Органокалитични реакции, насърчавани от ултразвук

В органичната химия органокатализата е форма на катализа, при която скоростта на химическа реакция се увеличава от органичен катализатор. Този “органокаталист” се състои от въглерод, водород, сяра и други неметални елементи, открити в органични съединения. Прилагането на ултразвук с висока мощност към химическите системи е известно като сонохимия и добре установена техника за увеличаване на добивите, подобряване на процентите на реакция и за ускоряване на скоростта на реакцията. Под ултразвук често става възможно да превключвате химически пътища, като избягвате нежеланите под-продукти. Сонохимията може да насърчи органокалитични реакции, които ги правят по-ефективни и екологични.

Асиметрична Органокатализа – Подобрено чрез ултразвук

Сонохимията, прилагането на ултразвук с висока производителност в химически системи, може да подобри органокалитичните реакции значително. Асиметричната органокатализа, комбинирана с ултразвукова обработка, често позволява да се трансформира органокатализата в екологичен по-щадящ околната среда маршрут, като по този начин попада под терминологията на зелената химия. Ултразвукът ускорява (асиметричната) органокатлитична реакция и води до по-високи добиви, по-бързи скорости на реализация, по-лесна изолация/пречистване на продукта и подобрена селективност и реактивност. Освен че допринася за подобряването на реакционната кинетика и добив, ултразвуковата обработка често може да се комбинира с устойчиви реакционни разтворители, като йонни течности, дълбоки евтектични разтворители, леки, нетоксични разтворители, и вода. По този начин сонохимията не само подобрява (асиметричната) самата органокалитична реакция, но и подпомага устойчивостта на органокалитичните реакции.

Изследванията показват колекторни примери за сонохимично засилени орагнокаталитични реакции. Например се използват двойни блокирани ДНК молекули като хирално скело, за да се сглобят метало-биомакромолекулни хибридни катализатори за асиметрични синтезни реакции. G-четворенлекс ДНК базирани катализатори са били приложени в асиметрични Майкъл допълнение, Diels-Alder и Friedel-Crafts реакции. (срв. Жао и Шен, 2018 г.)
За реакция, насърчавана от инидиум, ултразвукът показва полезни ефекти, тъй като сонохимично задвижваната реакция протича при по-меки условия, като по този начин се запазват високи нива на диастероселекция. Използвайки сонохимичния маршрут, добри резултати по органокаталитичния синтез на β-лактамни въглехидрати, β-аминокиселина и спиродикетопиперазини от захарни лактони, както и алилация и Реакции на Реформацки върху оксимовите етери са постигнати.

Ултразвуково популяризиран органокаталитичен лекарствен синтез

Rogozińska-Szymczak и Mlynarski (2014) докладват асиметричния Михаил добавяне на 4-хидроксикумарин към α,β-ненаситени кетони на вода без органични съ-разтворители – катализирани от органични първични амини и ултразвук. Прилагането на енантиомерно чисти (S,S)-дифенилетилендиамин позволява серия от важни фармацевтично активни съединения в добро до отлични добиви (73–98%) и с добри енантиоселективности (до 76% ее) чрез реакции, ускорени от ултразвук. Изследователите представят ефикасен сонохимичен протокол за образуването на "твърди вещества върху вода" на антикоагулантния варфарин и в двете енантиометрични форми. Тази екологична органокаталитична реакция е не само мащабируема, но и дава целевата лекарствена молекула в енантиомерно чиста форма.

Сонохимична епоксидиране на терпените

Charbonneau et al. (2018) демострира успешното епоксидиране на терпените под ултразвук. Конвенционалното епоксидиране изисква използването на катализатор, но с ултразвук епоксидацията работи като реакция без катализатор.
Лимоненовият диоксид е ключова междинна молекула за развитие на биобазидни поликарбонати или нонизоцианат полиуретани. Ултразвукът позволява на катализатора свободно епоксидиране на терпените в рамките на много кратко време за реакция – същевременно дава много добри добиви. За да се демонстрират ефективните средства на ултразвуковата епоксидация, изследователският екип сравни епоксидацията на лимонена с лимонен диоксид, като използва генерирания от in-situ диметил диоксиране като окислително средство както при конвенционално възбуда, така и при ултразвук. За всички опити за ултразвук Hielscher UP50H (50W, 30kHz) лаборатория ultrasonicator беше използван.

Времето, необходимо за пълно превръщане на лимонен в лимонен диоксид със 100% добив под ултразвук, е само 4,5 мин при стайна температура. В сравнение с това, когато се използва конвенционално възбуда с помощта на магнитна бъркалка, необходимото време за достигане на 97% добив на лимонен диоксид е 1,5 ч. Епоксидацията на α-пинен също е проучена, като се използват и двете техники на възбуда. Епоксидиране на α-пинен до α-боров оксид при ултразвук изисква само 4 мин с получен добив от 100%, докато в сравнение с конвенционалния метод времето за реакция е 60 мин. Що се отнася до други терпени, β-пинен е преобразуван в β-боров оксид само за 4 мин като има предвид, че фарнезолът е дал 100% от триепоксида за 8 мин. Карвеол, производно на лимонен, е преобразуван в карвеол диоксид с добив 98%. В реакцията на епоксидация на карвона с помощта на диметил диоксиране преобразуването е 100% в 5 мин производство на 7,8-карвон оксид.
Основните предимства на сонохимичната терпенова епоксидация са екологичният характер на окисляващия агент (зелена химия), както и значително намаленото време за реакция, извършващо това окисляване под ултразвукова възбуда. Този метод на епоксидация позволи достигането на 100% преобразуване на лимонена със 100% добив на лимонен диоксид само за 4,5 мин в сравнение с 90 мин, когато се използва традиционна възбуда. Освен това в средата на реакцията не са открити продукти за окисляване на лимонен, като карвон, карвеол, и перилилов алкохол. Епоксидацията на α-борен под ултразвук изискваше само 4 мин, добивайки 100% от α-пиненов оксид без окисляване на пръстена. Други терпени като β-борн, фарнезол, и карвеол също са били окислени, което води до много високи добиви на епоксид.

sonochemical ефекти

Като алтернатива на класическите методи са използвани протоколи на сонохимична основа за увеличаване на процентите на голямо разнообразие от реакции, което води до продукти, генерирани при по-меки условия със значително намаляване на времето за реакция. Тези методи са описани като по-екологични и устойчиви и са свързани с по-голяма селективност и по-ниско потребление на енергия за желаните трансформации. Механизмът на такива методи се основава на явлението акустична кавитация, което предизвиква уникални условия на налягане и температура чрез образуването, растежа, и адиабатичен колапс на мехурчета в течната среда. Този ефект подобрява масовия трансфер и увеличава бурния поток в течността, улеснявайки химичните трансформации. В нашите проучвания използването на ултразвук е довело до производството на съединения в намалени времена на реакция с високи добиви и чистота. Такива характеристики са увеличили броя на съединенията, оценени във фармакологичните модели, допринасяйки за ускоряване на попадението до процеса на оптимизация на олово.
Не само, че този високоенергиен вход може да засили механичните ефекти в разнородните процеси, но също така е известно, че предизвиква нови реактивности, водещи до образуването на неочаквани химически видове. Това, което прави сонохимията уникална, е забележителното явление на кавитация, което генерира в локално ограничено пространство на микро-балон среда извънредни ефекти поради редуващи се цикли на високо налягане / ниско налягане, много високи температурни диференциали, сили с високо срязване, и течно стрийминг.

Предимствата на Сонохимично насърчаваните органокаталитични реакции

Sonication се използва все повече в органичния синтез и катализа, тъй като сонохимичните ефекти показват съществено усилване на химичните реакции. Особено когато се сравнява с традиционните методи (например, отопление, разбъркване), сонохимията е по-ефективна, удобна и прецизно контролируема. Ултразвуковата обработка и сонохимията предлагат няколко основни предимства като по-високи добиви, повишена чистота на съединенията и селективност, по-кратки времена на реакция, по-ниски разходи, както и простотата в експлоатацията и боравенето със сонохимичната процедура. Тези полезни фактори правят ултразвуково подпомогнатите химични реакции не само по-ефективни и спестяващи, но и по-благоприятни за околната среда.
Многобройни органични реакции са доказали, че дават по-високи добиви в по-кратко време за реакция и / или при по-меки условия, когато се извършват с помощта на ултразвук.

Ultrasonication Позволява за прости едногърне реакции

Sonication позволява да се инициират многокомпонентно реакции като еднопот реакции, които осигуряват синтеза на структурно разнообразни съединения. Такива еднопотни реакции се оценяват за висока обща ефективност и тяхната простота, тъй като не се изисква изолиране и пречистване на междинните средства.

Ефектите на ултразвукови вълни върху асиметрични органокаталитични реакции са били успешно приложени в различни видове реакция, включително фаза трансфер катализатори, Хек реакции, хидрогенация, Манич реакции, Barbier и Barbier подобни реакции, Diels-Alder реакции, Suzuki съединителна реакция, и Micheal допълнение.

Намерете идеалния ultrasonicator за вашата органокаталитична реакция!

Hielscher Ultrasonics е вашият доверен партньор, когато става въпрос за високопроизводително, висококачествено ултразвуково оборудване. Hielscher проектира, произвежда и разпространява най-съвременни ултразвукови сонди, реактори и чаша-рога за сонохимични приложения. Цялото оборудване е произведено по ISO сертифицирани процедури и с немска прецизност за превъзходно качество в централата ни в Телтов (близо до Берлин), Германия.
Портфолиото на Hielscher ultrasonicators варира от компактни лабораторни ultrasonicators до напълно промишлени ултразвукови реактори за голям мащаб производство на химикали. Сонди (известни също като сонотроди, ултразвукови рога или върхове), бустер рога, и реактори са лесно достъпни в множество размери и геометрии. Персонализираните версии могат да бъдат произведени и за вашите изисквания.
Тъй hielscher ултразвук’ ултразвукови процесори са на разположение във всеки размер от малки лабораторни устройства до големи промишлени процесори за партида и поток химия приложения, високопроизводителни ултразвук може лесно да се реализира във всяка настройка реакция. Прецизна настройка на ултразвуковата амплитуда – най-важният параметър за сонохимични приложения – позволява да се работи Hielscher ултразвукови уреди при ниски до много високи амплитуди и да фина настройка на амплитудата точно на необходимите ултразвукови условия на процеса на специфичната система за химическа реакция.
Ултразвуковият генератор на Hielscher разполага с интелигентен софтуер с автоматично протоколиране на данни. Всички важни параметри на обработката като ултразвукова енергия, температура, налягане и време се съхраняват автоматично на вградена SD-карта веднага след като устройството е включено.
Мониторингът на процесите и записването на данни са важни за непрекъснатото стандартизиране на процеса и качеството на продуктите. Чрез достъп до автоматично записаните данни за процеса, можете да ревизирате предишни звукови работи и да оцените резултата.
Друга лесна за употреба функция е дистанционното управление на браузъра на нашите цифрови ултразвукови системи. Чрез дистанционно управление на браузъра можете да започнете, спрете, регулирайте и наблюдавайте вашия ултразвуков процесор дистанционно от всяко място.
Свържете се с нас сега, за да научите повече за нашите високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори могат да подобрят вашата oragnocatalytic синтез реакция!

Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators: