Օրգանական քիմիայում օրգանական կատալիզը կատալիզի ձև է, որի դեպքում քիմիական ռեակցիայի արագությունը մեծանում է օրգանական կատալիզատորով: Սա “օրգանական կատալիզատոր” բաղկացած է ածխածնից, ջրածնից, ծծումբից և օրգանական միացություններում հայտնաբերված այլ ոչ մետաղական տարրերից։ Բարձր հզորության ուլտրաձայնի կիրառումը քիմիական համակարգերում հայտնի է որպես սոնոքիմիա և լավ հաստատված տեխնիկա՝ բերքատվությունը բարձրացնելու, ռեակցիայի արագությունը բարելավելու և ռեակցիայի արագությունը արագացնելու համար: Sonication-ի ներքո հաճախ հնարավոր է դառնում փոխել քիմիական ուղիները՝ խուսափելով անցանկալի կողմնակի արտադրանքներից: Սոնոքիմիան կարող է խթանել օրգանական կատալիտիկ ռեակցիաները՝ դրանք դարձնելով ավելի արդյունավետ և շրջակա միջավայրի համար անվտանգ:

Ասիմետրիկ օրգանական կատալիզ – Բարելավվել է Sonication-ով

Սոնոքիմիան՝ բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնի կիրառումը քիմիական համակարգերում, կարող է զգալիորեն բարելավել օրգանոկատալիտիկ ռեակցիաները: Ասիմետրիկ օրգանոկատալիզը զուգորդված ուլտրաձայնային հետ հաճախ թույլ է տալիս օրգանական կատալիզը վերածել շրջակա միջավայրի համար ավելի բարենպաստ ուղու, դրանով իսկ ընկնելով կանաչ քիմիայի տերմինաբանության ներքո: Sonication-ը արագացնում է (ասիմետրիկ) օրգանոկատլիտիկ ռեակցիան և հանգեցնում ավելի բարձր եկամտաբերության, փոխակերպման ավելի արագ տեմպերի, արտադրանքի ավելի հեշտ մեկուսացման/մաքրման և բարելավված ընտրողականության և ռեակտիվության: Ռեակցիայի կինետիկայի և եկամտաբերության բարելավմանը նպաստելուց բացի, ուլտրաձայնայինացումը կարող է հաճախ զուգակցվել կայուն ռեակցիայի լուծիչների հետ, ինչպիսիք են իոնային հեղուկները, խորը էվեկտիկական լուծիչները, մեղմ, ոչ թունավոր լուծիչները և ջուրը: Այսպիսով, սոնոքիմիան ոչ միայն բարելավում է բուն (ասիմետրիկ) օրգանոկատլիտիկ ռեակցիան, այլև օգնում է օրգանոկատալիտիկ ռեակցիաների կայունությանը:

Հետազոտությունները ցույց են տվել բազմաթիվ օրինակներ սոնոքիմիապես ուժեղացված օրագնոկատալիտիկ ռեակցիաների համար: Օրինակ, երկշղթա ԴՆԹ մոլեկուլները որպես քիրալային փայտամած օգտագործվում են մետաղ-բիոմակրոմոլեկուլային հիբրիդային կատալիզատորներ ասիմետրիկ սինթեզի ռեակցիաների համար հավաքելու համար: G-quaduplex ԴՆԹ-ի վրա հիմնված կատալիզատորները կիրառվել են ասիմետրիկ Michael-ի, Diels-Alder և Friedel-Crafts ռեակցիաներում: (տես Ժաո և Շեն, 2018)
Ինիդիումով խթանված ռեակցիայի համար ձայնային ախտահանումը ցույց է տալիս օգտակար ազդեցություն, քանի որ սոնոքիմիապես պայմանավորված ռեակցիան ընթանում է ավելի մեղմ պայմաններում՝ դրանով իսկ պահպանելով դիաստերոսելեկցիայի բարձր մակարդակը: Օգտագործելով սոնոքիմիական երթուղին, լավ արդյունքներ են ձեռք բերվել β-լակտամ ածխաջրերի, β-ամինաթթուների և սպիրոտիկետոպիպերազինների օրգանական սինթեզի վրա շաքարային լակտոններից, ինչպես նաև ալիլացման և ռեֆորմատսկու ռեակցիաների վրա օքսիմային եթերների վրա:

Ուլտրաձայնային ձևով խթանված օրգանոկատալիտիկ դեղերի սինթեզը

Rogozińska-Szymczak-ը և Mlynarski-ն (2014) զեկուցում են 4-հիդրօքսիկումարինի ասիմետրիկ Michael-ի ավելացումը α,β-չհագեցած կետոններին ջրի վրա՝ առանց օրգանական համալուծիչների: – կատալիզացվում է օրգանական առաջնային ամինների և ձայնագրման միջոցով: Enantiomerically մաքուր (S,S)-diphenylethylenediamine-ի կիրառումը տալիս է մի շարք կարևոր դեղագործական ակտիվ միացություններ՝ լավից գերազանց եկամտաբերությամբ (73–98%) և լավ էնանտիոլեկտիվությամբ (մինչև 76% ee) ուլտրաձայնի միջոցով արագացված ռեակցիաների միջոցով: Հետազոտողները ներկայացնում են արդյունավետ սոնոքիմիական արձանագրություն «պինդ ջրի վրա» հակամակարդիչ վարֆարինի ձևավորման համար երկու էնանտիոմերային ձևերով: Էկոլոգիապես մաքուր այս օրգանոկատալիտիկ ռեակցիան ոչ միայն մասշտաբային է, այլև տալիս է թիրախային դեղամիջոցի մոլեկուլը էնանտիոմերական մաքուր տեսքով:

Տերպենների սոնոքիմիական էպօքսիդացում

Charbonneau et al. (2018) ցուցադրել է տերպենների հաջող էպօքսիդացումն արտասանության տակ: Պայմանական էպոքսիդացումը պահանջում է կատալիզատորի օգտագործում, սակայն ձայնային լուծույթով էպոօքսիդացումն ընթանում է որպես կատալիզատորից ազատ ռեակցիա:
Լիմոնեն երկօքսիդը առանցքային միջանկյալ մոլեկուլ է կենսաբազմազան պոլիկարբոնատների կամ ոչ-իսոցիանատ պոլիուրեթանների ստեղծման համար: Sonication-ը թույլ է տալիս կատալիզատորից ազատ էպօքսիդացնել տերպենները շատ կարճ արձագանքման ժամանակում – միաժամանակ տալով շատ լավ բերքատվություն։ Ուլտրաձայնային էպոօքսիդացման արդյունավետությունը ցուցադրելու համար հետազոտական թիմը համեմատել է լիմոնենի էպոօքսիդացումը լիմոնեն երկօքսիդի հետ՝ օգտագործելով տեղում առաջացած դիմեթիլ դիօքսիրանը որպես օքսիդացնող նյութ ինչպես սովորական հուզման, այնպես էլ ուլտրաձայնային ազդեցության ներքո: Բոլոր sonication փորձարկումների համար Hielscher UP50H (50W, 30kHz) լաբորատոր ուլտրաձայնային սարք օգտագործվում էր:

Ժամանակը, որը պահանջվում էր լիմոնենը լիմոնեն երկօքսիդի ամբողջությամբ փոխարկելու համար, 100% ելքով, սոնիկացման տակ ընդամենը 4,5 րոպե էր սենյակային ջերմաստիճանում: Համեմատության համար, երբ օգտագործվում է մագնիսական խառնիչի միջոցով սովորական հուզում, լիմոնեն երկօքսիդի 97% ելքի հասնելու համար պահանջվող ժամանակը 1,5 ժամ էր: Ա-պինենի էպօքսիդացումը նույնպես ուսումնասիրվել է՝ օգտագործելով երկու հուզիչ տեխնիկան: Ա-պինենի էպօքսիդացումը α-պինենի օքսիդի ձայնային լուծույթով պահանջել է ընդամենը 4 րոպե՝ ստացված ելքով 100%, մինչդեռ սովորական մեթոդի համեմատ ռեակցիայի ժամանակը 60 րոպե էր: Ինչ վերաբերում է այլ տերպեններին, β-pinene-ը վերածվել է β-pinene օքսիդի ընդամենը 4 րոպեում, մինչդեռ ֆարնեզոլը տվել է 100% triepoxide 8 րոպեում: Կարվեոլը՝ լիմոնենի ածանցյալը, վերածվել է կարվեոլի երկօքսիդի՝ 98% ելքով։ Կարվոնի էպօքսիդացման ռեակցիայի ժամանակ, օգտագործելով դիմեթիլ դիօքսիրան, փոխակերպումը 100% էր 5 րոպեում, արտադրելով 7,8-կարվոն օքսիդ:
Սոնոքիմիական տերպենի էպօքսիդացման հիմնական առավելություններն են օքսիդացնող նյութի էկոլոգիապես մաքուր բնույթը (կանաչ քիմիա), ինչպես նաև զգալիորեն կրճատված ռեակցիայի ժամանակը, որն իրականացնում է այս օքսիդացումն ուլտրաձայնային գրգռման ներքո: Էպոքսիդացման այս մեթոդը թույլ է տվել հասնել լիմոնենի 100% փոխակերպման՝ լիմոնեն երկօքսիդի 100% ելքով ընդամենը 4,5 րոպեում, 90 րոպեի համեմատ, երբ օգտագործվում է ավանդական հուզում: Ավելին, ռեակցիայի միջավայրում լիմոնենի օքսիդացման արտադրանքներ, ինչպիսիք են կարվոնը, կարվեոլը և պերիլիլ սպիրտը, չեն հայտնաբերվել: Ուլտրաձայնի տակ α-պինենի էպօքսիդացումը պահանջեց ընդամենը 4 րոպե՝ առանց օղակի օքսիդացման 100% α-պինենի օքսիդ ստանալու համար: Այլ տերպեններ, ինչպիսիք են β-պինենը, ֆարնեզոլը և կարվեոլը, նույնպես օքսիդացել են, ինչը հանգեցնում է էպոօքսիդի շատ բարձր ելքի:

sonochemical էֆեկտներ

Որպես դասական մեթոդների այլընտրանք, սոնոքիմիական վրա հիմնված արձանագրություններն օգտագործվել են տարբեր ռեակցիաների արագությունը մեծացնելու համար, ինչը հանգեցնում է ավելի մեղմ պայմաններում արտադրվող արտադրանքների՝ ռեակցիայի ժամանակի զգալի կրճատմամբ: Այս մեթոդները նկարագրվել են որպես ավելի էկոլոգիապես մաքուր և կայուն և կապված են ավելի մեծ ընտրողականության և էներգիայի ցածր սպառման հետ՝ ցանկալի փոխակերպումների համար: Նման մեթոդների մեխանիզմը հիմնված է ակուստիկ կավիտացիայի երևույթի վրա, որն առաջացնում է ճնշման և ջերմաստիճանի յուրահատուկ պայմաններ հեղուկ միջավայրում փուչիկների ձևավորման, աճի և ադիաբատիկ փլուզման միջոցով: Այս էֆեկտը բարելավում է զանգվածի փոխանցումը և ավելացնում հեղուկի բուռն հոսքը՝ հեշտացնելով քիմիական փոխակերպումները: Մեր ուսումնասիրություններում ուլտրաձայնի օգտագործումը հանգեցրել է միացությունների արտադրությանը` ռեակցիայի նվազեցված ժամանակներում` բարձր բերքատվությունով և մաքրությամբ: Նման բնութագրերը մեծացրել են դեղաբանական մոդելներում գնահատվող միացությունների քանակը՝ նպաստելով արագացնելով առաջատարի օպտիմալացման գործընթացը:
Այս բարձր էներգիայի ներդրումը ոչ միայն կարող է ուժեղացնել մեխանիկական ազդեցությունները տարասեռ գործընթացներում, այլև հայտնի է, որ այն նոր ռեակտիվություններ է առաջացնում, որոնք հանգեցնում են անսպասելի քիմիական տեսակների ձևավորմանը: Սոնոքիմիան եզակի է դարձնում կավիտացիայի ուշագրավ երևույթը, որը միկրո-պղպջակների միջավայրի լոկալ սահմանափակ տարածության մեջ առաջացնում է արտասովոր էֆեկտներ բարձր ճնշման/ցածր ճնշման փոփոխվող ցիկլերի, շատ բարձր ջերմաստիճանի տարբերությունների, բարձր կտրվածքի ուժերի և հեղուկի պատճառով: հոսքային.

Սոնոքիմիապես խթանված օրգանոկատալիտիկ ռեակցիաների առավելությունները

Sonication-ը ավելի ու ավելի է օգտագործվում օրգանական սինթեզում և կատալիզում, քանի որ sonochemical ազդեցությունները ցույց են տալիս քիմիական ռեակցիաների զգալի ուժեղացում: Հատկապես, երբ համեմատվում է ավանդական մեթոդների հետ (օրինակ՝ տաքացում, խառնում), սոնոքիմիան ավելի արդյունավետ է, հարմար և ճշգրիտ կառավարելի: Sonication-ը և sonochemistry-ն առաջարկում են մի քանի հիմնական առավելություններ, ինչպիսիք են բարձր եկամտաբերությունը, միացությունների մաքրության և ընտրողականության բարձրացումը, արձագանքման ավելի կարճ ժամանակները, ավելի ցածր ծախսերը, ինչպես նաև սոնոքիմիական պրոցեդուրաների գործարկման և մշակման պարզությունը: Այս օգտակար գործոնները ուլտրաձայնային օգնությամբ քիմիական ռեակցիաները դարձնում են ոչ միայն ավելի արդյունավետ և խնայող, այլև շրջակա միջավայրի համար բարենպաստ:
Բազմաթիվ օրգանական ռեակցիաներ ապացուցված են, որ տալիս են ավելի բարձր եկամտաբերություն ավելի կարճ արձագանքման ժամանակում և/կամ ավելի մեղմ պայմաններում, երբ կատարվում են ձայնային ախտահանման միջոցով:

Ultrasonication- ը թույլ է տալիս պարզ մեկ կաթսայի ռեակցիաներ

Sonication-ը թույլ է տալիս սկսել բազմաբաղադրիչ ռեակցիաներ որպես մեկ կաթսայի ռեակցիաներ, որոնք ապահովում են կառուցվածքային տարբեր միացությունների սինթեզ: Նման մեկ կաթսայի ռեակցիաները գնահատվում են ընդհանուր բարձր արդյունավետության և դրանց պարզության համար, քանի որ միջանկյալ նյութերի մեկուսացում և մաքրում չի պահանջվում:

Ուլտրաձայնային ալիքների ազդեցությունը ասիմետրիկ օրգանոկատալիտիկ ռեակցիաների վրա հաջողությամբ կիրառվել է տարբեր տեսակի ռեակցիաներում, ներառյալ փուլային փոխանցման կատալիզները, Heck ռեակցիաները, հիդրոգենացումը, Mannich ռեակցիաները, Barbier-ի և Barbier-ի նման ռեակցիաները, Diels-Alder ռեակցիաները, Suzuki-ի միացման ռեակցիան և Micheal հավելումը:

Գտեք իդեալական ուլտրաձայնային սարքը ձեր օրգանոկատալիտիկ ռեակցիայի համար:

Hielscher Ultrasonics-ը ձեր վստահելի գործընկերն է, երբ խոսքը վերաբերում է բարձր արդյունավետության, բարձրորակ ուլտրաձայնային սարքավորմանը: Hielscher-ը նախագծում, արտադրում և տարածում է ժամանակակից ուլտրաձայնային զոնդեր, ռեակտորներ և բաժակ-եղջյուրներ սոնոքիմիական կիրառությունների համար: Ամբողջ սարքավորումն արտադրվում է ISO հավաստագրված ընթացակարգերով և գերմանական ճշգրտությամբ՝ բարձրորակ որակի համար մեր գլխավոր գրասենյակում՝ Teltow (Բեռլինի մոտ), Գերմանիա:
Hielscher ուլտրաձայնային սարքերի պորտֆոլիոն տատանվում է կոմպակտ լաբորատոր ուլտրաձայնային սարքերից մինչև ամբողջովին արդյունաբերական ուլտրաձայնային ռեակտորներ լայնածավալ քիմիական արտադրության համար: Զոնդերը (նաև հայտնի են որպես sonotrodes, ուլտրաձայնային եղջյուրներ կամ ծայրեր), ուժեղացուցիչ եղջյուրները և ռեակտորները հասանելի են բազմաթիվ չափերի և երկրաչափությունների: Հարմարեցված տարբերակները կարող են արտադրվել նաև ձեր պահանջներին համապատասխան:
Քանի որ Hielscher Ultrasonics’ Ուլտրաձայնային պրոցեսորները հասանելի են ցանկացած չափսի՝ փոքր լաբորատոր սարքերից մինչև խոշոր արդյունաբերական պրոցեսորներ՝ խմբաքանակի և հոսքի քիմիայի կիրառման համար, բարձր արդյունավետությամբ ձայնագրումը կարող է հեշտությամբ ներդրվել ցանկացած ռեակցիայի կարգավորումներում: Ուլտրաձայնային ամպլիտուդի ճշգրիտ ճշգրտում – սոնոքիմիական կիրառման ամենակարևոր պարամետրը – թույլ է տալիս Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը գործարկել ցածրից շատ բարձր ամպլիտուդներում և ամպլիտուդը ճշգրիտ ճշգրտել կոնկրետ քիմիական ռեակցիայի համակարգի ուլտրաձայնային գործընթացի պահանջվող պայմաններին:
Hielscher- ի ուլտրաձայնային գեներատորը ունի խելացի ծրագրակազմ `տվյալների ավտոմատ պրոտոկոլյինգով: Մշակման բոլոր կարևոր պարամետրերը, ինչպիսիք են ուլտրաձայնային էներգիան, ջերմաստիճանը, ճնշումը և ժամանակը, ավտոմատ կերպով պահվում են ներկառուցված SD քարտի վրա, հենց որ սարքը միանա:
Գործընթացների մոնիտորինգը և տվյալների գրանցումը կարևոր են գործընթացի շարունակական ստանդարտացման և արտադրանքի որակի համար: Մուտք գործելով ինքնաբերաբար գրանցված գործընթացի տվյալները, դուք կարող եք վերանայել նախորդ ձայնային աշխատանքները և գնահատել արդյունքը:
Օգտագործողի համար հարմար մեկ այլ առանձնահատկությունն է `մեր թվային ուլտրաձայնային համակարգերի զննարկչի հեռակառավարումը: Browserննարկչի հեռակառավարման միջոցով դուք կարող եք սկսել, դադարեցնել, կարգավորել և վերահսկել ձեր ուլտրաձայնային պրոցեսորը հեռակա ցանկացած վայրից:
Կապվեք մեզ հետ հիմա՝ ավելին իմանալու մեր բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորների մասին, որոնք կարող են բարելավել ձեր օրագնոկատալիտիկ սինթեզի ռեակցիան:

Ստորեւ ներկայացված աղյուսակը ձեզ ցույց է տալիս մեր ultrasonicators- ի մոտավոր մշակման հզորությունը: