شیمی کلیک – چگونه واکنش‌های کلیک را با فراصوت‌دهی بهبود دهیم
واکنش‌های شیمی کلیک، مانند واکنش‌های حلقه‌افزایی آزید–آلکین با کاتالیز مس (CuAAC)، می‌توانند از کاربرد فراصوت پرتوان بهرهٔ چشمگیری ببرند. اثرات سونوشیمیایی، بازده و نرخ تبدیل را افزایش می‌دهند. همچنین، کارایی کلی واکنش‌های شیمی کلیک بهبود می‌یابد. فراصوت‌دهی به‌عنوان یکی از روش‌های شیمی سبز، به انجام واکنش‌های شیمیایی کارآمدتر و سازگارتر با محیط‌زیست کمک می‌کند.
حلقه‌افزایی آزید–آلکین با کاتالیز مس و تقویت‌شده با فراصوت
حلقه‌افزایی آزید–آلکین با کاتالیز مس (CuAAC) به‌عنوان مهم‌ترین و برجسته‌ترین نمونهٔ واکنش‌های شیمی کلیک شناخته می‌شود. Cravotto و همکارانش در دانشگاه تورین (ایتالیا)، پروتکلی برای واکنش حلقه‌افزایی 1,3-دوقطبی آزیدها و آلکین‌ها به کمک فراصوت تدوین کرده‌اند که در آن از مس فلزی (Cu) به‌عنوان کاتالیزگر استفاده می‌شود. گروه آزیدو به‌آسانی در این نوع واکنش آلی شرکت می‌کند. قابلیت جفت‌شدن گروه آزیدو با آلکین‌ها در حضور Cu(I) به‌طور چشمگیری بهبود می‌یابد و فراصوت‌دهی واکنش کلیک را تقویت می‌کند.
راکتور هم‌زده‌شده با فراصوت با سونیکاتور UP200St برای تشدید واکنش‌های شیمیایی در شیمی کلیک.
- بهبود قابلیت جفت‌شدن
- بازده بیشتر
- واکنش سریع‌تر
- بهبود سینتیک واکنش
- شیمی سبز
- کاربری ساده و ایمن
شیمی کلیک تقویت‌شده با سونوشیمی: حلقه‌افزایی با فنیل‌استیلن و کاتالیز مس، به کمک فراصوت‌دهی بهبود می‌یابد.
(پژوهش و تصویر: © Cintas et al., 2010)
مزایای واکنش‌های سونوشیمیایی
سنتز فراصوتی (سونوسنتز)، به‌دلیل مزایای متعدد، به یکی از ارزشمندترین روش‌های تشدید فرایند در شیمی تبدیل شده است. واکنش‌های تقویت‌شده با سونوشیمی از نظر سرعت واکنش، بازده، سادگی اجرا، خلوص محصولات، بهره‌وری انرژی و موارد دیگر، از روش‌های متداول مبتنی بر هم‌زدن یا گرما برترند. از نظر علمی نشان داده شده است که استفاده از فراصوت پرتوان می‌تواند واکنش‌های شیمیایی را تقویت کند و زمان واکنش و نیز واکنش‌های جانبی ناخواسته را کاهش دهد. فراصوت‌دهی به‌عنوان یک منبع جایگزین و سبز انرژی، بسیاری از واکنش‌های شیمیایی را با محیط‌زیست سازگارتر می‌کند، زیرا به واکنش‌دهنده‌های کمتر، حلال‌های ملایم‌تر و انرژی کمتری نیاز است.
واکنش‌های آلی سونوشیمیایی با کاتالیز مس
اثرات سودمند فراصوت و سونوشیمی بر واکنش‌هایی که فلزات در آن‌ها دخیل‌اند، به‌خوبی شناخته شده است. فراصوت‌دهی به حذف مکانیکی لایه‌های غیرفعال‌کننده کمک می‌کند و هم انتقال جرم و هم انتقال الکترون از فلز به پذیرندهٔ آلی را افزایش می‌دهد.
سنتز کلیک به کمک فراصوت برای تهیهٔ طیف گسترده‌ای از مشتقات 1,2,3-تری‌آزول با دو جانشین در موقعیت‌های 1,4، با استفاده از مولکول‌های کوچک و نیز الیگومرهایی مانند سیکلودکسترین‌ها (CDs) به‌عنوان مواد اولیه، به کار گرفته شده است. با استفاده از این پروتکل کارآمد و سبزتر، می‌توان تمام محصولات افزایشی را در 2-4 h سنتز کرد (با احتساب عملیات پس از واکنش و بدون احتساب مشخصه‌یابی). نشان داده شده است که شیمی کلیک می‌تواند شیمی را مستقیماً به زیست‌شناسی پیوند دهد و بدین‌ترتیب به واکنشی واقعاً میان‌رشته‌ای با دامنهٔ کاربرد بسیار گسترده تبدیل شود.
(رجوع کنید به Cintas et al., 2010)
راکتور فراصوتی بسته برای واکنش‌های سونوشیمیایی، برای مثال در شیمی کلیک.
صرفه‌جویی در زمان در شیمی کلیک به‌دلیل تسریع سینتیک واکنش با فراصوت
به‌کارگیری فراصوت می‌تواند واکنش‌های شیمیایی کند را که در حالت ناپیوسته معمولاً چندین ساعت طول می‌کشند، تسریع کند. به‌دلیل بهبود چشمگیر سینتیک واکنش، زمان واکنش می‌تواند به چند دقیقه کاهش یابد. استفاده از راکتور جریان فراصوتی می‌تواند بازده را به‌طور قابل‌توجهی افزایش دهد، در زمان صرفه‌جویی کند و بدین‌ترتیب کارایی سنتزهایی را که به روش متداول کند هستند، بسیار بالا ببرد.
سونیکاتورهای با عملکرد بالا برای واکنش‌های کلیک تقویت‌شده با سونوشیمی
Hielscher Ultrasonics سونیکاتورهای پروبی با عملکرد بالا، راکتورهای سونوشیمیایی و لوازم جانبی را برای فرایندهای پیشرفتهٔ سونوشیمیایی طراحی، تولید و عرضه می‌کند. Hielscher با ارائهٔ پردازشگرهای فراصوتی در محدودهٔ 50 وات تا 16٬000 وات به‌ازای هر پروب (سونوتْرود / هورن)، می‌تواند مناسب‌ترین مجموعهٔ تجهیزات سونوشیمیایی را برای واکنش شیمیایی شما عرضه کند.
سونیکاتورهای Hielscher به کیفیت، قابلیت اطمینان و استحکام شناخته می‌شوند. Hielscher Ultrasonics شرکتی دارای گواهینامهٔ ISO است و تأکید ویژه‌ای بر سونیکاتورهای با عملکرد بالا، مجهز به فناوری روز و دارای کاربری آسان دارد. البته سونیکاتورهای Hielscher با CE مطابقت دارند و الزامات UL، CSA و RoHs را برآورده می‌کنند.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 تا 150L | 3 تا 15L/min | UIP6000hdT |
| قابل اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را برای کاربردهای اختلاط، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی و استخراج در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت و صنعتی تولید می‌کند.
منابع علمی / مراجع
- 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.
نکات دانستنی
شیمی کلیک، برندهٔ جایزهٔ نوبل شیمی 2022
شیمی کلیک، اصطلاحی که Sharpless و همکارانش در 2001 ابداع کردند، مفهومی است که برای دسته‌ای از واکنش‌های تقریباً بی‌نقص پیشنهاد شده است. این واکنش‌ها بسیار مؤثرند، اقتصاد اتمی بالایی دارند، دامنهٔ کاربردشان گسترده است و ویژگی فضایی دارند (اما لزوماً انانتیوگزین نیستند). آن‌ها فقط محصولات جانبی بی‌ضرری تولید می‌کنند که به‌آسانی حذف می‌شوند و تنها به شرایط سادهٔ واکنش، واکنش‌دهنده‌های به‌آسانی در دسترس و روش‌های سادهٔ جداسازی محصول نیاز دارند.
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در ابعاد آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.