Szonikálással támogatott organokatalitikus reakciók

A szerves kémia területén az organocatalysis a katalízis egyik formája, amelyben a kémiai reakció sebességét szerves katalizátor növeli. Ez “szerves katalizátor” szénből, hidrogénből, kénből és más, szerves vegyületekben található nemfémes elemekből áll. A nagy teljesítményű ultrahang kémiai rendszerekre történő alkalmazása sonochemistry néven ismert, és jól bevált technika a hozamok növelésére, a reakciósebesség javítására és a reakciósebesség felgyorsítására. Az ultrahangos kezelés alatt gyakran lehetővé válik a kémiai útvonalak váltása, elkerülve a nem kívánt melléktermékeket. A sonokémia elősegítheti a szerves katalitikus reakciókat, hatékonyabbá és környezetbarátabbá téve őket.

Aszimmetrikus organocatalysis – Javítva szonikálással

A sonokémia, a nagy teljesítményű ultrahang kémiai rendszerekbe történő alkalmazása jelentősen javíthatja a szerves katalitikus reakciókat. Az ultrahanggal kombinált aszimmetrikus organocatalysis gyakran lehetővé teszi a szerves okalízis környezetbarátabb útvonalra történő átalakítását, ezáltal a zöld kémia terminológiájába tartozik. A szonikálás felgyorsítja az (aszimmetrikus) organokalitikus reakciót, és magasabb hozamhoz, gyorsabb konverziós sebességhez, könnyebb termékszigeteléshez / tisztításhoz, valamint jobb szelektivitáshoz és reakcióképességhez vezet. Amellett, hogy hozzájárul a reakciókinetika és a hozam javításához, az ultrahangos kezelés gyakran kombinálható fenntartható reakció oldószerekkel, például ionos folyadékokkal, mély eutektikus oldószerekkel, enyhe, nem mérgező oldószerekkel és vízzel. Ezáltal a sonochemistry nemcsak javítja az (aszimmetrikus) szerves okatlitikus reakciót, hanem segíti a szerves katalitikus reakciók fenntarthatóságát is.

A kutatások sokféle példát mutattak a szonokémiailag fokozott oragnokatalitikus reakciókra. Például kettős szálú DNS-molekulákat használnak királis állványként fém-biomakromolekula hibrid katalizátorok összeállítására aszimmetrikus szintézisreakciókhoz. G-kvadruplex DNS-alapú katalizátorokat alkalmaztunk aszimmetrikus Michael addíciós, Diels-Alder és Friedel-Crafts reakciókban. (vö. Zhao és Shen, 2018)
Az inidium által támogatott reakció esetén az ultrahangozás jótékony hatásokat mutat, mivel a szonokémiailag vezérelt reakció enyhébb körülmények között fut, ezáltal megőrizve a diasteroszelekció magas szintjét. A szonokémiai útvonal alkalmazásával jó eredményeket értek el a β-laktám szénhidrátok, a β-aminosav és a spirodiketopiperazinok szerves katalitikus szintézisében a cukor laktonokból, valamint allilációs és Reformatsky reakciókat oxim-étereken.

Ultrahanggal támogatott szerves katalitikus gyógyszerszintézis

Rogozińska-Szymczak és Mlynarski (2014) beszámolnak a 4-hidroxi-kumarin aszimmetrikus Michael hozzáadásáról α,β-telítetlen ketonokhoz szerves társoldószerek nélküli vízben – szerves primer aminok és szonikálás katalizálja. Az enantiomerikusan tiszta (S,S)-difeniletilén-diamin alkalmazása számos fontos gyógyszerészetileg aktív vegyületet biztosít jó vagy kiváló hozamban (73–98%) és jó enantioszektivitással (akár 76% ee) ultrahanggal gyorsított reakciók révén. A kutatók hatékony szonokémiai protokollt mutatnak be az antikoaguláns warfarin "szilárd anyagok a vízen" képződésére mindkét enantiomer formában. Ez a környezetbarát szerves katalitikus reakció nemcsak skálázható, hanem enantiomerikusan tiszta formában is létrehozza a célgyógyszermolekulát.

A terpének szonokémiai epoxidációja

Charbonneau et al. (2018) a terpének sikeres epoxidációját szonikálás alatt demostálta. A hagyományos epoxidációhoz katalizátor használata szükséges, de szonikálással az epoxidáció katalizátormentes reakcióként fut.
A limonén-dioxid kulcsfontosságú közbenső molekula a bioalapú polikarbonátok vagy nemizocianát poliuretánok kifejlesztéséhez. Sonication lehetővé teszi a katalizátor szabad epoxidáció terpének egy nagyon rövid reakcióidő alatt – Ugyanakkor nagyon jó hozamot ad. Annak érdekében, hogy bemutassa az ultrahangos epoxidáció hatékonyságát, a kutatócsoport összehasonlította a limonén epoxidációját limonén-dioxiddal, in-situ előállított dimetil-dioxiránnal, mint oxidálószerrel mind a hagyományos keverés, mind az ultrahangos kezelés során. Minden szonikációs vizsgálathoz a Hielscher UP50H (50W, 30kHz) laboratóriumi ultrasonicator használták.

A limonén limonén-dioxiddá történő teljes átalakításához szükséges idő 100% -os hozammal szonikálás alatt csak 4,5 perc volt szobahőmérsékleten. Összehasonlításképpen, amikor hagyományos keverést alkalmazunk mágneses keverővel, a 97% -os limonén-dioxid hozam eléréséhez szükséges idő 1,5 óra volt. A α-pinén epoxidációját mindkét keverési technikával tanulmányozták. A α-pinén epoxidációja α-pinén-oxiddá szonikálás alatt csak 4 percet igényelt, 100% -os hozammal, míg a hagyományos módszerrel összehasonlítva a reakcióidő 60 perc volt. Ami a többi terpént illeti, a β-pinént mindössze 4 perc alatt alakították át β-pinén-oxiddá, míg a farnezol a triepoxid 100% -át 8 perc alatt termelte. A karveolt, egy limonénszármazékot karveol-dioxiddá alakítottuk át 98% -os hozammal. A karvon dimetil-dioxiránnal történő epoxidációs reakciójában az átalakulás 5 perc alatt 100% volt, 7,8-karvon-oxidot képezve.
A szonokémiai terpén epoxidáció fő előnyei az oxidálószer környezetbarát jellege (zöld kémia), valamint a jelentősen csökkentett reakcióidő, amely ezt az oxidációt ultrahangos keverés alatt végzi. Ez az epoxidációs módszer lehetővé tette a limonén 100% -os átalakítását 100% -os limonén-dioxid hozammal mindössze 4,5 perc alatt, szemben a hagyományos keverés 90 percével. Továbbá a reakcióközegben nem találtak limonén oxidációs termékeket, például karvont, karveolt és perrilil-alkoholt. A α-pinén ultrahang alatt történő epoxidációja mindössze 4 percet vett igénybe, így a gyűrű oxidációja nélkül 100% α-pinén-oxidot eredményezett. Más terpének, például β-pinén, farnezol és karveol is oxidálódtak, ami nagyon magas epoxid-hozamhoz vezetett.

Sonokémiai hatások

A klasszikus módszerek alternatívájaként szonokémiai alapú protokollokat alkalmaztak a reakciók széles skálájának sebességének növelésére, ami enyhébb körülmények között előállított termékeket eredményezett, jelentősen csökkentve a reakcióidőt. Ezeket a módszereket környezetbarátabbnak és fenntarthatóbbnak írták le, és nagyobb szelektivitással és alacsonyabb energiafogyasztással járnak a kívánt átalakításokhoz. Az ilyen módszerek mechanizmusa az akusztikus kavitáció jelenségén alapul, amely egyedülálló nyomás- és hőmérsékleti feltételeket indukál a buborékok kialakulásával, növekedésével és adiabatikus összeomlásával a folyékony közegben. Ez a hatás javítja a tömegátadást és növeli a turbulens áramlást a folyadékban, megkönnyítve a kémiai átalakulásokat. Vizsgálatainkban az ultrahang használata olyan vegyületek előállításához vezetett, amelyek csökkentett reakcióidőben, magas hozammal és tisztasággal rendelkeznek. Ezek a jellemzők növelték a farmakológiai modellekben értékelt vegyületek számát, hozzájárulva a találat az ólom optimalizálási folyamatának felgyorsításához.
Ez a nagy energiájú bevitel nemcsak a heterogén folyamatok mechanikai hatásait fokozhatja, hanem ismert, hogy új reakciókat is kivált, ami váratlan kémiai fajok kialakulásához vezet. Ami a sonochemistry-t egyedülállóvá teszi, az a kavitáció figyelemre méltó jelensége, amely a mikrobuborék-környezet helyileg zárt terében rendkívüli hatásokat generál a váltakozó nagynyomású / alacsony nyomású ciklusok, nagyon magas hőmérsékletkülönbségek, nagy nyíróerők és folyadékáramlás miatt.

A szonokémiailag támogatott organokatalitikus reakciók előnyei

A szonikációt egyre inkább használják a szerves szintézisben és a katalízisben, mivel a szonokémiai hatások a kémiai reakciók jelentős fokozódását mutatják. Különösen a hagyományos módszerekkel (pl. Fűtés, keverés) összehasonlítva, a sonochemistry hatékonyabb, kényelmesebb és pontosan szabályozható. A szonikáció és a sonochemistry számos jelentős előnyt kínál, mint például a magasabb hozamok, a vegyületek fokozott tisztasága és szelektivitása, rövidebb reakcióidők, alacsonyabb költségek, valamint a szonokémiai eljárás működésének és kezelésének egyszerűsége. Ezek a jótékony tényezők az ultrahanggal segített kémiai reakciókat nemcsak hatékonyabbá és megtakarítóbbá teszik, hanem környezetbarátabbá is.
Számos szerves reakcióról bebizonyosodott, hogy magasabb hozamot eredményez rövidebb reakcióidő alatt és / vagy enyhébb körülmények között, ha szonikálással végzik.

Az ultrahangos kezelés lehetővé teszi az egyszerű egyedényes reakciókat

A szonikálás lehetővé teszi többkomponensű reakciók kezdeményezését, mint egyedényes reakciókat, amelyek szerkezetileg változatos vegyületek szintézisét biztosítják. Az ilyen egyedényes reakciókat a magas általános hatékonyság és egyszerűségük miatt értékelik, mivel az intermedierek izolálása és tisztítása nem szükséges.

Az ultrahanghullámok hatását az aszimmetrikus szerves katalitikus reakciókra sikeresen alkalmazták különböző reakciótípusokban, beleértve a fázistranszfer katalizálást, a Heck-reakciókat, a hidrogénezést, a Mannich-reakciókat, a Barbier- és Barbier-szerű reakciókat, a Diels-Alder reakciókat, a Suzuki csatolási reakciót és a Micheal hozzáadást.

Keresse meg az ideális ultrahangos készüléket a szerves katalitikus reakcióhoz!

A Hielscher Ultrasonics az Ön megbízható partnere, amikor nagy teljesítményű, kiváló minőségű ultrahangos berendezésekről van szó. Hielscher tervezi, gyártja és forgalmazza a legmodernebb ultrahangos szondákat, reaktorokat és csésze szarvakat szonokémiai alkalmazásokhoz. Minden berendezést ISO tanúsítvánnyal rendelkező eljárások szerint és német precizitással gyártunk kiváló minőségben a németországi Teltow-i központunkban (Berlin közelében).
A Hielscher ultrasonicators portfóliója a kompakt laboratóriumi ultrasonicatoroktól a teljesen ipari ultrahangos reaktorokig terjed, nagyszabású vegyipari gyártáshoz. A szondák (más néven sonotrodes, ultrahangos szarvak vagy hegyek), emlékeztető szarvak és reaktorok számos méretben és geometriában könnyen elérhetők. Egyedi verziók is gyárthatók az Ön igényei szerint.
Mivel Hielscher Ultrasonics’ Az ultrahangos processzorok bármilyen méretben kaphatók a kis laboratóriumi eszközöktől a nagy ipari processzorokig kötegelt és áramlási kémiai alkalmazásokhoz, a nagy teljesítményű szonikálás könnyen megvalósítható bármilyen reakcióbeállításba. Az ultrahangos amplitúdó pontos beállítása – A szonokémiai alkalmazások legfontosabb paramétere – lehetővé teszi a Hielscher ultrahangos készülékek működését alacsony és nagyon nagy amplitúdókkal, és az amplitúdó finomhangolását pontosan a szükséges ultrahangos folyamatfeltételekhez az adott kémiai reakciórendszerben.
A Hielscher ultrahangos generátora intelligens szoftvert tartalmaz automatikus adatprotokollal. Minden fontos feldolgozási paraméter, például az ultrahangos energia, a hőmérséklet, a nyomás és az idő automatikusan tárolódik a beépített SD-kártyán, amint a készülék be van kapcsolva.
A folyamatfelügyelet és az adatrögzítés fontos a folyamatos folyamatszabványosítás és a termékminőség szempontjából. Az automatikusan rögzített folyamatadatok elérésével felülvizsgálhatja a korábbi szonikálási futtatásokat és értékelheti az eredményt.
Egy másik felhasználóbarát funkció a digitális ultrahangos rendszereink böngésző távirányítója. A távoli böngészővezérléssel bárhonnan távolról elindíthatja, leállíthatja, beállíthatja és felügyelheti ultrahangos processzorát.
Lépjen kapcsolatba velünk most, hogy többet megtudjon nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorainkról, amelyek javíthatják az oragnokatalitikus szintézis reakcióját!

Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását: