Клик химия – как да подобрим клик реакциите чрез ултразвукова обработка

Реакциите в клик химията, като катализираното от мед азид-алкиново циклоприсъединяване (CuAAC), могат да се повлияят много благоприятно от прилагането на мощен ултразвук. Сонохимичните ефекти увеличават добива и степента на превръщане. Освен това се подобрява общата ефективност на реакциите в клик химията. Като техника на зелената химия, ултразвуковата обработка допринася за по-ефективни и по-екологични химични реакции.

Катализирано от мед азид-алкиново циклоприсъединяване, стимулирано чрез ултразвук

Катализираното от мед азид-алкиново циклоприсъединяване (CuAAC) е известно като най-важния и най-яркия пример за реакции в клик химията. Cravotto и негови колеги от Университета в Торино (Италия) са разработили протокол за подпомагана с ултразвук реакция на 1,3-диполярно циклоприсъединяване на азиди и алкини с използване на метална мед (Cu) като катализатор. Азидната група лесно участва в този вид органична реакция. Способността на азидната група да се свързва с алкини се подобрява значително в присъствието на Cu(I), а ултразвуковата обработка стимулира клик реакцията.

Реактор с ултразвуково разбъркване за сонохимични приложения, включително реакции в клик химията.

Реактор с ултразвуково разбъркване с ултразвуковия апарат UP200St за интензифицирани химични реакции в клик химията.

Предимства на сонохимично подобрената клик химия

подобрена способност за свързване
по-високи добиви
по-бърза реакция
подобрена кинетика на реакцията
зелена химия
лесна и безопасна работа

Реакциите в клик химията се повлияват много благоприятно от сонохимичната обработка. Ултразвуковата обработка увеличава добива при реакциите на циклоприсъединяване и повишава скоростта на реакцията.

Сонохимично подобрена клик химия: катализираното от мед циклоприсъединяване с фенилацетилен се подобрява чрез ултразвукова обработка.
(Изследване и графика: © Cintas et al., 2010)

Предимства на сонохимичните реакции

Ултразвуковият синтез (соносинтез) се утвърди като една от най-високо ценените техники за интензификация в химията поради многобройните си предимства. Сонохимично стимулираните реакции превъзхождат конвенционалните методи с разбъркване или нагряване по отношение на скоростта на реакцията, добива, простотата на работа, чистотата на продуктите, енергийната ефективност и др. Научно е доказано, че използването на мощен ултразвук може да стимулира химичните реакции и да намали както времето за реакция, така и нежеланите странични реакции. Като алтернативен зелен източник на енергия, ултразвуковата обработка прави много химични реакции по-екологични, тъй като са необходими по-малко реагенти, по-меки разтворители и по-малко енергия.

В това видео ултразвуков хомогенизатор Hielscher UP200St с мощност 200 вата и сонотрод 7mm е монтиран към стандартен стъклен щуцер на дъното на стъклен реактор. Монтажът може да бъде хоризонтален, вертикален или във всяка друга посока. Към един реакторен съд могат да се монтират няколко ултразвукови сонди – например на различни височини. Често се предпочита монтаж отстрани или отдолу, тъй като той е по-подходящ при променливи нива на течността. Ултразвуковото разбъркване може да се комбинира с конвенционални бъркалки с горно задвижване.

Сонохимични органични реакции, катализирани от мед

Благоприятните ефекти на ултразвука и сонохимията върху реакции с участието на метали са добре известни. Ултразвуковата обработка стимулира механичното отстраняване на пасивиращите слоеве и подобрява както масопреноса, така и преноса на електрони от метала към органичния акцептор.
Подпомаганият с ултразвук клик синтез е приложен за получаването на широк набор от производни на 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole, като се изхожда както от малки молекули, така и от олигомери, например циклодекстрини (CDs). С помощта на този ефективен и по-екологичен протокол всички адукти могат да бъдат синтезирани за 2–4 h (включително обработката на реакционната смес и без характеризирането). Доказано е, че клик химията може пряко да свърже химията с биологията, като по този начин се превръща в истинска интердисциплинарна реакция с изключително широка приложимост.
(вж. Cintas et al., 2010)

Затворен реактор с периодично действие за ултразвукови апарати на Hielscher: този реактор е идеален за сонохимични реакции, включително клик химия, циклоприсъединяване, органични и други видове реакции.

Затворен ултразвуков реактор за сонохимични реакции, например в клик химията.

Клик химия, която спестява време благодарение на ускорената чрез ултразвук кинетика на реакцията

Прилагането на ултразвук може да ускори бавни химични реакции, които обикновено отнемат няколко часа в периодичен режим. Благодарение на значително подобрената кинетика на реакцията времето за реакция може да бъде намалено до няколко минути. Използването на ултразвуков проточен реактор може значително да подобри добивите, да спести време и така да осигури висока ефективност на синтези, които обикновено протичат бавно.

Високопроизводителни ултразвукови апарати за сонохимично подобрени клик реакции

Hielscher Ultrasonics проектира, произвежда и разпространява високопроизводителни ултразвукови апарати със сонда, сонохимични реактори и принадлежности за сложни сонохимични процеси. С ултразвукови процесори с мощност от 50 вата до 16 000 вата на сонда (сонотрод / рог), Hielscher може да ви предложи най-подходящата сонохимична конфигурация за вашата химична реакция.
Ултразвуковите апарати на Hielscher са признати за своето качество, надеждност и здравина. Hielscher Ultrasonics е компания, сертифицирана по ISO, и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови апарати с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher съответстват на изискванията за CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати:

Обем на партидата	Дебит	Препоръчани устройства
1 до 500mL	10 до 200mL/min	UP100H
10 до 2000mL	20 до 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 до 20L	0,2 до 4L/min	UIP2000hdT
10 до 100L	2 до 10L/min	UIP4000hdT
15 до 150L	3 до 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 до 100L/min	UIP16000
n.a.	по-голям	група от UIP16000

Свържете се с нас! / Попитайте ни!

Ултразвуковите хомогенизатори с високо срязване се използват при лабораторна, настолна, пилотна и промишлена обработка.

Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори за приложения, свързани със смесване, диспергиране, емулгиране и екстракция в лабораторен, пилотен и промишлен мащаб.

Свързани теми

Литература / Източници

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.

Полезни факти

Клик химията е удостоена с Нобеловата награда за химия за 2022 г.

Клик химията, термин, въведен от Sharpless и неговите сътрудници през 2001 г., е концепция, предложена за клас почти съвършени реакции, които са високоефективни, с висока атомна икономичност, широк обхват и стереоспецифичност (но не непременно енантиоселективност), образуват само безвредни странични продукти, които могат лесно да бъдат отстранени, и изискват само прости реакционни условия, както и леснодостъпни реагенти и прости процедури за изолиране на продуктите.

Високопроизводителна ултразвукова техника! Продуктовата гама на Hielscher обхваща целия спектър от компактния лабораторен ултразвуков апарат през настолни устройства до изцяло промишлени ултразвукови системи.

Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори от лабораторни до промишлени размери.