Klik på Kemi – Sådan forbedres klikreaktioner med sonikering
Klikkemireaktioner såsom kobberkatalyserede azid-alkyncykloadditionsreaktioner (CuAAC) kan have stor gavn af anvendelsen af ultralyd. Sonokemiske effekter øger udbyttet og konverteringshastigheden. Derudover forbedres den samlede effektivitet af klikkemireaktioner. Som en teknik til grøn kemi bidrager ultralydbehandling til mere effektive og miljøvenlige kemiske reaktioner.
Ultralydsfremmet kobberkatalyseret azid-alkyn-cykloaddition
Den kobberkatalyserede azid-alkyn-cykloaddition (CuAAC) er kendt som det vigtigste og mest fremtrædende eksempel på klikkemiske reaktioner. Cravotto og kolleger fra universitetet i Torino (Italien) har udviklet en protokol for en ultralydsassisteret 1,3-dipolær cykloadditionsreaktion af azider og alkyner ved hjælp af metallisk kobber (Cu) som katalysator. Azido-gruppen er en villig deltager i denne form for organisk reaktion. Azidogruppens koblingsevne med alkyner forbedres væsentligt ved tilstedeværelse af Cu(I) og Sonikering fremmer klikreaktionen.
Ultralyd omrørt reaktor med ultralydsapparatet UP200St til intensiverede kemiske reaktioner i klikkemi.
- forbedret koblingskapacitet
- Højere udbytter
- hurtigere reaktion
- forbedret reaktionskinetik
- Grøn Kemi
- simpel & Sikker drift
Sonokemisk forbedret klikkemi: Den kobberkatalyserede cycloaddition med phenylacetylen forbedres ved ultralydbehandling.
(Undersøgelse og grafik: © Cintas et al., 2010)
Fordele ved sonokemiske reaktioner
Ultralydsyntese (sono-syntese) er dukket op som en af de mest værdsatte intensiveringsteknikker i kemi på grund af flere fordele. Sonokemisk fremmede reaktioner udmærker sig ved konventionelle omrørte eller termiske metoder med hensyn til reaktionshastighed, udbytte, operationel enkelhed, produkternes renhed, energieffektivitet osv. Det er videnskabeligt bevist, at brugen af ultralyd kan fremme kemiske reaktioner og kan reducere reaktionstiden såvel som uønskede bivirkninger. Som en alternativ grøn energikilde gør sonikering mange kemiske reaktioner miljøvenligere, da der kræves færre reaktanter, mildere opløsningsmidler og mindre energi.
Sonokemiske kobberkatalyserede organiske reaktioner
De gavnlige virkninger af ultralyd og sonokemi på reaktioner, der involverer metaller, er velkendte. Sonikering fremmer mekanisk fjernelse af passiverende lag og forbedrer både masseoverførsel og elektronoverførsel fra metallet til den organiske acceptor.
Den ultralydsassisterede kliksyntese er blevet anvendt til fremstilling af en bred vifte af 1,4-disubstituerede 1,2,3-triazolderivater, startende både fra små molekyler og oligomerer såsom cyclodextriner (CD'er). Ved hjælp af denne effektive og grønnere protokol kan alle addukterne syntetiseres på 2-4 timer (inklusive oparbejdning og ekskl. karakterisering). Klikkemi har vist sig at være i stand til direkte at forbinde kemi med biologi og dermed blive en ægte tværfaglig reaktion med ekstremt bred anvendelighed.
(jf. Cintas et al., 2010)
En lukket ultralydsreaktor til sonokemiske reaktioner, f.eks. i klikkemi.
Tidsbesparende klikkemi på grund af ultralydaccelereret reaktionskinetik
Implementeringen af ultralyd kan fremskynde langsomme kemiske reaktioner, som normalt tager flere timer i batch-tilstand. På grund af betydeligt forbedret reaktionskinetik kan reaktionstiden reduceres til flere minutter. Brug af en ultralydsflowreaktor kan forbedre udbyttet betydeligt, opnå tidsbesparelser og derved resultere i stor effektivitet af konventionelt langsomme synteser.
Højtydende ultralydapparater til sonokemisk forbedrede klikreaktioner
Hielscher Ultrasonics designer, fremstiller og distribuerer højtydende sonde-type ultralydapparater, sonokemiske reaktorer og tilbehør til sofistikerede sonokemiske processer. Med ultralydsprocessorer fra 50 watt til 16.000 watt pr. sonde (sonotrode / horn) er Hielscher i stand til at tilbyde dig den bedst egnede sonokemiske opsætning til din kemiske reaktion.
Hielscher ultralydapparater er anerkendt for deres kvalitet, pålidelighed og robusthed. Hielscher Ultrasonics er et ISO-certificeret firma og lægger særlig vægt på højtydende ultralydapparater med avanceret teknologi og brugervenlighed. Selvfølgelig er Hielscher ultralydapparater CE-kompatible og opfylder kravene i UL, CSA og RoHs.
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater:
| Batch volumen | Flowhastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 1 til 500 ml | 10 til 200 ml/min | UP100H |
| 10 til 2000 ml | 20 til 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 til 20L | 0.2 til 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 til 100L | 2 til 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 til 150L | 3 til 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 til 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Større | klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg os!
Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer til blandingsapplikationer, dispersion, emulgering og ekstraktion i laboratorie-, pilot- og industriel skala.
Litteratur / Referencer
- 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, der er værd at vide
Click Chemistry belønnet med Nobelprisen i kemi 2022
Klikkemi, opfundet af Sharpless og kolleger i 2001, er et koncept, der er foreslået for en klasse af næsten perfekte reaktioner, der er yderst effektive med høj atomøkonomi, bredt i omfang og stereospecifikke (men ikke nødvendigvis enantioselektive), kun genererer uskadelige biprodukter, der let kan fjernes, og kun kræver enkle reaktionsbetingelser samt let tilgængelige reaktanter og enkle produktisoleringsprocedurer.
Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydshomogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.