Ultrahelitöötluse poolt soodustatud organokatalüütilised reaktsioonid

Orgaanilises keemias on organokatalüüs katalüüsi vorm, milles keemilise reaktsiooni kiirust suurendab orgaaniline katalüsaator. See “Organokatalüsaator” koosneb süsinikust, vesinikust, väävlist ja muudest orgaanilistes ühendites leiduvatest mittemetallilistest elementidest. Suure võimsusega ultraheli rakendamine keemilistele süsteemidele on tuntud kui sonokeemia ja väljakujunenud tehnika saagikuse suurendamiseks, reaktsioonikiiruse parandamiseks ja reaktsioonikiiruse kiirendamiseks. Ultrahelitöötluse ajal on sageli võimalik keemilisi radu vahetada, vältides soovimatuid kõrvalsaadusi. Sonochemistry võib soodustada organokatalüütilisi reaktsioone, muutes need tõhusamaks ja keskkonnasõbralikumaks.

Asümmeetriline organokatalüüs – Täiustatud ultrahelitöötlusega

Sonochemistry, suure jõudlusega ultraheli rakendamine keemilistesse süsteemidesse, võib oluliselt parandada organokatalüütilisi reaktsioone. Asümmeetriline organokatalüüs koos ultraheliga võimaldab sageli muuta organokatalüüsi keskkonnasõbralikumaks marsruudiks, kuuludes seeläbi rohelise keemia terminoloogia alla. Sonikatsioon kiirendab (asümmeetrilist) organokatüütilist reaktsiooni ja toob kaasa suurema saagikuse, kiiremad konversioonimäärad, lihtsama toote isoleerimise? puhastamise ning parema selektiivsuse ja reaktiivsuse. Lisaks reaktsioonikineetika ja saagise paranemisele võib ultraheliuuringut sageli kombineerida jätkusuutlike reaktsioonilahustitega, nagu ioonsed vedelikud, sügavad eutektilised lahustid, kerged, mittetoksilised lahustid ja vesi. Seega ei paranda sonokeemia mitte ainult (asümmeetrilist) organokatalüütilist reaktsiooni ennast, vaid aitab kaasa ka organokatalüütiliste reaktsioonide jätkusuutlikkusele.

Uuringud on näidanud mitmesuguseid näiteid sonokeemiliselt intensiivistunud oragnokatalüütiliste reaktsioonide kohta. Näiteks kasutatakse kaheahelalisi DNA molekule kiraalsete tellingutena, et koguda asümmeetriliste sünteesireaktsioonide jaoks metall-biomakromolekuli hübriidkatalüsaatoreid. G-quadruplex DNA-põhiseid katalüsaatoreid on kasutatud asümmeetrilistes Michaeli lisamise, Diels-Alderi ja Friedel-Craftsi reaktsioonides. (vrd Zhao ja Shen, 2018)
Inidiumi edendatud reaktsiooni puhul näitab ultrahelitöötlus kasulikke mõjusid, kuna sonokeemiliselt juhitud reaktsioon kulgeb kergemates tingimustes, säilitades seeläbi diasterosvaliku kõrge taseme. Sonokeemilise meetodi abil saavutati häid tulemusi β-laktaam-süsivesikute, β-aminohapete ja spirodiketopiperasiinide orgaanilisel sünteesil suhkrulaktoonidest, samuti allüülimisel ja Reformatsky reaktsioonidel oksiimeetritel.

Ultraheli edendatud organokatalüütiline ravimi süntees

Rogozińska-Szymczak ja Mlynarski (2014) teatavad Michaeli asümmeetrilisest 4-hüdroksükumariini lisamisest α,β küllastumata ketoonidele vees ilma orgaaniliste lahustiteta – catalysed by organic primary amines and sonication. The application of enantiomerically pure (S,S)-diphenylethylenediamine affords a series of important pharmaceutically active compounds in good to excellent yields (73–98%) and with good enantioselectivities (up to 76% ee) via reactions accelerated by ultrasound. The researchers present an efficient sonochemical protocol for the ‘solids on water’ formation of the anticoagulant warfarin in both enantiomeric forms. This environmentally friendly organocatalytic reaction is not only scalable, but also yields the target drug molecule in enantiomerically pure form.

Terpeenide sonokeemiline epoksüdatsioon

(2018) demostreeris terpeenide edukat epoksüdatsiooni ultrahelitöötluse all. Tavapärane epoksüdatsioon nõuab katalüsaatori kasutamist, kuid ultrahelitöötlusega toimub epoksüdatsioon katalüsaatorivaba reaktsioonina.
Limoneendioksiid on peamine vahemolekul biopõhiste polükarbonaatide või nonisotsüanaadi polüuretaanide arendamiseks. Sonikatsioon võimaldab terpeenide katalüsaatorivaba epoksüdatsiooni väga lühikese reaktsiooniaja jooksul – Samal ajal annab väga hea saagikuse. Ultraheli epoksüdatsiooni efektiivsuse demonstreerimiseks võrdles uurimisrühm limoneeni epoksüdatsiooni limoneendioksiidiga, kasutades in situ genereeritud dimetüüldioksiraani oksüdeeriva ainena nii tavapärase agitatsiooni kui ka ultraheli all. Kõigi ultrahelitöötluskatsete puhul on Hielscher UP50H (50W, 30kHz) lab ultrasonikaator kasutati.

Aeg, mis kulus limoneeni täielikuks muundamiseks limoneendioksiidiks 100% saagisega ultrahelitöötluse all, oli toatemperatuuril vaid 4,5 min. Võrdluseks võib öelda, et kui kasutatakse tavapärast segamist magnetsegajaga, oli limoneendioksiidi 97% saagise saavutamiseks vajalik aeg 1,5 tundi. Samuti on uuritud α-pineeni epoksüdatsiooni, kasutades mõlemat agitatsioonitehnikat. α-pineeni epoksüdeerimine α-pineenoksiidiks ultrahelitöötluse all nõudis ainult 4 minutit, saadud saagisega 100%, samas kui tavapärase meetodiga võrreldes oli reaktsiooniaeg 60 min. Nagu ka teiste terpeenide puhul, muundati β-pineen β-pineenoksiidiks vaid 4 minutiga, samas kui farnesool andis 8 minutiga 100% triepoksiidist. Limoneeni derivaat Carveol muundati karveooldioksiidiks, mille saagis oli 98%. Karvooni epoksüdatsioonireaktsioonis, kasutades dimetüüldioksiraani, muundati 100% 5 minutiga, saades 7,8-karvoonoksiidi.
Sonokeemilise terpeeni epoksüdatsiooni peamised eelised on oksüdeeriva aine keskkonnasõbralik olemus (roheline keemia), samuti oluliselt vähenenud reaktsiooniaeg selle oksüdatsiooni teostamisel ultraheli agitatsioonil. See epoksüdatsioonimeetod võimaldas saavutada limoneeni 100% muundamise 100% limoneendioksiidi saagisega vaid 4,5 minutiga võrreldes 90 minutiga, kui kasutatakse traditsioonilist segamist. Lisaks ei leitud reaktsioonikeskkonnast limoneeni oksüdatsiooniprodukte, nagu karvoon, karveool ja perrilüülalkohol. α-pineeni epoksüdeerimine ultraheliga nõudis vaid 4 minutit, saades 100% α-pineenoksiidi ilma rõnga oksüdatsioonita. Teised terpeenid, nagu β-pineen, farnesool ja karveool, on samuti oksüdeerunud, mille tulemuseks on väga kõrge epoksiidi saagis.

sonokeemilised mõjud

Alternatiivina klassikalistele meetoditele on mitmesuguste reaktsioonide kiiruse suurendamiseks kasutatud sonokeemilistel andmetel põhinevaid protokolle, mille tulemuseks on kergemates tingimustes tekkinud produktid, mille reaktsiooniaeg on oluliselt lühem. Neid meetodeid on kirjeldatud kui keskkonnasõbralikumaid ja säästvamaid ning neid seostatakse suurema selektiivsuse ja väiksema energiatarbimisega soovitud muutuste jaoks. Selliste meetodite mehhanism põhineb akustilise kavitatsiooni nähtusel, mis indutseerib ainulaadseid rõhu ja temperatuuri tingimusi mullide moodustumise, kasvu ja adiabaatilise kokkuvarisemise kaudu vedelas keskkonnas. See efekt parandab massiülekannet ja suurendab vedelikus turbulentset voolu, hõlbustades keemilisi muundumisi. Meie uuringutes on ultraheli kasutamine viinud ühendite tootmiseni vähendatud reaktsiooniaegadel kõrge saagikuse ja puhtusega. Sellised omadused on suurendanud farmakoloogilistes mudelites hinnatud ühendite arvu, aidates kaasa plii optimeerimisprotsessi kiirendamisele.
See suure energiaga sisend mitte ainult ei suurenda mehaanilisi mõjusid heterogeensetes protsessides, vaid on ka teada, et see kutsub esile uusi reaktsioone, mis viivad ootamatute keemiliste liikide moodustumiseni. Sonokeemia teeb ainulaadseks tähelepanuväärne kavitatsiooni nähtus, mis tekitab mikromullide keskkonna lokaalselt suletud ruumis erakordseid efekte vahelduvate kõrgsurve? madala rõhu tsüklite, väga kõrge temperatuuri erinevuste, suure nihkejõu ja vedeliku voolamise tõttu.

Sonokeemiliselt edendatud organokatalüütiliste reaktsioonide eelised

Sonikatsiooni kasutatakse üha enam orgaanilises sünteesis ja katalüüsis, kuna sonokeemilised mõjud näitavad keemiliste reaktsioonide olulist intensiivistumist. Eriti võrreldes traditsiooniliste meetoditega (nt kuumutamine, segamine) on sonokeemia tõhusam, mugavam ja täpselt kontrollitav. Sonikatsioon ja sonokeemia pakuvad mitmeid suuri eeliseid, nagu suurem saagikus, ühendite suurem puhtus ja selektiivsus, lühemad reaktsiooniajad, madalamad kulud, samuti sonokeemilise protseduuri kasutamise ja käitlemise lihtsus. Need kasulikud tegurid muudavad ultraheli abil keemilised reaktsioonid mitte ainult tõhusamaks ja säästlikumaks, vaid ka keskkonnasõbralikumaks.
On tõestatud, et paljud orgaanilised reaktsioonid annavad suurema saagise lühema reaktsiooniajaga ja? või kergemates tingimustes, kui neid tehakse ultrahelitöötluse abil.

Ultraheli võimaldab lihtsaid ühe poti reaktsioone

Sonikatsioon võimaldab algatada mitmekomponentseid reaktsioone ühe poti reaktsioonidena, mis tagavad struktuurselt mitmekesiste ühendite sünteesi. Selliseid ühe poti reaktsioone hinnatakse kõrge üldise efektiivsuse ja nende lihtsuse poolest, kuna vaheühendite eraldamine ja puhastamine ei ole vajalik.

Ultraheli lainete mõju asümmeetrilistele organokatalüütilistele reaktsioonidele on edukalt rakendatud mitmesugustes reaktsioonitüüpides, sealhulgas faasiülekande katalüüsides, Hecki reaktsioonides, hüdrogeenimises, Mannichi reaktsioonides, Barbieri ja Barbieri sarnastes reaktsioonides, Diels-Alderi reaktsioonides, Suzuki sidumisreaktsioonis ja Micheali lisamises.

Leidke oma organokatalüütilise reaktsiooni jaoks ideaalne ultrasonikaator!

Hielscher Ultrasonics on teie usaldusväärne partner, kui tegemist on suure jõudlusega, kvaliteetsete ultraheli seadmetega. Hielscher projekteerib, toodab ja levitab kaasaegseid ultraheli sonde, reaktoreid ja tassi sarve sonokeemiliste rakenduste jaoks. Kõik seadmed on valmistatud ISO sertifitseeritud protseduuride kohaselt ja Saksa täpsusega suurepärase kvaliteedi saavutamiseks meie peakontoris Teltowis (Berliini lähedal), Saksamaal.
Hielscheri ultrasonikaatorite portfell ulatub kompaktsetest labori ultrasonikaatoritest kuni täielikult tööstuslike ultraheli reaktoriteni suuremahuliseks keemiliseks tootmiseks. Sondid (tuntud ka kui sonotroodid, ultraheli sarved või näpunäited), võimendussarved ja reaktorid on hõlpsasti saadaval paljudes suurustes ja geomeetriates. Kohandatud versioone saab toota ka teie vajadustele.
Kuna Hielscheri ultraheli’ Ultraheli protsessorid on saadaval igas suuruses alates väikestest laboriseadmetest kuni suurte tööstuslike protsessoriteni partii- ja voolukeemia rakenduste jaoks, suure jõudlusega ultrahelitöötlust saab hõlpsasti rakendada mis tahes reaktsiooni seadistusse. Ultraheli amplituudi täpne reguleerimine – Sonokeemiliste rakenduste kõige olulisem parameeter – võimaldab kasutada Hielscheri ultrasonikaatoreid madalatel kuni väga kõrgetel amplituudidel ja täpsustada amplituudi täpselt konkreetse keemilise reaktsioonisüsteemi nõutavate ultraheli protsessi tingimustele.
Hielscher’s ultrasonic generator feature a smart software with automatic data protocolling. All important processing parameters such as ultrasonic energy, temperature, pressure and time are automatically stored onto a built-in SD-card as soon as the device is switched on.
Protsesside jälgimine ja andmete salvestamine on olulised protsesside pideva standardimise ja toote kvaliteedi jaoks. Automaatselt salvestatud protsessiandmetele juurde pääsedes saate vaadata varasemaid ultrahelitöötluse käike ja hinnata tulemust.
Teine kasutajasõbralik funktsioon on meie digitaalsete ultraheli süsteemide brauseri kaugjuhtimispult. Brauseri kaugjuhtimispuldi kaudu saate oma ultraheli protsessorit käivitada, peatada, reguleerida ja jälgida eemalt kõikjalt.
Võtke meiega kohe ühendust, et saada lisateavet meie suure jõudlusega ultraheli homogenisaatorite kohta, mis võivad parandada teie oragnokatalüütilist sünteesireaktsiooni!

Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest: