
الصورة والدراسة: © شاربونو وآخرون ، 2018
كان الوقت اللازم لتحويل الليمونين بالكامل إلى ثاني أكسيد الليمونين مع عائد 100٪ تحت صوتنة 4.5 دقيقة فقط في درجة حرارة الغرفة. بالمقارنة ، عند استخدام التحريض التقليدي باستخدام محرك مغناطيسي ، كان الوقت المطلوب للوصول إلى عائد 97٪ من ثاني أكسيد الليمونين 1.5 ساعة. كما تمت دراسة إيبوكسيد α بينين باستخدام كل من تقنيات التقليب. يتطلب إيبوكسيد α بينين إلى أكسيد α بينين تحت صوتنة 4 دقائق فقط مع عائد تم الحصول عليه بنسبة 100٪ ، بينما بالمقارنة مع الطريقة التقليدية كان وقت التفاعل 60 دقيقة. أما بالنسبة للتربينات الأخرى ، فقد تم تحويل β-pinene إلى أكسيد β-pinene في 4 دقائق فقط بينما أنتج farnesol 100٪ من ثلاثي أكسيد في 8 دقائق. تم تحويل Carveol ، وهو مشتق من الليمونين ، إلى ثاني أكسيد carveol بعائد 98٪. في تفاعل الإيبوكسدة للكارفون باستخدام ثنائي ميثيل ديوكسيران ، كان التحويل 100٪ في 5 دقائق لإنتاج أكسيد 7,8-carvone.
المزايا الرئيسية لإيبوكسدة التربين بالموجات فوق الصوتية هي الطبيعة الصديقة للبيئة للعامل المؤكسد (الكيمياء الخضراء) بالإضافة إلى وقت التفاعل المنخفض بشكل كبير في أداء هذه الأكسدة تحت التحريض بالموجات فوق الصوتية. سمحت طريقة الإيبوكسيد هذه بالوصول إلى تحويل 100٪ من الليمونين مع عائد 100٪ من ثاني أكسيد الليمونين في 4.5 دقيقة فقط مقارنة ب 90 دقيقة عند استخدام التحريض التقليدي. علاوة على ذلك ، لم يتم العثور على منتجات أكسدة الليمونين ، مثل كارفون ، كارفيول ، وكحول بيريليل ، في وسط التفاعل. يتطلب إيبوكسيد α بينين تحت الموجات فوق الصوتية 4 دقائق فقط ، مما ينتج عنه 100٪ من أكسيد α بينين دون أكسدة الحلقة. كما تم أكسدة التربينات الأخرى مثل β-pinene و farnesol و carveol ، مما أدى إلى غلة عالية جدا من الإيبوكسيد.

مفاعل مهتاج بالموجات فوق الصوتية مع الموجات فوق الصوتية UP200St لتكثيف التفاعلات التحفيزية العضوية.
تأثيرات سونوكيمياء
كبديل للطرق الكلاسيكية ، تم استخدام البروتوكولات القائمة على المواد الكيميائية لزيادة معدلات مجموعة واسعة من التفاعلات ، مما أدى إلى إنتاج المنتجات في ظل ظروف أكثر اعتدالا مع انخفاض كبير في أوقات التفاعل. وقد وصفت هذه الأساليب بأنها أكثر صداقة للبيئة واستدامة وترتبط بمزيد من الانتقائية وانخفاض استهلاك الطاقة للتحولات المطلوبة. تعتمد آلية هذه الطرق على ظاهرة التجويف الصوتي ، والتي تحفز ظروفا فريدة من الضغط ودرجة الحرارة من خلال تكوين ونمو وانهيار ثابت الحرارة للفقاعات في الوسط السائل. هذا التأثير يحسن نقل الكتلة ويزيد من التدفق المضطرب في السائل ، مما يسهل التحولات الكيميائية. في دراساتنا ، أدى استخدام الموجات فوق الصوتية إلى إنتاج المركبات في أوقات تفاعل منخفضة مع غلة عالية ونقاوة. وقد أدت هذه الخصائص إلى زيادة عدد المركبات التي تم تقييمها في النماذج الدوائية ، مما ساهم في تسريع عملية تحسين الضربة.
لا يمكن لهذه المدخلات عالية الطاقة أن تعزز التأثيرات الميكانيكية في العمليات غير المتجانسة فحسب ، بل من المعروف أيضا أنها تحفز تفاعلات جديدة تؤدي إلى تكوين أنواع كيميائية غير متوقعة. ما يجعل سونوكيمياء فريدة من نوعها هو ظاهرة التجويف الرائعة ، والتي تولد في مساحة محصورة محليا من بيئة الفقاعات الصغيرة تأثيرات غير عادية بسبب تناوب دورات الضغط العالي / الضغط المنخفض ، وفروق درجات الحرارة العالية جدا ، وقوى القص العالية ، وتدفق السائل.
- تفاعلات ديلز-ألدر غير المتماثلة
- تفاعلات مايكل غير المتماثلة
- تفاعلات مانيتش غير المتماثلة
- شي إيبوكسيد
- هدرجة النقل التحفيزي العضوي

نظام مضمن بالموجات فوق الصوتية مع UIP2000hdT (2000 واط، 20 كيلو هرتز) للتفاعلات الكيميائية الصوتية ، على سبيل المثال لتحسين التفاعلات التحفيزية العضوية
مزايا التفاعلات التحفيزية العضوية المعززة بالموجات فوق الصوتية
يستخدم Sonication بشكل متزايد في التخليق العضوي والتحفيز لأن التأثيرات الكيميائية تظهر تكثيفا كبيرا للتفاعلات الكيميائية. خاصة عند مقارنتها بالطرق التقليدية (مثل التسخين والتحريك) ، فإن سونوكيمياء أكثر كفاءة وملاءمة ويمكن التحكم فيها بدقة. يوفر Sonication و sonochemistry العديد من المزايا الرئيسية مثل الغلة العالية ، وزيادة نقاء المركبات والانتقائية ، وأوقات تفاعل أقصر ، وتكاليف أقل ، فضلا عن البساطة في التشغيل والتعامل مع الإجراء السونوكيميائي. هذه العوامل المفيدة تجعل التفاعلات الكيميائية بمساعدة الموجات فوق الصوتية ليس فقط أكثر فعالية وتوفيرا ، ولكن أيضا أكثر صداقة للبيئة.
وقد ثبت أن العديد من التفاعلات العضوية تعطي عوائد أعلى في وقت رد فعل أقصر و / أو في ظل ظروف أكثر اعتدالا عند إجراؤها باستخدام صوتنة.
الموجات فوق الصوتية يسمح لردود فعل وعاء واحد بسيطة
يسمح Sonication ببدء تفاعلات متعددة المكونات كتفاعلات وعاء واحد توفر تخليق مركبات متنوعة هيكليا. يتم تقييم تفاعلات الوعاء الواحد هذه من أجل كفاءة إجمالية عالية وبساطتها لأن عزل وتنقية المواد الوسيطة غير مطلوب.
تم تطبيق تأثيرات الموجات فوق الصوتية على تفاعلات التحفيز العضوي غير المتماثلة بنجاح في أنواع مختلفة من التفاعلات بما في ذلك محفزات نقل الطور ، تفاعلات هيك ، الهدرجة ، تفاعلات مانيتش ، تفاعلات باربييه وباربييه الشبيهة ، تفاعلات ديلز ألدر ، تفاعل اقتران سوزوكي ، وإضافة ميشيل.
العثور على الموجات فوق الصوتية المثالية لرد فعل التحفيز العضوي الخاص بك!
Hielscher الفوق صوتيات هو شريكك الموثوق به عندما يتعلق الأمر عالية الأداء، ومعدات الموجات فوق الصوتية عالية الجودة. Hielscher تصميم وتصنيع وتوزيع الدولة من بين الفن تحقيقات الموجات فوق الصوتية، والمفاعلات وأبواق الكأس للتطبيقات سونوكيميائية. يتم تصنيع جميع المعدات وفقا لإجراءات معتمدة من ISO وبدقة ألمانية للحصول على جودة عالية في مقرنا الرئيسي في Teltow (بالقرب من برلين) ، ألمانيا.
محفظة الموجات فوق الصوتية Hielscher يتراوح من الموجات فوق الصوتية مختبر المدمجة إلى مفاعلات الموجات فوق الصوتية الصناعية بالكامل لتصنيع المواد الكيميائية على نطاق واسع. المجسات (المعروفة أيضا باسم sonotrodes ، قرون أو نصائح بالموجات فوق الصوتية) ، قرون معززة ، ومفاعلات متاحة بسهولة في العديد من الأحجام والهندسة. يمكن تصنيع إصدارات مخصصة لمتطلباتك أيضا.
منذ Hielscher الفوق صوتيات’ تتوفر المعالجات بالموجات فوق الصوتية بأي حجم من أجهزة المختبرات الصغيرة إلى المعالجات الصناعية الكبيرة لتطبيقات كيمياء الدفعات والتدفق ، ويمكن تنفيذ صوتنة عالية الأداء بسهولة في أي إعداد تفاعل. تعديل دقيق للسعة بالموجات فوق الصوتية – المعلمة الأكثر أهمية لتطبيقات سونوكيميكاوية – يسمح لتشغيل الموجات فوق الصوتية Hielscher في السعات المنخفضة إلى العالية جدا وضبط السعة بالضبط لظروف عملية الموجات فوق الصوتية المطلوبة لنظام التفاعل الكيميائي المحدد.
يتميز مولد الموجات فوق الصوتية Hielscher ببرنامج ذكي مع بروتوكول تلقائي للبيانات. يتم تخزين جميع معلمات المعالجة المهمة مثل الطاقة فوق الصوتية ودرجة الحرارة والضغط والوقت تلقائيا على بطاقة SD مدمجة بمجرد تشغيل الجهاز.
تعد مراقبة العمليات وتسجيل البيانات مهمة لتوحيد العمليات المستمر وجودة المنتج. من خلال الوصول إلى بيانات العملية المسجلة تلقائيا ، يمكنك مراجعة عمليات تشغيل الصوتنة السابقة وتقييم النتيجة.
ميزة أخرى سهلة الاستخدام هي جهاز التحكم عن بعد في المتصفح لأنظمتنا الرقمية بالموجات فوق الصوتية. عبر التحكم في المتصفح عن بعد ، يمكنك بدء تشغيل المعالج بالموجات فوق الصوتية وإيقافه وضبطه ومراقبته عن بعد من أي مكان.
اتصل بنا الآن لمعرفة المزيد عن المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لدينا يمكن أن تحسن رد فعل التوليف oragnocatalytic الخاص بك!
- كفاءة عالية
- أحدث التقنيات
- موثوقيه & متانه
- الدفعه & مضمنه
- لأي وحدة تخزين
- برنامج ذكي
- الميزات الذكية (مثل بروتوكول البيانات)
- سهولة الاستخدام العالية والراحة
- التنظيف المكاني (التنظيف المكاني)
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
---|---|---|
1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
الأدب / المراجع
- Domini, Claudia; Alvarez, Mónica; Silbestri, Gustavo; Cravotto, Giancarlo; Cintas, Pedro (2017): Merging Metallic Catalysts and Sonication: A Periodic Table Overview. Catalysts 7, 2017.
- Rogozińska-Szymczak, Maria; Mlynarski, Jacek (2014): Asymmetric synthesis of warfarin and its analogues on water. Tetrahedron: Asymmetry, Volume 25, Issues 10–11, 2014. 813-820.
- Charbonneau, Luc; Foster, Xavier; Kaliaguine, Serge (2018): Ultrasonic and Catalyst-Free Epoxidation of Limonene and Other Terpenes Using Dimethyl Dioxirane in Semibatch Conditions. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 6, 2018.
- Zhao, H.; Shen, K. (2016): G-quadruplex DNA-based asymmetric catalysis of michael addition: Effects of sonication, ligands, and co-solvents. Biotechnology Progress 8;32(4), 2016. 891-898.
- Piotr Kwiatkowski, Krzysztof Dudziński, Dawid Łyżwa (2013): “Non-Classical” Activation of Organocatalytic Reaction. In: Peter I. Dalko (Ed.), Comprehensive Enantioselective Organocatalysis: Catalysts, Reactions, and Applications. John Wiley & Sons, 2013.
- Martín-Aranda, Rosa; Ortega-Cantero, E.; Rojas-Cervantes, M.; Vicente, Miguel Angel; Bañares-Muñoz, M.A. (2002): Sonocatalysis and Basic Clays. Michael Addition Between Imidazole and Ethyl Acrylate. Catalysis Letters. 84, 2002. 201-204.
- Ji-Tai Li; Hong-Guang Dai; Wen-Zhi Xu; Tong-Shuang Li (2006): Michael addition of indole to α,β-unsaturated ketones catalysed by silica sulfuric acid under ultrasonic irradiation. Journal of Chemical Research 2006. 41-42.
حقائق تستحق المعرفة
ما هو التحفيز العضوي؟
التحفيز العضوي هو نوع من الحفز يزداد فيه معدل التفاعل الكيميائي باستخدام محفز عضوي. يمكن أن يتكون هذا العامل الحفاز العضوي من الكربون والهيدروجين والكبريت والعناصر اللافلزية الأخرى الموجودة في المركبات العضوية. يوفر التحفيز العضوي العديد من المزايا. نظرا لأن التفاعلات التحفيزية العضوية لا تتطلب محفزات قائمة على المعادن ، فهي أكثر صداقة للبيئة وتساهم بالتالي في الكيمياء الخضراء. غالبا ما يمكن إنتاج المحفزات العضوية بثمن بخس وسهولة ، وتسمح بمسارات اصطناعية أكثر اخضرارا.
التحفيز العضوي غير المتماثل
التحفيز العضوي غير المتماثل هو التفاعل غير المتماثل أو الانتقائي التماثلي ، والذي ينتج فقط enantiomer من الجزيئات اليدوية. Enantiomers هي أزواج من الأيزومرات الفراغية التي هي chiral. الجزيء الشرياني غير قابل للتركيب على صورته المرآة ، بحيث تكون الصورة المرآة في الواقع جزيئا مختلفا. على سبيل المثال ، يعد إنتاج enantiomers محددة مهما بشكل خاص في إنتاج المستحضرات الصيدلانية ، حيث غالبا ما يقدم enantiomer واحد فقط من جزيء الدواء تأثيرا إيجابيا معينا ، في حين أن enantiomer الآخر لا يظهر أي تأثير أو حتى ضار.

Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.