Klik-kemija – Kako poboljšati klik-reakcije sonikacijom

Reakcije klik-kemije, poput bakrom katalizirane azid-alkinske cikloadicije (CuAAC), mogu imati velike koristi od primjene ultrazvuka velike snage. Sonokemijski učinci povećavaju prinos i stupanj konverzije. Osim toga, poboljšava se ukupna učinkovitost reakcija klik-kemije. Kao tehnika zelene kemije, ultrazvučna obrada pridonosi učinkovitijim i ekološki prihvatljivijim kemijskim reakcijama.

Ultrazvučno potpomognuta bakrom katalizirana azid-alkinska cikloadicija

Bakrom katalizirana azid-alkinska cikloadicija (CuAAC) poznata je kao najvažniji i najistaknutiji primjer reakcija klik-kemije. Cravotto i suradnici sa Sveučilišta u Torinu (Italija) razvili su protokol za ultrazvučno potpomognutu reakciju 1,3-dipolarne cikloadicije azida i alkina uz uporabu metalnog bakra (Cu) kao katalizatora. Azido-skupina lako sudjeluje u ovoj vrsti organske reakcije. Sposobnost povezivanja azido-skupine s alkinima znatno se poboljšava u prisutnosti Cu(I), a sonikacija potiče klik-reakciju.

Ultrazvučno miješani reaktor za sonokemijske primjene, uključujući reakcije klik-kemije.

Ultrazvučno miješani reaktor s ultrazvučnim uređajem UP200St za intenziviranje kemijskih reakcija u klik-kemiji.

Prednosti sonokemijski poboljšane klik-kemije

poboljšana sposobnost povezivanja
veći prinosi
brža reakcija
poboljšana kinetika reakcije
zelena kemija
jednostavan i siguran rad

Reakcije klik-kemije imaju velike koristi od sonokemijske obrade. Sonikacija povećava prinos reakcija cikloadicije i ubrzava reakcije.

Sonokemijski poboljšana klik-kemija: ultrazvučna obrada poboljšava bakrom kataliziranu cikloadiciju s fenilacetilenom.
(Istraživanje i grafički prikaz: © Cintas i sur., 2010)

Prednosti sonokemijskih reakcija

Ultrazvučna sinteza (sonosinteza) postala je jedna od najcjenjenijih tehnika intenziviranja u kemiji zahvaljujući brojnim prednostima. Sonokemijski potpomognute reakcije nadmašuju konvencionalne metode koje se temelje na miješanju ili zagrijavanju u pogledu brzine reakcije, prinosa, jednostavnosti rada, čistoće proizvoda, energetske učinkovitosti itd. Znanstveno je dokazano da primjena ultrazvuka velike snage može potaknuti kemijske reakcije te skratiti vrijeme reakcije i smanjiti neželjene sporedne reakcije. Kao alternativni zeleni izvor energije, sonikacija mnoge kemijske reakcije čini ekološki prihvatljivijima jer su potrebne manje količine reaktanata, blaža otapala i manje energije.

U ovom je videozapisu ultrazvučni homogenizator Hielscher UP200St snage 200 vata sa sonotrodom od 7mm montiran na standardni stakleni priključak na dnu staklenog reaktora. Može se montirati vodoravno, okomito ili u bilo kojem drugom smjeru. Na jednu reaktorsku posudu može se montirati više ultrazvučnih sondi – primjerice na različitim visinama. Često se prednost daje ugradnji sa strane ili s dna jer bolje funkcionira pri promjenjivim razinama tekućine. Ultrazvučno miješanje može se kombinirati s konvencionalnim miješalicama s gornjim pogonom.

Sonokemijske organske reakcije katalizirane bakrom

Povoljni učinci ultrazvuka i sonokemije na reakcije u kojima sudjeluju metali dobro su poznati. Sonikacija potiče mehaničko uklanjanje pasivacijskih slojeva te poboljšava i prijenos tvari i prijenos elektrona s metala na organski akceptor.
Ultrazvučno potpomognuta klik-sinteza primjenjuje se za pripravu širokog raspona derivata spoja 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole, polazeći i od malih molekula i od oligomera poput ciklodekstrina (CDs). Ovim učinkovitim i ekološki prihvatljivijim protokolom svi se adukti mogu sintetizirati za 2–4 h (uključujući obradu reakcijske smjese, a isključujući karakterizaciju). Pokazalo se da klik-kemija može izravno povezati kemiju s biologijom, čime postaje istinski interdisciplinarna reakcija s iznimno širokom primjenjivošću.
(usp. Cintas i sur., 2010)

Zatvoreni šaržni reaktor za ultrazvučne uređaje Hielscher: ovaj je reaktor idealan za sonokemijske reakcije, uključujući klik-kemiju, cikloadiciju, organske kemijske reakcije i druge vrste reakcija.

Zatvoreni ultrazvučni reaktor za sonokemijske reakcije, npr. u klik-kemiji.

Ušteda vremena u klik-kemiji zahvaljujući ultrazvučno ubrzanoj kinetici reakcije

Primjena ultrazvuka može ubrzati spore kemijske reakcije koje u šaržnom radu obično traju nekoliko sati. Zahvaljujući znatno poboljšanoj kinetici reakcije, vrijeme reakcije može se skratiti na nekoliko minuta. Uporaba ultrazvučnog protočnog reaktora može znatno povećati prinose, uštedjeti vrijeme i time omogućiti veliku učinkovitost sinteza koje su u konvencionalnim uvjetima spore.

Ultrazvučni uređaji visokih performansi za sonokemijski poboljšane klik-reakcije

Hielscher Ultrasonics projektira, proizvodi i distribuira ultrazvučne uređaje visokih performansi sa sondom, sonokemijske reaktore i pribor za sofisticirane sonokemijske procese. S ultrazvučnim procesorima snage od 50 vata do 16.000 vata po sondi (sonotrodi / rogu), Hielscher vam može ponuditi najprikladniju sonokemijsku konfiguraciju za vašu kemijsku reakciju.
Ultrazvučni uređaji Hielscher poznati su po svojoj kvaliteti, pouzdanosti i robusnosti. Hielscher Ultrasonics tvrtka je s ISO certifikatom koja poseban naglasak stavlja na ultrazvučne uređaje visokih performansi s najsuvremenijom tehnologijom i jednostavnom uporabom. Naravno, ultrazvučni uređaji Hielscher sukladni su zahtjevima CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.

Tablica u nastavku daje okvirni prikaz približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Volumen šarže	Protok	Preporučeni uređaji
1 do 500mL	10 do 200mL/min	UP100H
10 do 2000mL	20 do 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 do 20L	0,2 do 4L/min	UIP2000hdT
10 do 100L	2 do 10L/min	UIP4000hdT
15 do 150L	3 do 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 do 100L/min	UIP16000
n.a.	veći	skupina uređaja UIP16000

Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!

Ultrazvučni homogenizatori s visokim smicanjem upotrebljavaju se za laboratorijsku, stolnu, pilotnu i industrijsku obradu.

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje, dispergiranje, emulgiranje i ekstrakciju u laboratorijskom, pilotnom i industrijskom mjerilu.

Povezane teme

Literatura / Reference

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.

Korisne činjenice

Klik-kemija nagrađena Nobelovom nagradom za kemiju 2022.

Klik-kemija, naziv koji su skovali Sharpless i suradnici 2001. godine, koncept je predložen za skupinu gotovo savršenih reakcija koje su vrlo učinkovite, imaju visoku atomsku ekonomičnost i široko područje primjene te su stereospecifične (ali ne nužno enantioselektivne), stvaraju samo neškodljive nusproizvode koji se mogu lako ukloniti i zahtijevaju samo jednostavne reakcijske uvjete, lako dostupne reaktante i jednostavne postupke izolacije proizvoda.

Ultrazvučna tehnologija visokih performansi! Asortiman proizvoda Hielscher obuhvaća cijeli raspon, od kompaktnog laboratorijskog ultrazvučnog uređaja preko stolnih jedinica do potpuno industrijskih ultrazvučnih sustava.

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorijske do industrijske veličine.