Klikkkeemia – kuidas tõhustada klikkreaktsioone ultraheli töötlusega

Klikkkeemia reaktsioonid, näiteks vaskkatalüüsitud asiid-alküüni tsükloliitumise (CuAAC) reaktsioonid, võivad võimsa ultraheli kasutamisest suurt kasu saada. Sonokeemilised efektid suurendavad saagist ja konversioonimäära. Lisaks paraneb klikkkeemia reaktsioonide üldine efektiivsus. Rohelise keemia tehnikana aitab ultraheli töötlus kaasa tõhusamatele ja keskkonnasõbralikumatele keemilistele reaktsioonidele.

Ultraheliga soodustatud vaskkatalüüsitud asiid-alküüni tsükloliitumine

Vaskkatalüüsitud asiid-alküüni tsükloliitumine (CuAAC) on tuntud kui klikkkeemia reaktsioonide kõige olulisem ja tuntum näide. Cravotto ja tema kolleegid Torino ülikoolist (Itaalia) on välja töötanud protokolli asiidide ja alküünide ultraheliga toetatud 1,3-dipolaarseks tsükloliitumisreaktsiooniks, kasutades katalüsaatorina metallilist vaske (Cu). Asiidrühm on seda tüüpi orgaanilises reaktsioonis meelsasti osalev reaktant. Asiidrühma sidumisvõime alküünidega paraneb Cu(I) juuresolekul oluliselt ja ultraheli töötlus (sonikeerimine) soodustab klikkreaktsiooni.

Ultraheliga segatav reaktor sonokeemiliste rakenduste jaoks, sealhulgas klikkkeemia reaktsioonide jaoks.

Ultraheliga segatav reaktor ultrasonikaatoriga UP200St intensiivistatud keemiliste reaktsioonide jaoks klikkkeemias.

Sonokeemiliselt tõhustatud klikkkeemia eelised

parem sidumisvõime
suuremad saagised
kiirem reaktsioon
parem reaktsioonikineetika
roheline keemia
lihtne ja ohutu kasutus

Klikkkeemia reaktsioonid saavad sonokeemilisest töötlusest suurt kasu. Ultraheli töötlus suurendab tsükloliitumisreaktsioonide saagist ja kiirendab reaktsioonikiirust.

Sonokeemiliselt tõhustatud klikkkeemia: vaskkatalüüsitud tsükloliitumist fenüülatsetüleeniga parandab ultraheli töötlus.
(Uuring ja graafika: © Cintas et al., 2010)

Sonokeemiliste reaktsioonide eelised

Ultraheli süntees (sonosüntees) on mitmete eeliste tõttu kujunenud üheks kõige hinnatumaks keemia intensiivistamise tehnikaks. Sonokeemiliselt soodustatud reaktsioonid ületavad tavapäraseid segamisel või kuumutamisel põhinevaid meetodeid reaktsioonikiiruse, saagise, kasutuslihtsuse, saaduste puhtuse, energiatõhususe jms poolest. On teaduslikult tõestatud, et võimsa ultraheli kasutamine võib soodustada keemilisi reaktsioone ning vähendada nii reaktsiooniaega kui ka soovimatuid kõrvalreaktsioone. Alternatiivse rohelise energiaallikana muudab ultraheli töötlus paljud keemilised reaktsioonid keskkonnasõbralikumaks, sest vaja on vähem reaktante, leebemaid lahusteid ja vähem energiat.

Selles videos on 200-vatine Hielscheri ultrahelihomogenisaator UP200St koos 7mm sonotroodiga paigaldatud klaasreaktori põhjas asuvasse standardsesse klaasliitmikku. Seadme saab paigaldada horisontaalselt, vertikaalselt või mis tahes muus suunas. Ühte reaktorianumasse saab paigaldada mitu ultrahelisondi – näiteks eri kõrgustele. Sageli eelistatakse paigaldamist küljelt või põhjast, sest see toimib paremini muutuva vedelikutaseme korral. Ultrahelisegamist saab kombineerida tavapäraste ülaltajamiga segistitega.

Sonokeemilised vaskkatalüüsitud orgaanilised reaktsioonid

Ultraheli ja sonokeemia soodsad mõjud metalle hõlmavatele reaktsioonidele on hästi teada. Ultraheli töötlus soodustab passiveerivate kihtide mehaanilist eemaldamist ning tõhustab nii massiülekannet kui ka elektronide ülekannet metallilt orgaanilisele aktseptorile.
Ultraheliga toetatud klikksüntesi on rakendatud paljude 1,4-asendatud 1,2,3-triasooli derivaatide valmistamiseks, lähtudes nii väikestest molekulidest kui ka oligomeeridest, näiteks tsüklodekstriinidest (CD). Seda tõhusat ja keskkonnasõbralikumat protokolli kasutades saab kõik adukte sünteesida 2–4 tunniga (sealhulgas järeltöötlus ja karakteriseerimist arvestamata). On näidatud, et klikkkeemia suudab keemiat otse bioloogiaga siduda, saades nii tõeliselt interdistsiplinaarseks reaktsiooniks, mille rakendusala on äärmiselt lai.
(vrd Cintas et al., 2010)

Suletud partiireaktor Hielscheri ultrasonikaatoritele: see reaktor sobib ideaalselt sonokeemilisteks reaktsioonideks, sealhulgas klikkkeemia, tsükloliitumise, orgaanilise keemia ja muude reaktsioonitüüpide jaoks.

Suletud ultraheli reaktor sonokeemiliste reaktsioonide jaoks, nt klikkkeemias.

Aega säästev klikkkeemia tänu ultraheliga kiirendatud reaktsioonikineetikale

Ultraheli kasutuselevõtt võib kiirendada aeglasi keemilisi reaktsioone, mis kestavad portsjonreþiimis tavaliselt mitu tundi. Oluliselt paranenud reaktsioonikineetika tõttu võib reaktsiooniaega lühendada mõne minutini. Ultraheli läbivoolureaktori kasutamine võib saagiseid märkimisväärselt parandada, säästa aega ja tagada seeläbi traditsiooniliselt aeglaste sünteeside suure tõhususe.

Suure jõudlusega ultrasonikaatorid sonokeemiliselt tõhustatud klikkreaktsioonide jaoks

Hielscher Ultrasonics kavandab, toodab ja turustab suure jõudlusega sondtüüpi ultrasonikaatoreid, sonokeemilisi reaktoreid ja lisatarvikuid keerukate sonokeemiliste protsesside jaoks. Ultraheli protsessoritega, mille võimsus ulatub 50 vatist 16 000 vatini sondi (sonotrood / sarv) kohta, suudab Hielscher pakkuda teile teie keemilise reaktsiooni jaoks sobivaima sonokeemilise seadistuse.
Hielscheri ultrasonikaatoreid tuntakse nende kvaliteedi, töökindluse ja vastupidavuse poolest. Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifitseeritud ettevõte ja pöörab erilist tähelepanu suure jõudlusega ultrasonikaatoritele, mis põhinevad tipptehnoloogial ja on kasutajasõbralikud. Loomulikult vastavad Hielscheri ultrasonikaatorid CE nõuetele ning täidavad UL, CSA ja RoHs nõudeid.

Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlusvõimsusest:

Partii maht	Vooluhulk	Soovitatavad seadmed
1 kuni 500mL	10 kuni 200mL/min	UP100H
10 kuni 2000mL	20 kuni 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 kuni 20L	0,2 kuni 4L/min	UIP2000hdT
10 kuni 100L	2 kuni 10L/min	UIP4000hdT
15 kuni 150L	3 kuni 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 kuni 100L/min	UIP16000
n.a.	suurem	klaster seadmetest UIP16000

Võtke meiega ühendust! / Küsige meilt!

Ultraheli suure nihkejõuga homogenisaatoreid kasutatakse labori-, laua-, pilootmahu- ja tööstuslikus töötluses.

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid segamiseks, dispergeerimiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks labori-, pilootmahu- ja tööstuslikus mastaabis.

Seotud teemad

Kirjandus / viited

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.

Teadmist väärt fakte

Klikkkeemiale anti 2022. aasta Nobeli keemiapreemia

Klikkkeemia, mille võtsid 2001. aastal kasutusele Sharpless ja tema kaastöötajad, on kontseptsioon peaaegu ideaalsete reaktsioonide klassi jaoks, mis on väga tõhusad ja suure aatomökonoomsusega, laia kasutusalaga ning stereospetsiifilised (kuid mitte tingimata enantioselektiivsed), annavad ainult kahjutuid kõrvalsaadusi, mida on lihtne eemaldada, ning nõuavad ainult lihtsaid reaktsioonitingimusi, hõlpsasti kättesaadavaid reaktante ja lihtsaid saaduse isoleerimise protseduure.

Suure jõudlusega ultraheli! Hielscheri tootevalik katab kogu spektri kompaktsetest laboriultrasonikaatoritest lauaseadmeteni ja täismahus tööstuslike ultraheli süsteemideni.

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates laborist kuni tööstusliku suuruseni.