Hielscher – Ultraschall-Technologie

Ultraschall beschleunigt die Suzuki-Koppelungs-Reaktion

Die Suzuki-Kreuzkupplung (auch bekannt als Suzuki-Miyaura Coupling) ist eine organische Reaktion, deren Ziel darin liegt, Biphenyl-Derivate, Vinyl-Aromaten (z.B. Styrene), Poly-Olefine sowie Alkylbromide zu synthetisieren. Die Ausgangsstoffs der Reaktion sind Aryl - oder Vinyl-Borsäure in Verbindung mit einem Aryl - oder Vinyl-Halogenid, welche durch einen Palladium(0)-Komplex, welcher auch als nanoskalig vorliegen kann, katalysiert werden.
Mittels Ultraschall kann die gesamte Reaktion der Suzuki-Kupplung beschleunigt werden. Der vorliegende Artikel gibt einen Überblick über die Ergebnisse der verschiedenen Studien, in denen eine beschleunigte sowie verbesserte Konversion einer ultraschall-gestützten Suzuki-Kupplungsreaktion aufgezeigt werden.

Die Studie von Zhang et al. (2008) beweist, dass Ultraschall die heterogene Reaktion der Suzuki-Kupplung von Phenylborsäure mit Halogenaromaten in Gegenwart von TBAB durch einfach verfügbares, ligandenfreies zyklisch-palladiertes Ferrocenylin in Wasser vereinfacht. Für die Kupplung von Arylchloriden werden mäßige bis gute Erträge berichtet. Im Vergleich zum konventionellen Erhitzen läuft die ultraschall-gestützte Kupplungsreaktion beschleunigt ab. Außerdem hat diese Reaktions verbessernde Methode den großen Vorteil, dass nur ungiftige, nicht brennbare Lösungsmittel benötigt werden, wodurch das Verfahren vereinfacht und sicherer wird.
Rajagopal et al. untersuchen in ihrer Forschungsarbeit die Palladium-katalysierte Suzuki-Kreuz-Kupplungs-Reaktionen von Halobenzenen, einschließlich Chlorbenzolen mit Phenylborsäure bei Umgebungstemperatur (30°C), was mit Ultraschall in Abwesenheit eines Phosphin-Liganden mit der Ionischen Flüssigkeit 1,3-di–Butylimidazol Tetrafluoroborat [Bbim] [BF4] mit Methanol als Zusatzslösungsmittel erreicht wurde. [Rajagopal et al. 2002, S. 616]

Viele chemische Wege wie die Suzuki-Kopplungsreaktion können vom Ultraschall profitieren.

Gleichung 1: Ultraschall-gestützte Suzuki-Kupplung [Rajagopal et al. 2002, S. 616]

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Sonogashira-Kreuz-Kupplungs-Reaktion

Ultraschall ist ebenfalls sehr effektiv, um die Sonogashira-Kupplungsreaktion zu verbessern. Auch die Sonogashira-Kreuz-Kupplung wird mit Palladium katalysiert und dient zur organischen Synthese von Kohlenstoff-Kohlenstoff (C-C)-Bindungen unter milden Bedingungen, so z. B. bei Raumtemperatur in wässrigem Medium und unter Einsatz einer milden Lauge. Die Sonogashira-Reaktion wird vor allem in der pharmazeutischen und chemischen Industrie verwendet, um komplexe Moleküle zu synthetisieren.
Eine bequeme Liganden-, Kupfer- und Amin-freie Palladium-katalysierte Ein-Gefäß-Synthese von Benzo [b] Furan/Nitro Benzo [b] Furan wird mittels Ultraschall über die Sonogashira-Kupplung-5-Endo-Dig-Zyklisierung bei Raumtemperatur erreicht. Die Reaktion wurde durch sonochemische Effekte äußerst positiv beeinflusst. [vgl. Palimkar et al. 2008]

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Literatur

  • Oxley, J. D.; Prozorov, T.; Suslick, K. S. (2003): Sonochemistry and Sonoluminescence of Room-Temperature Ionic Liquids. In: Journal of American Chemical Society 125/2003. pp. 11138-11139.
  • Palimkar, S. S.; More, V. S.; Srinivasan, K. V. (2008): Ultrasound promoted copper-, ligand- and amine-free synthesis of benzo[b]furans/nitro benzo[b]furans via Sonogashira coupling-5-endo-dig-cyclization. In: Ultrasonics Sonochemistry 15/2008. pp. 853-862.
  • Rajagopal, R.; Jarikote, D. V.; Srinivasan, K. V. (2002): Ultrasound promoted Suzuki cross-coupling reactions in ionic liquid at ambient conditions. In: Chemical Communications 6/2002. pp. 616-617.
  • Zhang, J.; Yang, F,; Ren, G.; Mak, Th. C. W.; Song, M.; Wu, Y. (2008): Ultrasonic irradiation accelerated cyclopalladated ferrocenylimines catalyzed Suzuki reaction in neat water. In: Ultrasonics Sonochemistry 15/2008. pp. 115-118.