כימיית קליק – כיצד לשפר תגובות קליק באמצעות סוניקציה
תגובות כימיית קליק, כגון תגובות ציקלואדיציה של אזיד ואלקין בקטליזת נחושת (CuAAC), יכולות להפיק תועלת רבה מיישום אולטרסאונד בעוצמה גבוהה. השפעות סונוכימיות מגדילות את הניצולת ואת שיעור ההמרה. בנוסף, היעילות הכוללת של תגובות כימיית קליק משתפרת. כטכניקה של כימיה ירוקה, טיפול אולטרסוני תורם לתגובות כימיות יעילות יותר וידידותיות יותר לסביבה.
ציקלואדיציה של אזיד ואלקין בקטליזת נחושת המקודמת באמצעות אולטרסאונד
ציקלואדיציה של אזיד ואלקין בקטליזת נחושת (CuAAC) ידועה כדוגמה החשובה והבולטת ביותר לתגובות כימיית קליק. Cravotto ועמיתיו מאוניברסיטת טורינו (איטליה) פיתחו פרוטוקול לתגובת ציקלואדיציה 1,3-דיפולרית של אזידים ואלקינים בסיוע אולטרסאונד, תוך שימוש בנחושת מתכתית (Cu) כזרז. קבוצת האזידו משתתפת בקלות בסוג זה של תגובה אורגנית. יכולת הצימוד של קבוצת האזידו לאלקינים משתפרת במידה ניכרת בנוכחות Cu(I), וכן סוניקציה מקדמת את תגובת הקליק.
ריאקטור המעורבל באמצעות אולטרסאונד עם המכשיר האולטרסוני UP200St להעצמת תגובות כימיות בכימיית קליק.
- יכולת צימוד משופרת
- ניצולות גבוהות יותר
- תגובה מהירה יותר
- קינטיקת תגובה משופרת
- כימיה ירוקה
- הפעלה פשוטה ובטוחה
כימיית קליק המשופרת באמצעים סונוכימיים: הציקלואדיציה עם פנילאצטילן בקטליזת נחושת משתפרת באמצעות טיפול אולטרסוני.
(מחקר ותרשים: © Cintas et al., 2010)
יתרונות של תגובות סונוכימיות
סינתזה אולטרסונית (סונו-סינתזה) הפכה לאחת מטכניקות העצמת התהליכים המוערכות ביותר בכימיה בזכות יתרונותיה הרבים. תגובות המקודמות באמצעים סונוכימיים עולות על שיטות קונבנציונליות המבוססות על ערבול או חימום מבחינת קצב התגובה, הניצולת, פשטות ההפעלה, טוהר התוצרים, היעילות האנרגטית ועוד. הוכח מדעית כי השימוש באולטרסאונד בעוצמה גבוהה יכול לקדם תגובות כימיות ולהפחית הן את זמן התגובה והן תגובות לוואי בלתי רצויות. כמקור אנרגיה ירוק חלופי, סוניקציה הופכת תגובות כימיות רבות לידידותיות יותר לסביבה, שכן נדרשים פחות מגיבים, ממסים מתונים יותר ופחות אנרגיה.
תגובות אורגניות סונוכימיות בקטליזת נחושת
ההשפעות המועילות של אולטרסאונד וסונוכימיה על תגובות המערבות מתכות מוכרות היטב. סוניקציה מקדמת הסרה מכנית של שכבות פסיבציה ומשפרת הן את מעבר המסה והן את מעבר האלקטרונים מהמתכת לקולטן האורגני.
סינתזת קליק בסיוע אולטרסאונד יושמה להכנת מגוון רחב של נגזרות של 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole, תוך שימוש הן במולקולות קטנות והן באוליגומרים כגון ציקלודקסטרינים (CDs) כחומרי מוצא. באמצעות פרוטוקול יעיל וירוק יותר זה, ניתן לסנתז את כל תוצרי הסיפוח בתוך 2–4 h (כולל עיבוד תערובת התגובה וללא אפיון). הוכח כי כימיית קליק מסוגלת לקשר ישירות בין כימיה לביולוגיה, ובכך להפוך לתגובה בין-תחומית של ממש בעלת תחולת יישום רחבה ביותר.
(ראו Cintas et al., 2010)
ריאקטור אולטרסוני סגור לתגובות סונוכימיות, למשל בכימיית קליק.
כימיית קליק החוסכת זמן בזכות קינטיקת תגובה המואצת באמצעות אולטרסאונד
יישום אולטרסאונד יכול להאיץ תגובות כימיות איטיות, הנמשכות בדרך כלל כמה שעות במצב אצווה. בזכות השיפור הניכר בקינטיקת התגובה, ניתן לקצר את זמן התגובה לכמה דקות. שימוש בריאקטור זרימה אולטרסוני יכול לשפר במידה ניכרת את הניצולות, לחסוך זמן ובכך להביא ליעילות רבה של סינתזות שבשיטות המקובלות הן איטיות.
מכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים לתגובות קליק המשופרות באמצעים סונוכימיים
Hielscher Ultrasonics מתכננת, מייצרת ומפיצה מכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים מסוג גשושית, ריאקטורים סונוכימיים ואביזרים לתהליכים סונוכימיים מתקדמים. עם מעבדים אולטרסוניים בהספקים הנעים בין 50 ואט ל-16,000 ואט לכל גשושית (סונוטרודה / קרן), Hielscher יכולה להציע לכם את המערך הסונוכימי המתאים ביותר לתגובה הכימית שלכם.
המכשירים האולטרסוניים של Hielscher מוכרים בזכות איכותם, אמינותם ועמידותם. Hielscher Ultrasonics היא חברה בעלת הסמכת ISO, והיא שמה דגש מיוחד על מכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים, המשלבים טכנולוגיה מתקדמת ביותר וידידותיות למשתמש. כמובן, המכשירים האולטרסוניים של Hielscher תואמים לדרישות CE ועומדים בדרישות UL, CSA ו-RoHs.
הטבלה שלהלן מציגה את כושר העיבוד המשוער של המכשירים האולטרסוניים שלנו:
| נפח אצווה | ספיקת זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500mL | 10 עד 200mL/min | UP100H |
| 10 עד 2000mL | 20 עד 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 עד 20L | 0.2 עד 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 עד 100L | 2 עד 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 עד 150L | 3 עד 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 עד 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | גבוהה יותר | אשכול של UIP16000 |
צרו איתנו קשר! / שאלו אותנו!
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים ליישומי ערבוב, פיזור, תחלוב ומיצוי בקנה מידה מעבדתי, פיילוט ותעשייתי.
ספרות / מקורות
- 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.
עובדות שכדאי לדעת
כימיית קליק זכתה בפרס נובל לכימיה לשנת 2022
כימיית קליק, מונח שטבעו Sharpless ועמיתיו בשנת 2001, היא מושג שהוצע לקבוצת תגובות כמעט מושלמות, שהן יעילות ביותר ובעלות חסכוניות אטומית גבוהה, בעלות תחולה רחבה וסטריאוספציפיות (אך לא בהכרח אננטיוסלקטיביות), יוצרות רק תוצרי לוואי בלתי מזיקים שניתן להסיר בקלות, ודורשות רק תנאי תגובה פשוטים וכן מגיבים זמינים ונהלים פשוטים לבידוד התוצרים.
