Click chemie – jak zlepšit click reakce pomocí sonikace

Reakce click chemie, jako je mědí katalyzovaná azid-alkynová cykloadice (CuAAC), mohou výrazně těžit z použití výkonového ultrazvuku. Sonochemické účinky zvyšují výtěžek a míru konverze. Navíc se zlepšuje celková účinnost reakcí click chemie. Jako technika zelené chemie přispívá ultrazvuková sonikace k účinnějším a ekologičtějším chemickým reakcím.

Ultrazvukem podporovaná mědí katalyzovaná azid-alkynová cykloadice

Mědí katalyzovaná azid-alkynová cykloadice (CuAAC) je známa jako nejdůležitější a nejvýznamnější příklad reakcí click chemie. Cravotto a kolegové z Turínské univerzity (Itálie) vyvinuli protokol pro ultrazvukem asistovanou 1,3-dipolární cykloadiční reakci azidů a alkynů s použitím kovové mědi (Cu) jako katalyzátoru. Azidoskupina se ochotně účastní tohoto typu organické reakce. Schopnost kopulace azidoskupiny s alkyny se v přítomnosti Cu(I) podstatně zlepšuje a sonikace click reakci podporuje.

Ultrazvukem míchaný reaktor pro sonochemické aplikace včetně reakcí click chemie.

Ultrazvukem míchaný reaktor se sonikátorem UP200St pro intenzifikované chemické reakce v click chemii.

Výhody sonochemicky zesílené click chemie

zlepšená schopnost kopulace
vyšší výtěžky
rychlejší reakce
zlepšená reakční kinetika
zelená chemie
jednoduchý a bezpečný provoz

Reakce click chemie výrazně těží ze sonochemického zpracování. Sonikace zvyšuje výtěžek cykloadičních reakcí a zrychluje průběh reakce.

Sonochemicky zesílená click chemie: Mědí katalyzovaná cykloadice s fenylacetylenem je zlepšena ultrazvukovou sonikací.
(Studie a grafika: © Cintas et al., 2010)

Výhody sonochemických reakcí

Ultrazvuková syntéza (sono-syntéza) se díky mnoha výhodám stala jednou z nejoceňovanějších intenzifikačních technik v chemii. Sonochemicky podporované reakce předčí konvenční metody založené na míchání nebo na tepelném působení z hlediska reakční rychlosti, výtěžku, provozní jednoduchosti, čistoty produktů, energetické účinnosti atd. Je vědecky prokázáno, že použití výkonového ultrazvuku může podporovat chemické reakce a může zkrátit reakční dobu i omezit nežádoucí vedlejší reakce. Jako alternativní zelený zdroj energie činí sonikace mnoho chemických reakcí ekologičtějšími, protože je zapotřebí méně reaktantů, mírnějších rozpouštědel a méně energie.

V tomto videu je ultrazvukový homogenizátor Hielscher UP200St o výkonu 200 wattů se sonotrodou o průměru 7mm připevněn ke standardnímu skleněnému zábrusu ve spodní části skleněného reaktoru. Montáž může být vodorovná, svislá nebo v jakémkoli jiném směru. Do jedné reaktorové nádoby lze namontovat více ultrazvukových sond – například v různých výškách. Často se upřednostňuje instalace z boku nebo ze dna, protože lépe funguje při proměnlivé hladině kapaliny. Ultrazvukové míchání lze kombinovat s běžnými hřídelovými míchadly s horním pohonem.

Sonochemické organické reakce katalyzované mědí

Příznivé účinky ultrazvuku a sonochemie na reakce zahrnující kovy jsou dobře známy. Sonikace podporuje mechanické odstranění pasivačních vrstev a zlepšuje přenos hmoty i přenos elektronů z kovu na organický akceptor.
Ultrazvukem asistovaná click syntéza byla použita k přípravě široké škály derivátů 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole, a to jak z malých molekul, tak z oligomerů, jako jsou cyklodextriny (CDs). S použitím tohoto účinného a ekologičtějšího protokolu lze všechny adukty syntetizovat za 2–4 h (včetně zpracování a bez charakterizace). Bylo prokázáno, že click chemie dokáže přímo propojit chemii s biologií, čímž se stává skutečně interdisciplinární reakcí s mimořádně širokou použitelností.
(srov. Cintas et al., 2010)

Uzavřený dávkový reaktor pro sonikátory Hielscher: Tento reaktor je ideální pro sonochemické reakce, včetně click chemie, cykloadice, organochemických a dalších typů reakcí.

Uzavřený ultrazvukový reaktor pro sonochemické reakce, např. v click chemii.

Úspora času v click chemii díky ultrazvukem urychlené reakční kinetice

Použití ultrazvuku může urychlit pomalé chemické reakce, které v dávkovém režimu obvykle trvají několik hodin. Díky výrazně zlepšené reakční kinetice lze reakční dobu zkrátit na několik minut. Použití ultrazvukového průtokového reaktoru může značně zlepšit výtěžky, přinést úsporu času a tím vést k vysoké efektivitě konvenčně pomalých syntéz.

Vysoce výkonné sonikátory pro sonochemicky zesílené click reakce

Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrábí a distribuuje vysoce výkonné sonikátory sondového typu, sonochemické reaktory a příslušenství pro náročné sonochemické procesy. S ultrazvukovými procesory v rozsahu od 50 wattů do 16 000 wattů na sondu (sonotrodu) vám Hielscher dokáže nabídnout nejvhodnější sonochemické uspořádání pro vaši chemickou reakci.
Sonikátory Hielscher jsou uznávány pro svou kvalitu, spolehlivost a robustnost. Hielscher Ultrasonics je společnost s certifikací ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné sonikátory s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Sonikátory Hielscher samozřejmě splňují požadavky CE a vyhovují požadavkům UL, CSA a RoHs.

Níže uvedená tabulka vám poskytuje orientační přehled o přibližné zpracovatelské kapacitě našich sonikátorů:

Objem dávky	Průtok	Doporučená zařízení
1 až 500mL	10 až 200mL/min	UP100H
10 až 2000mL	20 až 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 až 20L	0,2 až 4L/min	UIP2000hdT
10 až 100L	2 až 10L/min	UIP4000hdT
15 až 150L	3 až 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 až 100L/min	UIP16000
n.a.	větší	klastr zařízení UIP16000

Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!

Ultrazvukové homogenizátory s vysokým smykem se používají v laboratorním, stolním, poloprovozním a průmyslovém zpracování.

Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro aplikace míchání, dispergaci, emulgaci a extrakci v laboratorním, poloprovozním a průmyslovém měřítku.

Související témata

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.

Fakta, která stojí za to vědět

Click chemie oceněna Nobelovou cenou za chemii 2022

Click chemie, pojem zavedený Sharplessem a spolupracovníky v roce 2001, je koncept navržený pro třídu téměř dokonalých reakcí, které jsou vysoce účinné s vysokou atomovou ekonomií, mají široký rozsah, jsou stereospecifické (ale nikoli nutně enantioselektivní), generují pouze neškodné vedlejší produkty, které lze snadno odstranit, a vyžadují pouze jednoduché reakční podmínky, snadno dostupné reaktanty a jednoduché postupy izolace produktu.

Vysoce výkonný ultrazvuk! Produktová řada Hielscher pokrývá celé spektrum od kompaktního laboratorního sonikátoru přes stolní jednotky až po plně průmyslové ultrazvukové systémy.

Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratorního po průmyslové měřítko.