Klik hemija – kako poboljšati klik reakcije ultrazvučnom obradom

Klik reakcije, poput reakcija cikloadicije azida i alkina katalizirane bakrom (CuAAC), mogu imati velike koristi od primjene snažnog ultrazvuka. Sonohemijski efekti povećavaju prinos i stepen konverzije. Osim toga, poboljšava se ukupna efikasnost klik reakcija. Kao tehnika zelene hemije, ultrazvučna obrada doprinosi efikasnijim i ekološki prihvatljivijim hemijskim reakcijama.

Ultrazvukom potpomognuta cikloadicija azida i alkina katalizirana bakrom

Cikloadicija azida i alkina katalizirana bakrom (CuAAC) poznata je kao najvažniji i najistaknutiji primjer klik reakcija. Cravotto i kolege sa Univerziteta u Torinu (Italija) razvili su protokol za ultrazvukom potpomognutu 1,3-dipolarnu cikloadiciju azida i alkina uz metalni bakar (Cu) kao katalizator. Azido grupa je spreman učesnik u ovoj vrsti organskih reakcija. Sposobnost spajanja azido grupe s alkinima znatno je poboljšana u prisustvu Cu(I), a ultrazvučna obrada (sonikacija) potpomaže klik reakciju.

Ultrazvučno miješani reaktor za sonohemijske primjene, uključujući klik reakcije.

Ultrazvučno miješani reaktor s ultrazvučnim uređajem UP200St za intenziviranje hemijskih reakcija u klik hemiji.

Prednosti sonohemijski poboljšane klik hemije

poboljšana sposobnost spajanja
veći prinosi
brža reakcija
poboljšana kinetika reakcije
zelena hemija
jednostavan i siguran rad

Klik reakcije imaju velike koristi od sonohemijske obrade. Ultrazvučna obrada povećava prinos cikloadicijskih reakcija i ubrzava brzinu reakcije.

Sonohemijski poboljšana klik hemija: cikloadicija s fenilacetilenom katalizirana bakrom poboljšana je ultrazvučnom obradom.
(Studija i grafika: © Cintas et al., 2010)

Prednosti sonohemijskih reakcija

Ultrazvučna sinteza (sonosinteza) postala je jedna od najcjenjenijih tehnika intenziviranja u hemiji zbog brojnih prednosti. Sonohemijski potpomognute reakcije nadmašuju konvencionalne metode s miješanjem ili termičke metode u pogledu brzine reakcije, prinosa, jednostavnosti rada, čistoće proizvoda, energetske efikasnosti itd. Naučno je dokazano da primjena snažnog ultrazvuka može potaknuti hemijske reakcije te smanjiti vrijeme reakcije kao i neželjene sporedne reakcije. Kao alternativni zeleni izvor energije, ultrazvučna obrada čini mnoge hemijske reakcije ekološki prihvatljivijima jer su potrebni manje reaktanata, blaži rastvarači i manje energije.

U ovom videu ultrazvučni homogenizator Hielscher UP200St snage 200 vati sa sonotrodom od 7mm montiran je na standardni stakleni priključak na dnu staklenog reaktora. Montaža može biti horizontalna, vertikalna ili u bilo kojem drugom smjeru. Na jednu reaktorsku posudu može se montirati više ultrazvučnih sondi – naprimjer, na različitim visinama. Često se prednost daje ugradnji sa strane ili odozdo jer bolje funkcionira pri promjenjivim nivoima tečnosti. Ultrazvučno miješanje možete kombinirati s konvencionalnim miješalicama s gornjim pogonom.

Sonohemijske organske reakcije katalizirane bakrom

Povoljni efekti ultrazvuka i sonohemije na reakcije u kojima učestvuju metali dobro su poznati. Ultrazvučna obrada potiče mehaničko uklanjanje pasivizirajućih slojeva te poboljšava i prijenos mase i prijenos elektrona s metala na organski akceptor.
Ultrazvukom potpomognuta klik sinteza primijenjena je za pripremu širokog spektra 1,4-disupstituiranih derivata 1,2,3-triazola, polazeći i od malih molekula i od oligomera poput ciklodekstrina (CD). Primjenom ovog efikasnog i zelenijeg protokola svi se adukti mogu sintetizirati za 2–4 h (uključujući obradu i isključujući karakterizaciju). Pokazalo se da klik hemija može direktno povezati hemiju s biologijom, čime postaje istinski interdisciplinarna reakcija izuzetno široke primjenjivosti.
(usp. Cintas et al., 2010)

Zatvoreni šaržni reaktor za Hielscher ultrazvučne uređaje: ovaj reaktor je idealan za sonohemijske reakcije, uključujući klik hemiju, cikloadiciju, organohemijske i druge vrste reakcija.

Zatvoreni ultrazvučni reaktor za sonohemijske reakcije, npr. u klik hemiji.

Klik hemija koja štedi vrijeme zahvaljujući ultrazvučno ubrzanoj kinetici reakcije

Primjena ultrazvuka može ubrzati spore hemijske reakcije koje u šaržnom načinu rada obično traju nekoliko sati. Zahvaljujući znatno poboljšanoj kinetici reakcije, vrijeme reakcije može se skratiti na nekoliko minuta. Upotreba ultrazvučnog protočnog reaktora može znatno poboljšati prinose, ostvariti uštedu vremena i tako postići veliku efikasnost konvencionalno sporih sinteza.

Visokoučinkoviti ultrazvučni uređaji za sonohemijski poboljšane klik reakcije

Hielscher Ultrasonics projektuje, proizvodi i distribuira visokoučinkovite ultrazvučne uređaje sa sondom, sonohemijske reaktore i pribor za zahtjevne sonohemijske procese. Uz ultrazvučne procesore snage od 50 vati do 16.000 vati po sondi (sonotroda / rog), Hielscher vam može ponuditi najprikladniju sonohemijsku postavku za vašu hemijsku reakciju.
Ultrazvučni uređaji kompanije Hielscher poznati su po kvaliteti, pouzdanosti i robusnosti. Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana kompanija i posebnu pažnju posvećuje visokoučinkovitim ultrazvučnim uređajima koji imaju najsavremeniju tehnologiju i jednostavnost korištenja. Naravno, ultrazvučni uređaji kompanije Hielscher usklađeni su s CE oznakom i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.

Tabela u nastavku daje vam orijentacijski prikaz približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Zapremina šarže	Protok	Preporučeni uređaji
1 do 500mL	10 do 200mL/min	UP100H
10 do 2000mL	20 do 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 do 20L	0,2 do 4L/min	UIP2000hdT
10 do 100L	2 do 10L/min	UIP4000hdT
15 do 150L	3 do 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 do 100L/min	UIP16000
n.a.	veći	klaster uređaja UIP16000

Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!

Ultrazvučni homogenizatori visokog smicanja koriste se u laboratorijskoj, stolnoj, pilot i industrijskoj obradi.

Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore za primjene miješanja, disperziju, emulgiranje i ekstrakciju u laboratorijskom, pilot i industrijskom mjerilu.

Povezane teme

Literatura / reference

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.

Zanimljivosti vrijedne znanja

Klik hemija nagrađena Nobelovom nagradom za hemiju 2022.

Klik hemija, termin koji su 2001. godine skovali Sharpless i saradnici, koncept je predložen za klasu gotovo savršenih reakcija koje su vrlo efikasne uz visoku atomsku ekonomičnost, širokog su opsega i stereospecifične su (ali ne nužno enantioselektivne), stvaraju samo bezopasne nusproizvode koji se mogu lako ukloniti te zahtijevaju samo jednostavne reakcijske uvjete, kao i lako dostupne reaktante i jednostavne postupke izolacije proizvoda.

Visokoučinkovita ultrazvučna tehnologija! Asortiman proizvoda kompanije Hielscher pokriva cijeli spektar, od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja preko stolnih jedinica do potpuno industrijskih ultrazvučnih sistema.

Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore od laboratorijskog do industrijskog formata.