Χημεία κλικ – Πώς να ενισχύσετε τις αντιδράσεις κλικ με κατεργασία με υπερήχους
Οι αντιδράσεις της χημείας κλικ, όπως οι αντιδράσεις κυκλοπροσθήκης αζιδίου–αλκινίου με καταλύτη χαλκό (CuAAC), μπορούν να ωφεληθούν σημαντικά από την εφαρμογή υπερήχων ισχύος. Τα ηχοχημικά φαινόμενα αυξάνουν την απόδοση και τον βαθμό μετατροπής. Επιπλέον, βελτιώνεται η συνολική αποτελεσματικότητα των αντιδράσεων της χημείας κλικ. Ως τεχνική της πράσινης χημείας, η κατεργασία με υπερήχους συμβάλλει σε αποτελεσματικότερες και φιλικότερες προς το περιβάλλον χημικές αντιδράσεις.
Κυκλοπροσθήκη αζιδίου–αλκινίου με καταλύτη χαλκό, ενισχυόμενη με υπερήχους
Η κυκλοπροσθήκη αζιδίου–αλκινίου με καταλύτη χαλκό (CuAAC) είναι γνωστή ως το σημαντικότερο και πλέον εξέχον παράδειγμα αντιδράσεων της χημείας κλικ. Ο Cravotto και οι συνεργάτες του από το Πανεπιστήμιο του Τορίνο (Ιταλία) έχουν αναπτύξει ένα πρωτόκολλο για την υποβοηθούμενη με υπερήχους αντίδραση 1,3-διπολικής κυκλοπροσθήκης αζιδίων και αλκινίων, με χρήση μεταλλικού χαλκού (Cu) ως καταλύτη. Η αζιδομάδα συμμετέχει εύκολα σε αυτό το είδος οργανικής αντίδρασης. Η ικανότητα σύζευξης της αζιδομάδας με αλκίνια βελτιώνεται ουσιαστικά παρουσία Cu(I) και η κατεργασία με υπερήχους προάγει την αντίδραση κλικ.
Αντιδραστήρας με ανάδευση μέσω υπερήχων με τη συσκευή υπερήχων UP200St για εντατικοποιημένες χημικές αντιδράσεις στη χημεία κλικ.
- βελτιωμένη ικανότητα σύζευξης
- υψηλότερες αποδόσεις
- ταχύτερη αντίδραση
- βελτιωμένη κινητική της αντίδρασης
- πράσινη χημεία
- απλή και ασφαλής λειτουργία
Ηχοχημικά ενισχυμένη χημεία κλικ: Η κυκλοπροσθήκη με φαινυλακετυλένιο με καταλύτη χαλκό βελτιώνεται με την κατεργασία με υπερήχους.
(Μελέτη και γραφική απεικόνιση: © Cintas et al., 2010)
Πλεονεκτήματα των ηχοχημικών αντιδράσεων
Η σύνθεση με υπερήχους (ηχοσύνθεση) έχει αναδειχθεί σε μία από τις πλέον αναγνωρισμένες τεχνικές εντατικοποίησης στη χημεία, χάρη στα πολλαπλά πλεονεκτήματά της. Οι ηχοχημικά ενισχυμένες αντιδράσεις υπερτερούν των συμβατικών μεθόδων που βασίζονται στην ανάδευση ή στη θέρμανση ως προς την ταχύτητα της αντίδρασης, την απόδοση, την απλότητα της λειτουργίας, την καθαρότητα των προϊόντων, την ενεργειακή απόδοση κ.λπ. Έχει αποδειχθεί επιστημονικά ότι η χρήση υπερήχων ισχύος μπορεί να προάγει χημικές αντιδράσεις και να μειώσει τον χρόνο αντίδρασης, καθώς και τις ανεπιθύμητες παράπλευρες αντιδράσεις. Ως εναλλακτική πράσινη πηγή ενέργειας, η κατεργασία με υπερήχους καθιστά πολλές χημικές αντιδράσεις φιλικότερες προς το περιβάλλον, καθώς απαιτούνται λιγότερα αντιδρώντα, ηπιότεροι διαλύτες και λιγότερη ενέργεια.
Ηχοχημικές οργανικές αντιδράσεις με καταλύτη χαλκό
Οι ευεργετικές επιδράσεις των υπερήχων και της ηχοχημείας σε αντιδράσεις στις οποίες συμμετέχουν μέταλλα είναι ευρέως γνωστές. Η κατεργασία με υπερήχους προάγει τη μηχανική απομάκρυνση των στρωμάτων παθητικοποίησης και ενισχύει τόσο τη μεταφορά μάζας όσο και τη μεταφορά ηλεκτρονίων από το μέταλλο στον οργανικό δέκτη.
Η υποβοηθούμενη με υπερήχους σύνθεση μέσω αντιδράσεων κλικ έχει εφαρμοστεί για την παρασκευή ευρέος φάσματος 1,4-διυποκατεστημένων παραγώγων του 1,2,3-τριαζολίου, με αφετηρία τόσο μικρά μόρια όσο και ολιγομερή, όπως οι κυκλοδεξτρίνες (CDs). Με τη χρήση αυτού του αποτελεσματικού και πιο πράσινου πρωτοκόλλου, όλα τα προϊόντα προσθήκης μπορούν να συντεθούν σε 2–4 h (συμπεριλαμβανομένης της κατεργασίας του μίγματος αντίδρασης και εξαιρουμένου του χαρακτηρισμού). Έχει αποδειχθεί ότι η χημεία κλικ μπορεί να συνδέσει άμεσα τη χημεία με τη βιολογία, αποτελώντας έτσι μια πραγματικά διεπιστημονική αντίδραση με εξαιρετικά ευρύ πεδίο εφαρμογής.
(πρβλ. Cintas et al., 2010)
Ένας κλειστός αντιδραστήρας υπερήχων για ηχοχημικές αντιδράσεις, π.χ. στη χημεία κλικ.
Εξοικονόμηση χρόνου στη χημεία κλικ χάρη στην επιτάχυνση της κινητικής της αντίδρασης με υπερήχους
Η εφαρμογή υπερήχων μπορεί να επιταχύνει αργές χημικές αντιδράσεις, οι οποίες συνήθως διαρκούν αρκετές ώρες σε λειτουργία κατά παρτίδες. Χάρη στη σημαντικά βελτιωμένη κινητική της αντίδρασης, ο χρόνος αντίδρασης μπορεί να μειωθεί σε λίγα λεπτά. Η χρήση ενός αντιδραστήρα ροής με υπερήχους μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τις αποδόσεις, να εξοικονομήσει χρόνο και, ως εκ τούτου, να καταστήσει ιδιαίτερα αποτελεσματικές συνθέσεις που με τις συμβατικές μεθόδους είναι αργές.
Συσκευές υπερήχων υψηλών επιδόσεων για ηχοχημικά ενισχυμένες αντιδράσεις κλικ
Η Hielscher Ultrasonics σχεδιάζει, κατασκευάζει και διανέμει συσκευές υπερήχων υψηλών επιδόσεων με καθετήρα, ηχοχημικούς αντιδραστήρες και εξαρτήματα για απαιτητικές ηχοχημικές διεργασίες. Με επεξεργαστές υπερήχων που κυμαίνονται από 50 watts έως 16.000 watts ανά καθετήρα (ηχοτρόδιο / χοάνη), η Hielscher είναι σε θέση να σας προσφέρει την καταλληλότερη ηχοχημική διάταξη για τη χημική σας αντίδραση.
Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher αναγνωρίζονται για την ποιότητα, την αξιοπιστία και την ανθεκτικότητά τους. Η Hielscher Ultrasonics είναι εταιρεία πιστοποιημένη κατά ISO και δίνει ιδιαίτερη έμφαση στις συσκευές υπερήχων υψηλών επιδόσεων που διαθέτουν τεχνολογία αιχμής και είναι φιλικές προς τον χρήστη. Φυσικά, οι συσκευές υπερήχων της Hielscher συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις CE και πληρούν τις απαιτήσεις των UL, CSA και RoHs.
Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Παροχή | Συνιστώμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100H |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 έως 20L | 0,2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 έως 150L | 3 έως 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 έως 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | μεγαλύτερη | συστοιχία συσκευών UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Η Hielscher Ultrasonics κατασκευάζει ομογενοποιητές υπερήχων υψηλών επιδόσεων για εφαρμογές ανάμιξης, διασποράς, γαλακτωματοποίησης και εκχύλισης σε εργαστηριακή, πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα.
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- 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.
Χρήσιμες πληροφορίες
Η χημεία κλικ τιμήθηκε με το Βραβείο Νόμπελ Χημείας 2022
Η χημεία κλικ, όρος που εισήγαγαν ο Sharpless και οι συνεργάτες του το 2001, είναι μια έννοια που προτάθηκε για μια κατηγορία σχεδόν τέλειων αντιδράσεων, οι οποίες είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικές, με υψηλή οικονομία ατόμων, ευρύ πεδίο εφαρμογής και στερεοειδικότητα (αλλά όχι απαραίτητα εναντιοεκλεκτικότητα), παράγουν μόνο αβλαβή παραπροϊόντα που μπορούν να απομακρυνθούν εύκολα και απαιτούν μόνο απλές συνθήκες αντίδρασης, καθώς και εύκολα διαθέσιμα αντιδρώντα και απλές διαδικασίες απομόνωσης των προϊόντων.
Η Hielscher Ultrasonics κατασκευάζει ομογενοποιητές υπερήχων υψηλών επιδόσεων από εργαστηριακό έως βιομηχανικό μέγεθος.