Reaksi Organokatalitik Dipromosikan oleh Sonikasi

Dalam kimia organik, organokatalisis adalah bentuk katalisis di mana laju reaksi kimia ditingkatkan oleh katalis organik. Ini “organokatalis” terdiri dari karbon, hidrogen, belerang dan unsur nonlogam lainnya yang terdapat dalam sebatian organik. Penerapan ultrasound berdaya tinggi pada sistem kimia dikenal sebagai sonokimia dan teknik yang mapan untuk meningkatkan hasil, meningkatkan laju reaksi dan mempercepat kecepatan reaksi. Di bawah sonikasi, seringkali dimungkinkan untuk beralih jalur kimia menghindari produk sampingan yang tidak diinginkan. Sonokimia dapat mempromosikan reaksi organokatalitik sehingga lebih efisien dan ramah lingkungan.

Organokatalisis Asimetris – Ditingkatkan oleh Sonikasi

Sonokimia, penerapan ultrasound berkinerja tinggi ke dalam sistem kimia, dapat meningkatkan reaksi organokatalitik secara signifikan. Organokatalisis asimetris yang dikombinasikan dengan ultrasonikasi sering memungkinkan untuk mengubah organokatalisis ke rute yang lebih ramah lingkungan, sehingga termasuk dalam terminologi kimia hijau. Sonikasi mempercepat reaksi organokatlitik (asimetris) dan mengarah pada hasil yang lebih tinggi, tingkat konversi yang lebih cepat, isolasi / pemurnian produk yang lebih mudah, dan peningkatan selektivitas dan reaktivitas. Selain berkontribusi pada peningkatan kinetika dan hasil reaksi, ultrasonikasi sering dapat dikombinasikan dengan pelarut reaksi berkelanjutan, seperti cairan ionik, pelarut eutektik dalam, pelarut ringan, tidak beracun, dan air. Dengan demikian, sonokimia tidak hanya meningkatkan reaksi organokatalitik (asimetris) itu sendiri, tetapi juga membantu keberlanjutan reaksi organokatalitik.

Penelitian telah menunjukkan berbagai contoh untuk reaksi oragnokatalitik yang diintensifkan secara sonokimia. Misalnya, molekul DNA beruntai ganda sebagai perancah kiral digunakan untuk merakit katalis hibrida logam-biomakromolekul untuk reaksi sintesis asimetris. Katalis berbasis DNA G-quadruplex telah diterapkan dalam penambahan Michael asimetris, reaksi Diels-Alder dan Friedel-Crafts. (lih. Zhao dan Shen, 2018)
Untuk reaksi yang dipromosikan inidium, sonikasi menunjukkan efek menguntungkan karena reaksi yang digerakkan secara sonokimia berjalan dalam kondisi yang lebih ringan, sehingga mempertahankan tingkat diasteroselection yang tinggi. Dengan menggunakan rute sonokimia, hasil yang baik pada sintesis organokatalitik karbohidrat β-laktam, asam β-amino dan spirodiketopiperazine dari gula lakton serta reaksi alilasi dan Reformatsky pada oksim eter tercapai.

Sintesis Obat Organokatalitik yang Dipromosikan Secara Ultrasonik

Rogozińska-Szymczak dan Mlynarski (2014) melaporkan penambahan Michael asimetris 4-hidroksikumarin ke keton tak jenuh α,β pada air tanpa ko-pelarut organik – dikatalisis oleh amina primer organik dan sonikasi. Penerapan murni enansiomer (S,S)-diphenylethylenediamine memberikan serangkaian senyawa aktif farmasi penting dalam hasil yang baik hingga sangat baik (73-98%) dan dengan enansioselektivitas yang baik (hingga 76% ee) melalui reaksi yang dipercepat oleh ultrasound. Para peneliti menyajikan protokol sonokimia yang efisien untuk pembentukan 'padatan di atas air' dari warfarin antikoagulan dalam kedua bentuk enansiomer. Reaksi organokatalitik ramah lingkungan ini tidak hanya terukur, tetapi juga menghasilkan molekul obat target dalam bentuk murni enansiomer.

Sonokimia Epoksidasi Terpen

Charbonneau et al. (2018) mendekemasi keberhasilan epoksidasi terpene di bawah sonikasi. Epoksidasi konvensional membutuhkan penggunaan katalis, tetapi dengan sonikasi epoksidasi berjalan sebagai reaksi bebas katalis.
Limonene dioksida adalah molekul perantara utama untuk pengembangan polikarbonat berbasis bio atau poliuretan nonisosianat. Sonikasi memungkinkan eksoksidasi terpena bebas katalis dalam waktu reaksi yang sangat singkat – pada saat yang sama memberikan hasil yang sangat baik. Untuk menunjukkan efektivitas epoksidasi ultrasonik, tim peneliti membandingkan epoksidasi limonene dengan limonene dioksida menggunakan dimetil dioksiran yang dihasilkan in-situ sebagai zat pengoksidasi di bawah agitasi konvensional dan ultrasonikasi. Untuk semua uji coba sonikasi Ultrasonicator Lab Hielscher UP50H (50W, 30kHz) digunakan.

Waktu yang dibutuhkan untuk sepenuhnya mengubah limonene menjadi limonene dioksida dengan hasil 100% di bawah sonikasi hanya 4,5 menit pada suhu kamar. Sebagai perbandingan, ketika agitasi konvensional menggunakan pengaduk magnetik digunakan, waktu yang diperlukan untuk mencapai hasil 97% limonene dioksida adalah 1,5 jam. Epoksidasi α-pinene juga telah dipelajari menggunakan kedua teknik agitasi. Epoksidasi α-pinene menjadi α-pinene oksida di bawah sonikasi hanya membutuhkan 4 menit dengan hasil yang diperoleh 100%, sedangkan dibandingkan dengan metode konvensional waktu reaksi adalah 60 menit. Sedangkan untuk terpen lainnya, β-pinene diubah menjadi β-pinene oksida hanya dalam 4 menit sedangkan farnesol menghasilkan 100% triepoksida dalam 8 menit. Carveol, turunan limonene, diubah menjadi carveol dioxide dengan hasil 98%. Dalam reaksi epoksidasi carvone menggunakan dimetil dioxirane, konversinya 100% dalam 5 menit menghasilkan 7,8-carvone oksida.
Keuntungan utama dari epoksidasi terpene sonokimia adalah sifat zat pengoksidasi yang ramah lingkungan (kimia hijau) serta waktu reaksi yang berkurang secara signifikan melakukan oksidasi ini di bawah agitasi ultrasonik. Metode epoksidasi ini memungkinkan mencapai konversi 100% limonene dengan hasil 100% limonene dioksida hanya dalam 4,5 menit dibandingkan dengan 90 menit ketika agitasi tradisional digunakan. Selain itu, tidak ada produk oksidasi limonene, seperti carvone, carveol, dan perrilyl alcohol, yang ditemukan dalam media reaksi. Epoksidasi α-pinene di bawah ultrasound hanya membutuhkan 4 menit, menghasilkan 100% α-pinene oksida tanpa oksidasi cincin. Terpen lain seperti β-pinene, farnesol, dan carveol juga telah teroksidasi, yang menyebabkan hasil epoksida yang sangat tinggi.

efek sonochemical

Sebagai alternatif dari metode klasik, protokol berbasis sonokimia telah digunakan untuk meningkatkan laju berbagai macam reaksi, menghasilkan produk yang dihasilkan dalam kondisi yang lebih ringan dengan pengurangan waktu reaksi yang signifikan. Metode ini telah digambarkan sebagai lebih ramah lingkungan dan berkelanjutan dan dikaitkan dengan selektivitas yang lebih besar dan konsumsi energi yang lebih rendah untuk transformasi yang diinginkan. Mekanisme metode tersebut didasarkan pada fenomena kavitasi akustik, yang menginduksi kondisi tekanan dan suhu yang unik melalui pembentukan, pertumbuhan, dan keruntuhan adiabatik gelembung dalam media cair. Efek ini meningkatkan perpindahan massa dan meningkatkan aliran turbulen dalam cairan, memfasilitasi transformasi kimia. Dalam penelitian kami, penggunaan ultrasound telah menyebabkan produksi senyawa dalam waktu reaksi yang lebih singkat dengan hasil dan kemurnian yang tinggi. Karakteristik tersebut telah meningkatkan jumlah senyawa yang dievaluasi dalam model farmakologis, berkontribusi untuk mempercepat proses optimasi hit to lead.
Input energi tinggi ini tidak hanya dapat meningkatkan efek mekanis dalam proses heterogen, tetapi juga diketahui menginduksi reaktivitas baru yang mengarah pada pembentukan spesies kimia yang tidak terduga. Apa yang membuat sonokimia unik adalah fenomena kavitasi yang luar biasa, yang menghasilkan efek luar biasa di ruang terbatas lokal dari lingkungan gelembung mikro karena siklus tekanan tinggi / tekanan rendah yang bergantian, perbedaan suhu yang sangat tinggi, gaya geser tinggi, dan aliran cairan.

Keuntungan dari Reaksi Organokatalitik yang Dipromosikan Secara Sonokimia

Sonikasi semakin banyak digunakan dalam sintesis organik dan katalisis karena efek sonokimia menunjukkan intensifikasi reaksi kimia yang substansial. Terutama jika dibandingkan dengan metode tradisional (misalnya, pemanasan, pengadukan), sonokimia lebih efisien, nyaman, dan dapat dikontrol dengan tepat. Sonikasi dan sonokimia menawarkan beberapa keuntungan utama seperti hasil yang lebih tinggi, peningkatan kemurnian senyawa dan selektivitas, waktu reaksi yang lebih pendek, biaya yang lebih rendah, serta kesederhanaan dalam mengoperasikan dan menangani prosedur sonokimia. Faktor-faktor menguntungkan ini membuat reaksi kimia yang dibantu ultrasonik tidak hanya lebih berkhasiat dan hemat, tetapi juga lebih ramah lingkungan.
Banyak reaksi organik telah terbukti memberikan hasil yang lebih tinggi dalam waktu reaksi yang lebih pendek dan / atau dalam kondisi yang lebih ringan ketika dilakukan menggunakan sonikasi.

Ultrasonikasi memungkinkan reaksi satu pot sederhana

Sonikasi memungkinkan untuk memulai reaksi multikomponen sebagai reaksi satu pot yang menyediakan sintesis senyawa yang beragam secara struktural. Reaksi satu pot seperti itu dihargai karena efisiensi keseluruhan yang tinggi dan kesederhanaannya karena isolasi dan pemurnian zat antara tidak diperlukan.

Efek gelombang ultrasound pada reaksi organokatalitik asimetris telah berhasil diterapkan dalam berbagai jenis reaksi termasuk katalisis transfer fase, reaksi Heck, hidrogenasi, reaksi Mannich, reaksi mirip Barbier dan Barbier, reaksi Diels-Alder, reaksi kopling Suzuki, dan penambahan Micheal.

Temukan Ultrasonicator yang Ideal untuk Reaksi Organokatalitik Anda!

Hielscher Ultrasonics adalah mitra tepercaya Anda dalam hal peralatan ultrasonik berkinerja tinggi dan berkualitas tinggi. Hielscher merancang, memproduksi, dan mendistribusikan probe ultrasonik canggih, reaktor, dan tanduk cangkir untuk aplikasi sonokimia. Semua peralatan diproduksi di bawah prosedur bersertifikat ISO dan dengan presisi Jerman untuk kualitas unggul di kantor pusat kami di Teltow (dekat Berlin), Jerman.
Portofolio ultrasonicators Hielscher berkisar dari ultrasonicators lab kompak hingga reaktor ultrasonik industri sepenuhnya untuk manufaktur kimia skala besar. Probe (juga dikenal sebagai sonotrode, tanduk atau ujung ultrasonik), tanduk penguat, dan reaktor sudah tersedia dalam berbagai ukuran dan geometri. Versi yang disesuaikan juga dapat diproduksi untuk kebutuhan Anda.
Sejak Ultrasonik Hielscher’ Prosesor ultrasonik tersedia pada berbagai ukuran mulai dari perangkat laboratorium kecil hingga prosesor industri besar untuk aplikasi kimia batch dan aliran, sonikasi kinerja tinggi dapat dengan mudah diimplementasikan ke dalam pengaturan reaksi apa pun. Penyesuaian yang tepat dari amplitudo ultrasonik – Parameter terpenting untuk aplikasi sonokimia – memungkinkan untuk mengoperasikan ultrasonicators Hielscher pada amplitudo rendah hingga sangat tinggi dan untuk menyempurnakan amplitudo persis dengan kondisi proses ultrasonik yang diperlukan dari sistem reaksi kimia tertentu.
Generator ultrasonik Hielscher memiliki perangkat lunak pintar dengan protokol data otomatis. Semua parameter pemrosesan penting seperti energi ultrasonik, suhu, tekanan, dan waktu secara otomatis disimpan ke kartu SD bawaan segera setelah perangkat dihidupkan.
Pemantauan proses dan pencatatan data penting untuk standarisasi proses dan kualitas produk yang berkelanjutan. Dengan mengakses data proses yang direkam secara otomatis, Anda dapat merevisi jalanan sonikasi sebelumnya dan mengevaluasi hasilnya.
Fitur ramah pengguna lainnya adalah remote control browser dari sistem ultrasonik digital kami. Melalui kontrol browser jarak jauh, Anda dapat memulai, menghentikan, menyesuaikan, dan memantau prosesor ultrasonik Anda dari jarak jauh dari mana saja.
Hubungi kami sekarang untuk mempelajari lebih lanjut tentang homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi kami dapat meningkatkan reaksi sintesis oragnocatalytic Anda!

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: