Chimica click – Come migliorare le reazioni click con la sonicazione
Le reazioni di chimica click, come le reazioni di cicloaddizione azide-alchino catalizzate dal rame (CuAAC), possono trarre grandi benefici dall’applicazione di ultrasuoni di potenza. Gli effetti sonochimici aumentano la resa e il tasso di conversione. Inoltre, migliorano l’efficienza complessiva delle reazioni di chimica click. Come tecnica di chimica verde, il trattamento a ultrasuoni contribuisce a rendere le reazioni chimiche più efficienti e più rispettose dell’ambiente.
Cicloaddizione azide-alchino catalizzata dal rame e promossa dagli ultrasuoni
La cicloaddizione azide-alchino catalizzata dal rame (CuAAC) è nota come l’esempio più importante e rappresentativo delle reazioni di chimica click. Cravotto e i suoi colleghi dell’Università di Torino (Italia) hanno sviluppato un protocollo per una reazione di cicloaddizione 1,3-dipolare assistita da ultrasuoni tra azidi e alchini, utilizzando rame metallico (Cu) come catalizzatore. Il gruppo azido partecipa facilmente a questo tipo di reazione organica. La capacità di accoppiamento del gruppo azido con gli alchini migliora notevolmente in presenza di Cu(I) e la sonicazione favorisce la reazione click.
Reattore agitato mediante ultrasuoni con il sonicatore UP200St per reazioni chimiche intensificate nella chimica click.
- maggiore capacità di accoppiamento
- rese più elevate
- reazione più rapida
- migliore cinetica di reazione
- chimica verde
- funzionamento semplice e sicuro
Chimica click potenziata mediante sonochimica: la cicloaddizione catalizzata dal rame con fenilacetilene viene migliorata dal trattamento a ultrasuoni.
(Studio e grafico: © Cintas et al., 2010)
Vantaggi delle reazioni sonochimiche
La sintesi a ultrasuoni (sonosintesi) si è affermata come una delle tecniche di intensificazione più apprezzate in chimica grazie ai suoi molteplici vantaggi. Le reazioni promosse mediante sonochimica superano i metodi convenzionali basati sull’agitazione o sul trattamento termico in termini di velocità di reazione, resa, semplicità operativa, purezza dei prodotti, efficienza energetica, ecc. È scientificamente dimostrato che l’impiego di ultrasuoni di potenza può favorire le reazioni chimiche e ridurre sia il tempo di reazione sia le reazioni secondarie indesiderate. Come fonte alternativa di energia verde, la sonicazione rende molte reazioni chimiche più rispettose dell’ambiente, poiché richiedono meno reagenti, solventi più blandi e meno energia.
Reazioni organiche sonochimiche catalizzate dal rame
Gli effetti benefici degli ultrasuoni e della sonochimica sulle reazioni che coinvolgono metalli sono ben noti. La sonicazione favorisce la rimozione meccanica degli strati passivanti e migliora sia il trasferimento di massa sia il trasferimento di elettroni dal metallo all’accettore organico.
La sintesi click assistita da ultrasuoni è stata applicata alla preparazione di un’ampia gamma di derivati del 1,2,3-triazolo 1,4-disostituiti, partendo sia da piccole molecole sia da oligomeri come le ciclodestrine (CDs). Utilizzando questo protocollo efficiente e più ecologico, tutti gli addotti possono essere sintetizzati in 2–4 h (includendo le operazioni di trattamento post-reazione ed escludendo la caratterizzazione). È stato dimostrato che la chimica click è in grado di collegare direttamente la chimica alla biologia, diventando così una vera reazione interdisciplinare con un’applicabilità estremamente ampia.
(cfr. Cintas et al., 2010)
Un reattore a ultrasuoni chiuso per reazioni sonochimiche, ad esempio nella chimica click.
Risparmio di tempo nella chimica click grazie alla cinetica di reazione accelerata dagli ultrasuoni
L’impiego degli ultrasuoni può accelerare reazioni chimiche lente, che normalmente richiedono diverse ore in modalità batch. Grazie al significativo miglioramento della cinetica di reazione, il tempo di reazione può essere ridotto a pochi minuti. L’utilizzo di un reattore a flusso a ultrasuoni può migliorare considerevolmente le rese e consentire un risparmio di tempo, aumentando così notevolmente l’efficacia di sintesi tradizionalmente lente.
Sonicatori ad alte prestazioni per reazioni click potenziate mediante sonochimica
Hielscher Ultrasonics progetta, produce e distribuisce sonicatori a sonda ad alte prestazioni, reattori sonochimici e accessori per processi sonochimici sofisticati. Con processori a ultrasuoni da 50 watt a 16.000 watt per sonda (sonotrodo / corno), Hielscher è in grado di offrirvi la configurazione sonochimica più adatta alla vostra reazione chimica.
I sonicatori Hielscher sono riconosciuti per la loro qualità, affidabilità e robustezza. Hielscher Ultrasonics è un’azienda certificata ISO e pone particolare attenzione ai sonicatori ad alte prestazioni che combinano tecnologie all’avanguardia e facilità d’uso. Naturalmente, i sonicatori Hielscher sono conformi alle norme CE e soddisfano i requisiti di UL, CSA e RoHs.
La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori:
| Volume del lotto | Portata | Dispositivi consigliati |
|---|---|---|
| da 1 a 500mL | da 10 a 200mL/min | UP100H |
| da 10 a 2000mL | da 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| da 0,1 a 20L | da 0,2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| da 10 a 100L | da 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
| da 15 a 150L | da 3 a 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | da 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | superiore | gruppo di UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsificazione ed estrazione su scala di laboratorio, pilota e industriale.
Bibliografia / Riferimenti
- 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.
Informazioni utili
Chimica click premiata con il Premio Nobel per la chimica 2022
La chimica click, termine coniato da Sharpless e collaboratori nel 2001, è un concetto proposto per una classe di reazioni quasi perfette, altamente efficaci e caratterizzate da un’elevata economia atomica, un ampio campo di applicazione e stereospecificità (ma non necessariamente enantioselettività). Queste reazioni generano soltanto sottoprodotti innocui facilmente eliminabili e richiedono solo condizioni di reazione semplici, reagenti facilmente reperibili e procedure semplici di isolamento dei prodotti.
Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni dalla scala di laboratorio a quella industriale.