Οργανοταλυτικές Αντιδράσεις Που Προωθούνται με Κατεργασία με Υπερήχους

Στην οργανική χημεία, η οργανοκτάλυση είναι μια μορφή κατάλυσης στην οποία ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασης αυξάνεται από έναν οργανικό καταλύτη. Αυτό “οργανοκαλυτταρικός” αποτελείται από άνθρακα, υδρογόνο, θείο και άλλα μη μικρομεταφορικά στοιχεία που βρίσκονται σε οργανικές ενώσεις. Η εφαρμογή υπερήχων υψηλής ισχύος σε χημικά συστήματα είναι γνωστή ως sonochemistry και μια καθιερωμένη τεχνική για την αύξηση των αποδόσεων, τη βελτίωση των ποσοστών αντίδρασης και την επιτάχυνση της ταχύτητας αντίδρασης. Υπό κατεργασία με υπερήχους, γίνεται συχνά δυνατή η αλλαγή χημικών οδών αποφεύγοντας ανεπιθύμητα υποπροϊόντα. Η sonochemistry μπορεί να προωθήσει οργανοταλυτικές αντιδράσεις καθιστώντας τις πιο αποτελεσματικές και φιλικές προς το περιβάλλον.

Ασύμμετρη οργανοκατάλυση – Βελτιώθηκε με κατεργασία με υπερήχους

Η sonochemistry, η εφαρμογή υπερήχων υψηλής απόδοσης σε χημικά συστήματα, μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τις οργανοταλυτικές αντιδράσεις. Ασύμμετρη οργανοκαταάλυση σε συνδυασμό με υπερήχους συχνά επιτρέπει τη μετατροπή της οργανοκάταλυσης σε μια φιλική προς το περιβάλλον διαδρομή, με αυτόν τον τρόπο εμπίπτουν στην ορολογία της πράσινης χημείας. Η κατεργασία με υπερήχους επιταχύνει την (ασύμμετρη) οργανοκατλυτική αντίδραση και οδηγεί σε υψηλότερες αποδόσεις, ταχύτερους ρυθμούς μετατροπής, ευκολότερη απομόνωση/καθαρισμό του προϊόντος και βελτιωμένη επιλεκτικότητα και αντιδραστικότητα. Εκτός από τη συμβολή στη βελτίωση της κινητικής αντίδρασης και της απόδοσης, υπερήχους μπορεί συχνά να συνδυαστεί με βιώσιμους διαλύτες αντίδρασης, όπως ιοντικά υγρά, βαθιά ευτεκικούς διαλύτες, ήπιους, μη τοξικούς διαλύτες, και νερό. Με αυτόν τον τρόπο, η sonochemistry όχι μόνο βελτιώνει την (ασύμμετρη) οργανοκατλυτική αντίδραση, αλλά βοηθά επίσης στη βιωσιμότητα των οργανοκατλυτικών αντιδράσεων.

Η έρευνα έχει δείξει πολλαπλά παραδείγματα για sonochemly εντατικές ουρακοταλυτικές αντιδράσεις. Για παράδειγμα, χρησιμοποιούνται διπλά λανθάνοντα μόρια DNA ως ιριδίζουσα ικρίωμα για τη συναρμολόγηση υβριδικών καταλυτών μετάλλου-βιομακρομόλης για ασύμμετρες αντιδράσεις σύνθεσης. Οι καταλύτες που βασίζονται στο DNA G έχουν εφαρμοστεί σε ασύμμετρες αντιδράσεις του Michael, του Diels-Alder και του Friedel-Crafts. (πρβλ. Ζάο και Σεν, 2018)
Για την αντίδραση που προωθείται από το ινίδιο, κατεργασία με υπερήχους δείχνει ευεργετικά αποτελέσματα, καθώς η sonochemically καθοδηγούμενη αντίδραση τρέχει υπό ηπιότερες συνθήκες, διατηρώντας έτσι υψηλά επίπεδα διαστερόζης. Χρησιμοποιώντας τη sonochemical διαδρομή, επιτεύχθηκαν καλά αποτελέσματα στην οργανοκαλυτική σύνθεση των υδατανθράκων β-λακτάμης, β-αμινοξέων και σπιροδιοπιπεραπεραζίνες από λακτόνες ζάχαρης, καθώς και αντιδράσεις αλυλίωσης και Reformatsky στους αιθέρες οξίμης.

Υπερηχητικά προωθημένη οργανοκαταλυτική σύνθεση φαρμάκων

Οι Rogozińska-Szymczak και Mlynarski (2014) αναφέρουν την ασύμμετρη προσθήκη 4-υδροξυκουμαρίνης στον α.β ακόρεστες κετόνες στο νερό χωρίς οργανικούς διαλύτες – καταλυλικό με οργανικές πρωτοπαθείς αμίνες και κατεργασία με υπερήχους. Η εφαρμογή εναντιομετρικά καθαρών (S,S)-διφαινυλαιθυλεμινδιαμίνης προσφέρει μια σειρά από σημαντικές φαρμακευτικά δραστικές ενώσεις σε καλές έως εξαιρετικές αποδόσεις (73-98%) Οι ερευνητές παρουσιάζουν ένα αποτελεσματικό sonochemical πρωτόκολλο για το σχηματισμό «στερεών στο νερό» του αντιπηκτικού βαρφαρίνης και στις δύο εναντιομετρικές μορφές. Αυτή η φιλική προς το περιβάλλον οργανοκαταλυτική αντίδραση δεν είναι μόνο κλιμακούμενη, αλλά παράγει επίσης το μόριο-στόχο του φαρμάκου σε εναντιομετρικά καθαρή μορφή.

Σονοχημική Εποξείδωση τερπενών

Ο Charbonneau et al. (2018) εξήρε την επιτυχή εποξειδοποίηση των τερπενών υπό κατεργασία με υπερήχους. Η συμβατική εποξειδίδωση απαιτεί τη χρήση καταλύτη, αλλά με κατεργασία με υπερήχους η εποξειδίδωση λειτουργεί ως αντίδραση χωρίς καταλύτη.
Το διοξείδιο του λιμονενίου είναι ένα βασικό ενδιάμεσο μόριο για την ανάπτυξη βιο-με βάση πολυανθρακικών ή νονιοκανιανικών πολυουρεθάνης. Κατεργασία με υπερήχους επιτρέπει στον καταλύτη ελεύθερη εποξείδωση τερπενών μέσα σε πολύ σύντομο χρόνο αντίδρασης – ταυτόχρονα δίνοντας πολύ καλές αποδόσεις. Προκειμένου να καταδειχθούν οι απαισιοδοξίνες της υπερηχητικής εποξειδοποίησης, η ερευνητική ομάδα συνέκρινε την εποξειδοποίηση του λιμονενίου με το διοξείδιο του λιμονενίου χρησιμοποιώντας in-situ-παραγόμενη διμεθυλο διοξιρίνη ως οξειδωτικό παράγοντα υπό συμβατική διέγερση και υπερήχους. Για όλες τις δοκιμές κατεργασίας με υπερήχους, η Hielscher UP50H (50W, 30kHz) υπερηχητικό εργαστήριο χρησιμοποιήθηκε.

Ο χρόνος που απαιτείται για την πλήρη μετατροπή του λιμονενίου σε διοξείδιο του λιμονενίου με απόδοση 100% υπό κατεργασία με υπερήχους ήταν μόνο 4,5 λεπτά σε θερμοκρασία δωματίου. Σε σύγκριση, όταν χρησιμοποιείται συμβατική διέγερση με τη χρήση μαγνητικού αναδευτήρα, ο απαιτούμενος χρόνος για την επίτευξη απόδοσης 97% του διοξειδίου του λιμονενίου ήταν 1, 5 ώρες. Η εποξείδωση του α-πεύκου έχει επίσης μελετηθεί χρησιμοποιώντας και τις δύο τεχνικές διέγερσης. Η εποξειδοποίηση του α-πεύκου σε α-πευκόφυτο οξείδιο υπό κατεργασία με υπερήχους απαιτούσε μόνο 4 λεπτά με απόδοση 100%, ενώ σε σύγκριση με τη συμβατική μέθοδο ο χρόνος αντίδρασης ήταν 60 λεπτά. Όσον αφορά άλλα τερπένια, β-πεύκο μετατράπηκε σε β οξείδιο του πεύκου σε μόλις 4 λεπτά, ενώ το farnesol απέδωσε το 100% του τριπεξειδίου σε 8 λεπτά. Το carveol, ένα παράγωγο λιμονενίου, μετατράπηκε σε διοξείδιο του στυπτυπόλης με απόδοση 98%. Στην εποξειδική αντίδραση της καρβόνης χρησιμοποιώντας διμεθυλο διοξιράνη η μετατροπή ήταν 100% σε 5 λεπτά παράγοντας 7,8-καρβόνη οξείδιο.
Τα κύρια πλεονεκτήματα της ηδοχημικής εποξείδωσης τερπενίου είναι ο φιλικός προς το περιβάλλον χαρακτήρας του οξειδωτικού παράγοντα (πράσινη χημεία) καθώς και ο σημαντικά μειωμένος χρόνος αντίδρασης που εκτελεί αυτή την οξείδωση υπό υπερηχητική διέγερση. Αυτή η μέθοδος εποξείδωσης επέτρεψε την επίτευξη 100% μετατροπής λιμονενίου με απόδοση 100% διοξειδίου του λιμονενίου σε μόλις 4,5 λεπτά σε σύγκριση με 90 λεπτά όταν χρησιμοποιείται παραδοσιακή διέγερση. Επιπλέον, στο μέσο αντίδρασης δεν βρέθηκαν προϊόντα οξείδωσης λιμονενίου, όπως καρβόνη, καρβέλι και περιλυλική αλκοόλη. Η εποξειδοποίηση του α-πεύκου υπό υπέρηχο απαιτούσε μόνο 4 λεπτά, αποδίδοντας το 100% του οξειδίου του α πεύκου χωρίς οξείδωση του δακτυλίου. Άλλα τερπένια όπως β-πεύκο, farnesol, και καρβόλη έχουν επίσης οξειδωθεί, οδηγώντας σε πολύ υψηλές αποδόσεις εποξειδίου.

sonochemical αποτελέσματα

Ως εναλλακτική λύση στις κλασικές μεθόδους, τα πρωτόκολλα με βάση το sonochemical έχουν χρησιμοποιηθεί για την αύξηση των ποσοστών μιας ευρείας ποικιλίας αντιδράσεων, με αποτέλεσμα τα προϊόντα που παράγονται υπό ηπιότερες συνθήκες με σημαντική μείωση των χρόνων αντίδρασης. Οι μέθοδοι αυτές έχουν περιγραφεί ως πιο φιλικές προς το περιβάλλον και βιώσιμες και συνδέονται με μεγαλύτερη επιλεκτικότητα και χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας για τους επιθυμητούς μετασχηματισμούς. Ο μηχανισμός τέτοιων μεθόδων βασίζεται στο φαινόμενο της ακουστικής σπηλαίωσης, το οποίο προκαλεί μοναδικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας μέσω του σχηματισμού, της ανάπτυξης και της αδιάβαστης κατάρρευσης φυσαλίδων στο υγρό μέσο. Αυτό το αποτέλεσμα βελτιώνει τη μεταφορά μάζας και αυξάνει την ταραχώδη ροή στο υγρό, διευκολύνοντας τους χημικούς μετασχηματισμούς. Στις μελέτες μας, η χρήση υπερήχων έχει οδηγήσει στην παραγωγή ενώσεων σε μειωμένους χρόνους αντίδρασης με υψηλές αποδόσεις και καθαρότητα. Τέτοια χαρακτηριστικά έχουν αυξήσει τον αριθμό των ενώσεων που αξιολογούνται σε φαρμακολογικά μοντέλα, συμβάλλοντας στην επιτάχυνση του χτυπήματος στη διαδικασία βελτιστοποίησης του μολύβδου.
Όχι μόνο μπορεί αυτή η εισροή υψηλής ενέργειας να ενισχύσει τις μηχανικές επιδράσεις σε ετερογενείς διεργασίες, αλλά είναι επίσης γνωστό ότι προκαλεί νέες επανενεργοποιήσεις που οδηγούν στο σχηματισμό απροσδόκητων χημικών ειδών. Αυτό που κάνει τη sonochemistry μοναδική είναι το αξιοσημείωτο φαινόμενο της σπηλαίωσης, το οποίο παράγει σε έναν τοπικά περιορισμένο χώρο του περιβάλλοντος μικρο-φυσαλίδων εξαιρετικές επιπτώσεις λόγω εναλλασσόμενων κύκλων υψηλής πίεσης / χαμηλής πίεσης, διαφορικών πολύ υψηλής θερμοκρασίας, δυνάμεων υψηλής διάτμησης και ροής υγρών.

Τα πλεονεκτήματα των sonochemically προωθημένων οργανοταλυτικών αντιδράσεων

Η κατεργασία με υπερήχους χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο στη οργανική σύνθεση και την κατάλυση, καθώς οι sonochemical επιδράσεις δείχνουν σημαντική εντατικοποίηση των χημικών αντιδράσεων. Ειδικά σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους (π.χ. θέρμανση, ανάδευση), η sonochemistry είναι πιο αποτελεσματική, βολική και με ακρίβεια ελεγχόμενη. Κατεργασία με υπερήχους και sonochemistry προσφέρουν πολλά σημαντικά πλεονεκτήματα, όπως υψηλότερες αποδόσεις, αυξημένη καθαρότητα των ενώσεων και επιλεκτικότητα, μικρότερους χρόνους αντίδρασης, χαμηλότερο κόστος, καθώς και την απλότητα στη λειτουργία και το χειρισμό της sonochemical διαδικασίας. Αυτοί οι ευεργετικοί παράγοντες καθιστούν τις χημικές αντιδράσεις με υπερήχους όχι μόνο πιο αποτελεσματικές και αποταμιευτικές, αλλά και φιλικότερες προς το περιβάλλον.
Πολυάριθμες οργανικές αντιδράσεις έχουν αποδειχθεί ότι δίνουν υψηλότερες αποδόσεις σε μικρότερο χρόνο αντίδρασης ή / και υπό ηπιότερες συνθήκες όταν εκτελούνται με κατεργασία με υπερήχους.

Υπερήχους επιτρέπει για απλές αντιδράσεις ενός δοχείου

Κατεργασία με υπερήχους επιτρέπει την έναρξη πολυσύνθετες αντιδράσεις ως αντιδράσεις ενός δοχείου που παρέχουν τη σύνθεση δομικά διαφορετικών ενώσεων. Τέτοιες αντιδράσεις ενός δοχείου εκτιμώνται για υψηλή συνολική απόδοση και η απλότητά τους, καθώς δεν απαιτείται απομόνωση και καθαρισμός των ενδιάμεσων.

Οι επιδράσεις των κυμάτων υπερήχων στις ασύμμετρες οργανοταλυτικές αντιδράσεις έχουν εφαρμοστεί με επιτυχία σε διάφορους τύπους αντίδρασης, συμπεριλαμβανομένων των καταλυτικών φάσεων μεταφοράς φάσης, των αντιδράσεων Heck, της υδρογόνωσης, των αντιδράσεων Mannich, των αντιδράσεων barbier και Barbier, των αντιδράσεων Diels-Alder, της αντίδρασης σύζευξης Suzuki και της προσθήκης Micheal.

Βρείτε τον ιδανικό υπερηχητικό για την οργανοκατλυτική αντίδρασή σας!

Hielscher Ultrasonics είναι ο αξιόπιστος συνεργάτης σας όταν πρόκειται για υψηλής απόδοσης, υψηλής ποιότητας υπερηχητικό εξοπλισμό. Hielscher σχεδιάζει, κατασκευάζει και διανέμει υπερσύγχρονους υπερήχους ανιχνευτές, αντιδραστήρες και κύπελλα-κέρατα για sonochemical εφαρμογές. Όλος ο εξοπλισμός κατασκευάζεται με πιστοποιημένες με ISO διαδικασίες και με γερμανική ακρίβεια για ανώτερη ποιότητα στην έδρα μας στο Teltow (κοντά στο Βερολίνο), Γερμανία.
Το χαρτοφυλάκιο των υπερήχων Hielscher κυμαίνεται από συμπαγείς υπερήχους εργαστήριο έως πλήρως βιομηχανικούς αντιδραστήρες υπερήχων για μεγάλης κλίμακας χημική κατασκευή. Οι ανιχνευτές (επίσης γνωστοί ως sonotrodes, υπερηχητικά κέρατα ή άκρες), τα ενισχυτικά κέρατα και οι αντιδραστήρες είναι άμεσα διαθέσιμοι σε πολλά μεγέθη και γεωμετρίες. Οι προσαρμοσμένες εκδόσεις μπορούν επίσης να κατασκευαστούν για τις απαιτήσεις σας.
Από hielscher υπερήχους’ υπερήχων επεξεργαστές είναι διαθέσιμοι σε οποιοδήποτε μέγεθος από μικρές εργαστηριακές συσκευές σε μεγάλους βιομηχανικούς επεξεργαστές για εφαρμογές χημείας παρτίδας και ροής, υψηλής απόδοσης κατεργασία με υπερήχους μπορεί εύκολα να εφαρμοστεί σε οποιαδήποτε ρύθμιση αντίδρασης. Ακριβής ρύθμιση του υπερηχητικού πλάτους – η πιο σημαντική παράμετρος για sonochemical εφαρμογές – επιτρέπει τη λειτουργία υπερήχων Hielscher σε χαμηλά έως πολύ υψηλά πλάτος και να τελειοποιήσει το πλάτος ακριβώς στις απαιτούμενες συνθήκες υπερήχων διαδικασία του συγκεκριμένου συστήματος χημικής αντίδρασης.
Υπερήχων γεννήτρια Hielscher διαθέτουν ένα έξυπνο λογισμικό με αυτόματη πρωτόκολλο δεδομένων. Όλες οι σημαντικές παράμετροι επεξεργασίας, όπως η υπερηχητική ενέργεια, η θερμοκρασία, η πίεση και ο χρόνος αποθηκεύονται αυτόματα σε μια ενσωματωμένη κάρτα SD μόλις ενεργοποιηθεί η συσκευή.
Η παρακολούθηση της διαδικασίας και η καταγραφή δεδομένων είναι σημαντικές για τη συνεχή τυποποίηση των διαδικασιών και την ποιότητα των προϊόντων. Με την πρόσβαση στα αυτόματα καταγεγραμμένα δεδομένα της διαδικασίας, μπορείτε να αναθεωρήσετε προηγούμενες εκτελέσεις κατεργασίας με υπερήχους και να αξιολογήσετε το αποτέλεσμα.
Ένα άλλο φιλικό προς το χρήστη χαρακτηριστικό είναι ο τηλεχειρισμός του προγράμματος περιήγησης των ψηφιακών συστημάτων υπερήχων μας. Μέσω απομακρυσμένου ελέγχου του προγράμματος περιήγησης μπορείτε να ξεκινήσετε, να σταματήσετε, να ρυθμίσετε και να παρακολουθήσετε τον υπερηχητικό επεξεργαστή σας εξ αποστάσεως από οπουδήποτε.
Επικοινωνήστε μαζί μας τώρα για να μάθετε περισσότερα σχετικά με υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές μας μπορεί να βελτιώσει oragnocatalytic αντίδραση σύνθεσης σας!

Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη για την κατά προσέγγιση ικανότητα επεξεργασίας των υπερήχων μας: