Ultrasəs emalı ilə sürətləndirilən orqanokatalitik reaksiyalar

Üzvi kimyada orqanokataliz kimyəvi reaksiyanın sürətinin üzvi katalizator vasitəsilə artırıldığı kataliz formasıdır. Bu “orqanokatalizator” üzvi birləşmələrdə rast gəlinən karbon, hidrogen, kükürd və digər qeyri-metal elementlərdən ibarətdir. Yüksək güclü ultrasəsin kimyəvi sistemlərə tətbiqi sonokimya kimi tanınır və məhsul çıxımını artırmaq, reaksiya sürətlərini yaxşılaşdırmaq və reaksiyanın gedişini sürətləndirmək üçün geniş qəbul edilmiş üsuldur. Ultrasəs emalı zamanı çox vaxt arzuolunmaz yan məhsulların yaranmasının qarşısını alaraq kimyəvi reaksiyaların gediş yollarını dəyişmək mümkün olur. Sonokimya orqanokatalitik reaksiyaları sürətləndirərək onları daha səmərəli və ətraf mühit üçün daha əlverişli edə bilər.

Asimmetrik orqanokataliz – ultrasəs emalı ilə təkmilləşdirilir

Sonokimya, yəni yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəsin kimyəvi sistemlərə tətbiqi, orqanokatalitik reaksiyaları əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər. Asimmetrik orqanokatalizin ultrasəs emalı ilə birləşdirilməsi çox vaxt orqanokatalizi ətraf mühit üçün daha əlverişli üsula çevirməyə imkan verir və beləliklə, onu yaşıl kimya anlayışına daxil edir. Ultrasəs emalı (asimmetrik) orqanokatalitik reaksiyanı sürətləndirir və daha yüksək məhsul çıxımına, daha sürətli çevrilməyə, məhsulun daha asan ayrılmasına/təmizlənməsinə, eləcə də seçiciliyin və reaktivliyin yaxşılaşmasına gətirib çıxarır. Reaksiya kinetikasının və məhsul çıxımının yaxşılaşmasına töhfə verməklə yanaşı, ultrasəs emalı çox vaxt ion mayeləri, dərin evtektik həlledicilər, yumşaq təsirli, toksik olmayan həlledicilər və su kimi ekoloji baxımdan dayanıqlı reaksiya həllediciləri ilə birləşdirilə bilər. Beləliklə, sonokimya yalnız (asimmetrik) orqanokatalitik reaksiyanın özünü yaxşılaşdırmır, həm də orqanokatalitik reaksiyaların ekoloji dayanıqlılığına kömək edir.

Tədqiqatlar sonokimyəvi yolla intensivləşdirilmiş orqanokatalitik reaksiyaların çoxsaylı nümunələrini göstərmişdir. Məsələn, ikizəncirli DNT molekulları asimmetrik sintez reaksiyaları üçün metal–biomakromolekul hibrid katalizatorlarını qurmaq məqsədilə xiral karkas kimi istifadə olunur. G-kvadrupleks DNT əsaslı katalizatorlar asimmetrik Michael birləşməsi, Diels-Alder və Friedel-Crafts reaksiyalarında tətbiq edilmişdir. (bax: Zhao və Shen, 2018)
inidium ilə sürətləndirilən reaksiyada ultrasəs emalı faydalı təsirlər göstərir, çünki sonokimyəvi yolla aparılan reaksiya daha yumşaq şəraitdə gedir və bununla da yüksək diastereoseçicilik səviyyəsini qoruyur. Sonokimyəvi üsuldan istifadə etməklə şəkər laktonlarından β-laktam karbohidratların, β-amin turşusunun və spirodiketopiperazinlərin orqanokatalitik sintezində, həmçinin oksim efirlərinin allilləşmə və Reformatsky reaksiyalarında yaxşı nəticələr əldə edilmişdir.

Ultrasəslə sürətləndirilən orqanokatalitik dərman sintezi

Rogozińska-Szymczak və Mlynarski (2014) üzvi köməkçi həlledicilər olmadan su üzərində 4-hidroksikumarinin α,β-doymamış ketonlara asimmetrik Michael birləşməsi barədə məlumat verirlər – bu reaksiya üzvi birincili aminlər və ultrasəs emalı ilə kataliz olunur. Enantiomer baxımından saf (S,S)-difeniletilendiaminin tətbiqi ultrasəslə sürətləndirilən reaksiyalar vasitəsilə bir sıra mühüm farmakoloji fəal birləşmələri yaxşıdan əla səviyyəyədək məhsul çıxımı (73–98%) və yaxşı enantioseçicilik (76% ee-yə qədər) ilə əldə etməyə imkan verir. Tədqiqatçılar antikoaqulyant varfarinin hər iki enantiomer formasının ‘su üzərində bərk maddələr’ şəraitində alınması üçün səmərəli sonokimyəvi protokol təqdim edirlər. Ətraf mühit üçün əlverişli olan bu orqanokatalitik reaksiya yalnız miqyasının böyüdülməsinə imkan vermir, həm də hədəf dərman molekulunu enantiomer baxımından saf formada verir.

Terpenlərin sonokimyəvi epoksidləşməsi

Charbonneau və b. (2018) ultrasəs emalı şəraitində terpenlərin uğurlu epoksidləşməsini nümayiş etdirmişlər. Ənənəvi epoksidləşmə katalizatorun istifadəsini tələb edir, lakin ultrasəs emalı ilə epoksidləşmə katalizatorsuz reaksiya kimi gedir.
Limonen dioksid bioəsaslı polikarbonatların və ya izosianatsız poliuretanların hazırlanması üçün əsas aralıq molekuldur. Ultrasəs emalı terpenlərin çox qısa reaksiya müddətində katalizatorsuz epoksidləşməsinə imkan verir – eyni zamanda çox yaxşı məhsul çıxımı təmin edir. Ultrasəslə epoksidləşmənin səmərəliliyini nümayiş etdirmək üçün tədqiqat qrupu oksidləşdirici kimi yerində əmələ gətirilən dimetil dioksirandan istifadə edərək limonenin limonen dioksidə epoksidləşməsini həm ənənəvi qarışdırma, həm də ultrasəs emalı şəraitində müqayisə etmişdir. Bütün ultrasəs emalı sınaqlarında Hielscher UP50H (50W, 30kHz) laboratoriya ultrasəs cihazından istifadə edilmişdir.

Ultrasəs emalı şəraitində limonenin 100% məhsul çıxımı ilə tamamilə limonen dioksidə çevrilməsi üçün otaq temperaturunda cəmi 4,5 min tələb olunmuşdur. Müqayisə üçün, maqnit qarışdırıcı ilə ənənəvi qarışdırma tətbiq edildikdə limonen dioksidin 97% məhsul çıxımına çatmaq üçün tələb olunan müddət 1,5 h olmuşdur. α-pinenin epoksidləşməsi də hər iki qarışdırma üsulundan istifadə edilməklə öyrənilmişdir. Ultrasəs emalı şəraitində α-pinenin α-pinen oksidə epoksidləşməsi cəmi 4 min tələb etmiş və 100% məhsul çıxımı əldə olunmuşdur, halbuki ənənəvi üsulla müqayisədə reaksiya müddəti 60 min olmuşdur. Digər terpenlərə gəldikdə, β-pinen cəmi 4 min ərzində β-pinen oksidə çevrilmiş, farnezol isə 8 min ərzində 100% triepoksid çıxımı vermişdir. Limonen törəməsi olan karveol 98% məhsul çıxımı ilə karveol dioksidə çevrilmişdir. Dimetil dioksirandan istifadə edilən karvonun epoksidləşmə reaksiyasında 5 min ərzində çevrilmə 100% olmuş və 7,8-karvon oksid əmələ gəlmişdir.
Terpenlərin sonokimyəvi epoksidləşməsinin əsas üstünlükləri oksidləşdiricinin ətraf mühit üçün əlverişli olması (yaşıl kimya), həmçinin bu oksidləşməni ultrasəslə qarışdırma şəraitində apardıqda reaksiya müddətinin əhəmiyyətli dərəcədə azalmasıdır. Bu epoksidləşmə üsulu ənənəvi qarışdırma zamanı tələb olunan 90 min ilə müqayisədə cəmi 4,5 min ərzində limonenin 100% çevrilməsinə və limonen dioksidin 100% məhsul çıxımına nail olmağa imkan vermişdir. Bundan əlavə, reaksiya mühitində karvon, karveol və perrilyl spirti kimi limonenin oksidləşmə məhsulları aşkar edilməmişdir. α-pinenin ultrasəs şəraitində epoksidləşməsi cəmi 4 min tələb etmiş və halqanın oksidləşməsi olmadan 100% α-pinen oksid çıxımı vermişdir. β-pinen, farnezol və karveol kimi digər terpenlər də oksidləşdirilmiş və çox yüksək epoksid çıxımları əldə olunmuşdur.

Sonokimyəvi təsirlər

Klassik üsullara alternativ olaraq, müxtəlif reaksiyaların sürətini artırmaq üçün sonokimyaya əsaslanan protokollardan istifadə edilmişdir; nəticədə reaksiya müddətləri əhəmiyyətli dərəcədə azalmaqla məhsullar daha yumşaq şəraitdə alınmışdır. Bu üsullar ətraf mühit üçün daha əlverişli və ekoloji baxımdan daha dayanıqlı kimi təsvir edilmişdir və istənilən çevrilmələr üçün daha yüksək seçicilik və daha az enerji sərfi ilə əlaqələndirilir. Belə üsulların mexanizmi maye mühitdə qabarcıqların əmələ gəlməsi, böyüməsi və adiabatik çökməsi vasitəsilə unikal təzyiq və temperatur şəraiti yaradan akustik kavitasiya hadisəsinə əsaslanır. Bu təsir kütlə ötürülməsini yaxşılaşdırır və mayedə turbulent axını artıraraq kimyəvi çevrilmələri asanlaşdırır. Tədqiqatlarımızda ultrasəsin istifadəsi daha qısa reaksiya müddətlərində yüksək çıxım və saflıqla birləşmələrin alınmasına gətirib çıxarmışdır. Bu xüsusiyyətlər farmakoloji modellərdə qiymətləndirilən birləşmələrin sayını artırmış, ilkin fəal birləşmələrin aparıcı namizəd birləşmələrə çevrilməsi üçün optimallaşdırma prosesinin sürətləndirilməsinə töhfə vermişdir.
Bu yüksək enerji daxil edilməsi heterogen proseslərdə mexaniki təsirləri gücləndirməklə yanaşı, gözlənilməz kimyəvi növlərin əmələ gəlməsinə gətirib çıxaran yeni reaktivliklər yaratması ilə də tanınır. Sonokimyanı unikal edən diqqətəlayiq kavitasiya hadisəsidir; bu hadisə növbələşən yüksək təzyiq / aşağı təzyiq dövrləri, çox böyük temperatur fərqləri, yüksək kəsilmə qüvvələri və maye axını səbəbindən mikroqabarcıq mühitinin lokal məhdudlaşmış sahəsində qeyri-adi təsirlər yaradır.

Sonokimyəvi yolla sürətləndirilən orqanokatalitik reaksiyaların üstünlükləri

Sonokimyəvi təsirlər kimyəvi reaksiyaları əhəmiyyətli dərəcədə intensivləşdirdiyindən ultrasəs emalı üzvi sintezdə və katalizdə getdikcə daha çox istifadə olunur. Xüsusilə ənənəvi üsullarla (məsələn, qızdırma, qarışdırma) müqayisədə sonokimya daha səmərəli, rahat və dəqiq idarəolunandır. Ultrasəs emalı və sonokimya daha yüksək məhsul çıxımı, birləşmələrin saflığının və seçiciliyin artması, daha qısa reaksiya müddətləri, daha aşağı xərclər, eləcə də sonokimyəvi prosedurun aparılmasının və idarə edilməsinin sadəliyi kimi bir sıra əsas üstünlüklər təklif edir. Bu faydalı amillər ultrasəsin köməyi ilə aparılan kimyəvi reaksiyaları yalnız daha effektiv və təhlükəsiz deyil, həm də ətraf mühit üçün daha əlverişli edir.
Çoxsaylı üzvi reaksiyaların ultrasəs emalı ilə aparıldıqda daha qısa reaksiya müddətində və / və ya daha yumşaq şəraitdə daha yüksək məhsul çıxımı verdiyi sübut edilmişdir.

Ultrasəs emalı sadə bir qabda aparılan reaksiyalara imkan verir

Ultrasəs emalı struktur baxımından müxtəlif birləşmələrin sintezini təmin edən çoxkomponentli reaksiyaları bir qabda aparılan reaksiyalar kimi başlatmağa imkan verir. Belə reaksiyalar yüksək ümumi səmərəliliyinə və sadəliyinə görə qiymətləndirilir, çünki aralıq məhsulların ayrılması və təmizlənməsi tələb olunmur.

Ultrasəs dalğalarının asimmetrik orqanokatalitik reaksiyalara təsiri fazalararası ötürmə katalizi, Heck reaksiyaları, hidrogenləşdirmə, Mannich reaksiyaları, Barbier və Barbier tipli reaksiyalar, Diels-Alder reaksiyaları, Suzuki birləşmə reaksiyası və Michael birləşməsi daxil olmaqla müxtəlif reaksiya növlərində uğurla tətbiq edilmişdir.

Orqanokatalitik reaksiyanız üçün ideal ultrasəs cihazını tapın!

Yüksək məhsuldarlıqlı, yüksək keyfiyyətli ultrasəs avadanlığına gəldikdə Hielscher Ultrasonics sizin etibarlı tərəfdaşınızdır. Hielscher sonokimyəvi tətbiqlər üçün ən müasir ultrasəs zondlarını, reaktorları və kasa tipli ultrasəs buynuzlarını layihələndirir, istehsal edir və satışını həyata keçirir. Bütün avadanlıqlar yüksək keyfiyyət təmin etmək üçün ISO sertifikatlı prosedurlara uyğun və Almaniya dəqiqliyi ilə Almaniyanın Teltow şəhərindəki (Berlin yaxınlığında) baş qərargahımızda istehsal olunur.
Hielscher ultrasəs cihazlarının çeşidi kompakt laboratoriya ultrasəs cihazlarından iri miqyaslı kimyəvi istehsal üçün tam sənaye ultrasəs reaktorlarına qədər uzanır. Zondlar (həmçinin sonotrodlar, ultrasəs buynuzları və ya ucluqları kimi tanınır), gücləndirici buynuzlar və reaktorlar çoxsaylı ölçü və həndəsi formalarda hazır şəkildə mövcuddur. Tələblərinizə uyğun xüsusi variantlar da istehsal edilə bilər.
Hielscher Ultrasonics ultrasəs prosessorları partiyalı və axın kimyası tətbiqləri üçün kiçik laboratoriya cihazlarından iri sənaye prosessorlarınadək istənilən ölçüdə mövcud olduğundan yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs emalı istənilən reaksiya qurğusuna asanlıqla tətbiq edilə bilər. Ultrasəs amplitudasının – sonokimyəvi tətbiqlər üçün ən mühüm parametrin – dəqiq tənzimlənməsi Hielscher ultrasəs cihazlarını aşağıdan çox yüksək amplitudalara qədər işlətməyə və amplitudanı konkret kimyəvi reaksiya sisteminin tələb etdiyi ultrasəs prosesi şəraitinə tam uyğun şəkildə incə tənzimləməyə imkan verir.
Hielscher ultrasəs generatorunda məlumatların avtomatik qeydə alınmasını təmin edən ağıllı proqram təminatı mövcuddur. Ultrasəs enerjisi, temperatur, təzyiq və vaxt kimi bütün mühüm emal parametrləri cihaz işə salınan kimi daxili SD karta avtomatik olaraq yazılır.
Prosesin monitorinqi və məlumatların qeydə alınması prosesin davamlı standartlaşdırılması və məhsul keyfiyyəti üçün vacibdir. Avtomatik qeydə alınmış proses məlumatlarına daxil olaraq əvvəlki ultrasəs emalı seanslarını nəzərdən keçirə və nəticəni qiymətləndirə bilərsiniz.
Digər istifadəsi rahat funksiya rəqəmsal ultrasəs sistemlərimizin brauzer vasitəsilə uzaqdan idarə olunmasıdır. Brauzer vasitəsilə uzaqdan idarəetmə ilə ultrasəs prosessorunuzu istənilən yerdən məsafədən işə sala, dayandıra, tənzimləyə və izləyə bilərsiniz.
Yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorlarımızın orqanokatalitik sintez reaksiyanızı necə yaxşılaşdıra biləcəyi barədə ətraflı məlumat almaq üçün indi bizimlə əlaqə saxlayın!

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə təsəvvür verir: