בכימיה אורגנית, organocatalysis הוא צורה של קטליזה שבה קצב התגובה הכימית גדל על ידי זרז אורגני. זה “organocatalyst” מורכב פחמן, מימן, גופרית ואלמנטים לא-מטאליים אחרים הנמצאים בתרכובות אורגניות. היישום של אולטרסאונד בהספק גבוה למערכות כימיות ידוע בשם sonochemistry וטכניקה מבוססת היטב כדי להגדיל את התשואות, לשפר את שיעורי התגובה ולהאיץ את מהירות התגובה. תחת sonication, זה הופך להיות לעתים קרובות אפשרי לעבור מסלולים כימיים הימנעות תוצרי לוואי לא רצויים. סונוכימיה יכולה לקדם תגובות אורגנוקטיות מה שהופך אותם ליעילים וידידותיים יותר לסביבה.

אורגנוקטליזה אסימטרית – משופר על ידי Sonication

Sonochemistry, היישום של אולטרסאונד ביצועים גבוהים לתוך מערכות כימיות, יכול לשפר תגובות organocatalytic באופן משמעותי. organocatalysis אסימטרי בשילוב עם ultrasonication לעתים קרובות מאפשר להפוך organocatalysis למסלול סביבתי ידידותי יותר, ובכך נופל תחת המינוח של כימיה ירוקה. Sonication מאיצה תגובה אורגנית (אסימטרית) ומובילה לתשואות גבוהות יותר, שיעורי המרה מהירים יותר, בידוד/טיהור מוצרים קלים יותר, וסלקטיביות ותגובה משופרת. לצד תרומה לשיפור של קינטיקה התגובה ואת התשואה, ultrasonication יכול להיות משולב לעתים קרובות עם ממיסים תגובה בת קיימא, כגון נוזלים יוניים, ממיסים eutectic עמוק, ממיסים קלים, לא רעילים, ומים. ובכך, סונוכימיה לא רק משפרת את התגובה האורגנוקטלית (האסימטרית) עצמה, אלא גם מסייעת לקיימות של תגובות אורגנוקטיות.

מחקרים הראו דוגמאות רבות לתגובות אורגנוקטליטיות מוגברות מבחינה סונוכימית. לדוגמה, מולקולות DNA נטושות כפולות כפיגום כיראלי משמשות על מנת להרכיב זרזים היברידיים מתכת-ביו-קמקרומולקולה לתגובות סינתזה אסימטריות. זרזים מבוססי דנ"א G-quadruplex יושמו בנוסף מיכאל אסימטרי, דילס-אלדר ופרידל-קרפטס תגובות. (cf. זאו ושן, 2018)
עבור תגובה מקודמת inidium, sonication מראה השפעות מועילות מאז התגובה sonochemicaled מונעת סונוכימית פועל בתנאים מתונים יותר, ובכך שמירה על רמות גבוהות של דיאסטרוזלקציה. באמצעות המסלול sonochemical, תוצאות טובות על סינתזה organocatalytic של פחמימות β-לקטם, חומצת אמינו β ו spirodiketopiperazines מקטונים סוכר, כמו גם תגובות allylation ו Reformatsky על אתרי אוקסימה הושגו.

סינתזת סמים אורגניאוקטלטית מקודמת באולטרסאונד

Rogozińska-Szymczak ו Mlynarski (2014) לדווח על תוספת מיכאל אסימטרי של 4-הידרוקסיקומארין כדי α,β קטונים בלתי רוויים על מים ללא ממיסים משותפים אורגניים – זרז על ידי אמינים ראשוניים אורגניים sonication. היישום של טהור enantiomerically (S,S)-diphenylethylenediamine מאפשר סדרה של תרכובות חשובות פעילות פרמצבטית בתשואות טובות עד מצוינות (73-98%) ועם enantioselectivities טוב (עד 76% ee) באמצעות תגובות מואצות על ידי אולטרסאונד. החוקרים מציגים פרוטוקול סונוכימי יעיל להיווצרות 'מוצקים על מים' של קומדין נוגד קרישה בשתי הצורות האננטיומריות. תגובה אורגניוקאטליטית ידידותית לסביבה זו אינה רק מדרגית, אלא גם מניבה את מולקולת תרופת היעד בצורה טהורה אננטיומרית.

אפוקסידיקציה סונוכימית של טרפנים

Charbonneau ואח ' (2018) הדגים את אפוקסידיזציה מוצלחת של טרפנים תחת sonication. אפוקסידיקציה קונבנציונלית דורשת שימוש בזרז, אבל עם sonication אפוקסידיציה פועל כתגובה ללא זרז.
לימונן דו-חמצני היא מולקולת ביניים מרכזית להתפתחות פוליקרבונטים ביובסטיים או פוליאורתנים שאינם חברתיים. Sonication מאפשר את הזרז אפוקסידיקציה חופשית של טרפנים בתוך זמן תגובה קצר מאוד – יחד עם זאת נותן תשואות טובות מאוד. על מנת להדגים את האפקטיביות של אפוקסידיקציה קולית, צוות המחקר השווה את אפוקסידיקציה של limonene ללימוזינה דו חמצנית באמצעות דימתיל דיוקסירן שנוצר במקום כסוכן חמצון תחת תסיסה קונבנציונלית ו ultrasonication. עבור כל ניסויי sonication מעבדת Hielscher UP50H (50W, 30kHz) שומש.

הזמן הנדרש כדי להמיר לחלוטין לימונן דו תחמוצת הלימוזינה עם תפוקה של 100% תחת sonication היה רק 4.5 דקות בטמפרטורת החדר. לשם השוואה, כאשר נעשה שימוש בתסיסה קונבנציונלית באמצעות מערבל מגנטי, הזמן הנדרש כדי להגיע לתשואה של 97% של לימון דו חמצני היה 1.5 שעות. אפוקסידיציה של α אורן נחקר גם באמצעות שתי טכניקות תסיסה. אפוקסידיקציה של α-אורן לתחמוצת α-אורן תחת sonication נדרש רק 4 דקות עם תשואה שהושגה של 100%, בעוד בהשוואה לשיטה הקונבנציונלית זמן התגובה היה 60 דקות. באשר לטרפנים אחרים, β-אורן הומר תחמוצת β אורן תוך 4 דקות בלבד ואילו פרנסול הניב 100% מהטריפוקסיד ב -8 דקות. Carveol, נגזרת לימונן, הוסב לפחמן דו חמצני עם תשואה של 98%. בתגובת אפוקסידציה של קארפון באמצעות דימתיל דיוקסירן ההמרה הייתה 100% ב 5 דקות לייצר תחמוצת 7,8 גילוון.
היתרונות העיקריים של אפוקסידיקציה terpene sonochemical הם האופי הידידותי לסביבה של הסוכן חמצון (כימיה ירוקה) כמו גם זמן התגובה מופחת באופן משמעותי ביצוע חמצון זה תחת תסיסה קולית. שיטת אפוקסידיקציה זו אפשרה להגיע 100% המרה של limonene עם תשואה של 100% של לימון דו חמצני רק 4.5 דקות לעומת 90 דקות כאשר תסיסה מסורתית משמשת. יתר על כן, לא נמצאו מוצרי חמצון של לימונן, כגון גילופון, קרבול ואלכוהול פריליאל, במדיום התגובה. אפוקסידיציה של α אורן תחת אולטרסאונד נדרש רק 4 דקות, מניב 100% של תחמוצת α אורן ללא חמצון של הטבעת. טרפנים אחרים כגון β-אורן, פרנסול, ו carveol היו גם חמצון, מה שמוביל תשואות אפוקסיד גבוה מאוד.

השפעות sonochemical

כחלופה לשיטות קלאסיות, נעשה שימוש בפרוטוקולים מבוססי סונוכימיים כדי להגדיל את שיעורי התגובות במגוון רחב, וכתוצאה מכך מוצרים שנוצרו בתנאים מתונים יותר עם ירידה משמעותית בזמני התגובה. שיטות אלה תוארו כידידותיות יותר לסביבה וברות קיימא ומזויפות לסלקטיביות רבה יותר ולצריכת אנרגיה נמוכה יותר עבור התמורות הרצויות. המנגנון של שיטות כאלה מבוסס על תופעה של cavitation אקוסטי, אשר גורמת לתנאים ייחודיים של לחץ וטמפרטורה באמצעות היווצרות, צמיחה, קריסה אדיאבטית של בועות במדיום הנוזלי. אפקט זה משפר את העברת ההמונים ומגביר את הזרימה הסוערת בנוזל, מה שמקל על התמורות הכימיות. במחקרים שלנו, השימוש באולטרסאונד הוביל לייצור תרכובות בזמני תגובה מופחתים עם תשואות גבוהות וטוהר. מאפיינים כאלה הגדילו את מספר התרכובות המוערכים במודלים פרמקולוגיים, ותרמו להאצת הלהיט לתהליך אופטימיזציית עופרת.
לא רק זה קלט אנרגיה גבוהה יכול לשפר את ההשפעות המכניות בתהליכים הטרוגניים, אבל זה ידוע גם לגרום הפעלה מחדש חדשה המובילה להיווצרות של מינים כימיים בלתי צפויים. מה שמייחד את הסונוכימיה הוא התופעה המדהימה של cavitation, אשר מייצרת במרחב מוגבל מקומי של סביבת מיקרו-בועה השפעות יוצאות דופן עקב מחזורים לסירוגין בלחץ גבוה / בלחץ נמוך, הפרשי טמפרטורה גבוהים מאוד, כוחות גיזה גבוהה, וזרימה נוזלית.

היתרונות של תגובות אורגניות מקודמות סונוכימיות

Sonication משמש יותר ויותר סינתזה אורגנית קטליזה מאז אפקטים סונוכימיים להראות התעצמות משמעותית של תגובות כימיות. במיוחד בהשוואה לשיטות מסורתיות (למשל, חימום, ערבוב), סונוכימיה יעילה יותר, נוחה וניתן לשליטה מדויקת. Sonication וסונוכימיה מציעים מספר יתרונות עיקריים כגון תשואות גבוהות יותר, טוהר מוגבר של התרכובות וסלקטיביות, זמני תגובה קצרים יותר, עלויות נמוכות יותר, כמו גם את הפשטות בתפעול וטיפול בהליך sonochemical. גורמים מועילים אלה להפוך תגובות כימיות בסיוע באולטרסאונד לא רק יעילות יותר חוסך, אלא גם ידידותי לסביבה.
תגובות אורגניות רבות הוכחו לתת תשואות גבוהות יותר בזמן תגובה קצר יותר ו / או בתנאים מתונים יותר כאשר מבוצע באמצעות sonication.

Ultrasonication מאפשר תגובות פשוטות בסיר אחד

Sonication מאפשר ליזום תגובות multicomponent כמו תגובות סיר אחד המספקים את הסינתזה של תרכובות מגוונות מבחינה מבנית. תגובות כאלה של סיר אחד מוערכים ליעילות כוללת גבוהה והפשטות שלהן מכיוון שאין צורך בבידוד וטיהור של מתווכים.

ההשפעות של גלי אולטרסאונד על תגובות organocatalytic אסימטרי יושמו בהצלחה בסוגי תגובה שונים כולל זרזים העברת פאזה, תגובות הק, הידרוגנציה, תגובות מאניץ ', תגובות דמויי Barbier ו Barbier, תגובות דילס-אלדר, תגובת זיווג סוזוקי, ונוסף מיכאל.

מצא את ultrasonicator האידיאלי עבור התגובה האורגנוקטית שלך!

Hielscher אולטרסוניקה הוא השותף המהימן שלך כשמדובר ביצועים גבוהים, ציוד קולי באיכות גבוהה. Hielscher מתכננת, מייצרת ומפיצה בדיקות אולטרה סאונד חדישות, כורים וקרני עבור יישומים סונוכימיים. כל הציוד מיוצר על פי נהלים מוסמכים ISO ועם דיוק גרמני לאיכות מעולה במטה שלנו בטלטו (ליד ברלין), גרמניה.
הפורטפוליו של אולטראסאונדטורים Hielscher נע בין ultrasonicators מעבדה קומפקטית לכורים קוליים תעשייתיים לחלוטין לייצור כימי בקנה מידה גדול. בדיקות (הידוע גם בשם sonotrodes, קרניים קוליות או טיפים), קרני האצה, וכורים זמינים בגדלים וגיאומטריות רבים. ניתן לייצר גירסאות מותאמות אישית גם עבור הדרישות שלך.
מאז הירושר אולטרסוניקה’ מעבדי אולטרה סאונד זמינים בכל גודל ממכשירי מעבדה קטנים למעבדים תעשייתיים גדולים עבור יישומי כימיה אצווה וזרימה, sonication ביצועים גבוהים ניתן ליישם בקלות לתוך כל הגדרת תגובה. התאמה מדויקת של משרעת קולית – הפרמטר החשוב ביותר עבור יישומים סונוכימיים – מאפשר להפעיל Hielscher ultrasonicators ב משרעת נמוכה עד גבוהה מאוד כדי לכוונן את המשרעת בדיוק לתנאי התהליך הקולי הנדרשים של מערכת התגובה הכימית הספציפית.
הגנרטור הקולי של Hielscher תכונה תוכנה חכמה עם פרוטוקול נתונים אוטומטי. כל פרמטרי העיבוד החשובים כגון אנרגיה קולית, טמפרטורה, לחץ וזמן מאוחסנים באופן אוטומטי על כרטיס SD מובנה ברגע שהמכשיר מופעל.
ניטור תהליכים ורישום נתונים חשובים לתקינה רציפה של תהליכים ולאיכות המוצר. על-ידי גישה לנתוני התהליך המתועדים באופן אוטומטי, באפשרותך לשנות ריצות sonication קודמות ולהעריך את התוצאה.
תכונה נוספת ידידותית למשתמש היא השליטה מרחוק בדפדפן של המערכות הקוליות הדיגיטליות שלנו. באמצעות שלט דפדפן מרוחק אתה יכול להתחיל, לעצור, להתאים ולנטר את המעבד הקולי שלך מרחוק מכל מקום.
צור קשר עכשיו כדי ללמוד עוד על homogenizers קולי ביצועים גבוהים שלנו יכול לשפר את תגובת הסינתזה האורגנוקטליטית שלך!

הטבלה להלן נותן לך אינדיקציה של יכולת עיבוד משוער של ultrasonicators שלנו: