Cliccare su Chimica – Come migliorare le reazioni di clic con la sonicazione
Le reazioni di chimica dei click, come le reazioni di cicloaddizione azide-alchinica catalizzate dal rame (CuAAC), possono trarre grande beneficio dall'applicazione degli ultrasuoni. Gli effetti sonici aumentano la resa e il tasso di conversione. Inoltre, l'efficienza complessiva delle reazioni di chimica dei click viene migliorata. Come tecnica di chimica verde, gli ultrasuoni contribuiscono a reazioni chimiche più efficienti e rispettose dell'ambiente.
Cicloaddizione azide-alchinica catalizzata da rame e promossa dagli ultrasuoni
La cicloaddizione azide-alchinica catalizzata dal rame (CuAAC) è nota come l'esempio più importante e di spicco delle reazioni di chimica dei click. Cravotto e colleghi dell'Università di Torino (Italia) hanno sviluppato un protocollo per una reazione di cicloaddizione 1,3-dipolare assistita da ultrasuoni di azidi e alchini utilizzando rame metallico (Cu) come catalizzatore. Il gruppo azidico partecipa volentieri a questo tipo di reazione organica. La capacità di accoppiamento del gruppo azidico con gli alchini viene sostanzialmente migliorata in presenza di Cu(I) e La sonicazione favorisce la reazione di click.
Reattore agitato a ultrasuoni con l'ultrasuonatore UP200St per intensificare le reazioni chimiche nella chimica dei clic.
- migliore capacità di accoppiamento
- Rendimenti più elevati
- Reazione più rapida
- miglioramento della cinetica di reazione
- Chimica verde
- Semplice & funzionamento sicuro
Chimica dei clic migliorata per via sonica: La cicloaddizione catalizzata dal rame con il fenilacetilene è migliorata dagli ultrasuoni.
(Studio e grafico: © Cintas et al., 2010)
I vantaggi delle reazioni stereo-chimiche
La sintesi a ultrasuoni (sono-sintesi) è emersa come una delle tecniche di intensificazione più apprezzate in chimica grazie a molteplici vantaggi. Le reazioni promosse con gli ultrasuoni superano i metodi convenzionali basati sull'agitazione o sul calore per quanto riguarda la velocità di reazione, la resa, la semplicità operativa, la purezza dei prodotti, l'efficienza energetica, ecc. È scientificamente dimostrato che l'uso di ultrasuoni di potenza può promuovere le reazioni chimiche e ridurre i tempi di reazione e le reazioni collaterali indesiderate. Come fonte alternativa di energia verde, la sonicazione rende molte reazioni chimiche più rispettose dell'ambiente, poiché richiede meno reagenti, solventi più blandi e meno energia.
Reazioni organiche catalizzate dal rame per via sonica
Gli effetti benefici degli ultrasuoni e della sicochimica sulle reazioni che coinvolgono i metalli sono ben noti. La sonicazione favorisce la rimozione meccanica degli strati passivanti e migliora il trasferimento di massa e di elettroni dal metallo all'accettore organico.
La sintesi per clic assistita da ultrasuoni è stata applicata per la preparazione di un'ampia gamma di derivati 1,4-disostituiti dell'1,2,3-triazolo partendo sia da piccole molecole che da oligomeri come le ciclodestrine (CD). Utilizzando questo protocollo efficiente e più ecologico, tutti gli addotti possono essere sintetizzati in 2-4 ore (compreso il work-up e la caratterizzazione esclusa). La chimica dei click ha dimostrato di essere in grado di collegare direttamente la chimica alla biologia, diventando così una vera e propria reazione interdisciplinare con un'applicabilità estremamente ampia.
(cfr. Cintas et al., 2010)
Un reattore a ultrasuoni chiuso per le reazioni stereo-chimiche, ad esempio nella chimica dei clic.
Risparmio di tempo nella chimica dei clic grazie alla cinetica di reazione accelerata dagli ultrasuoni
L'applicazione degli ultrasuoni può accelerare le reazioni chimiche lente, che normalmente richiedono diverse ore in modalità batch. Grazie a una cinetica di reazione notevolmente migliorata, il tempo di reazione può essere ridotto a diversi minuti. L'utilizzo di un reattore a flusso di ultrasuoni può migliorare notevolmente i rendimenti, ottenendo un risparmio di tempo e quindi una grande efficacia delle sintesi convenzionalmente lente.
Ultrasuonatori ad alte prestazioni per reazioni click potenziate per via sonica
Hielscher Ultrasonics progetta, produce e distribuisce ultrasuonatori a sonda ad alte prestazioni, reattori sonocromici e accessori per sofisticati processi sonocromici. Con processori a ultrasuoni che vanno da 50 watt a 16.000 watt per sonda (sonotrodo/corno), Hielscher è in grado di offrirvi l'impianto sicochimico più adatto alla vostra reazione chimica.
Gli ultrasuoni Hielscher sono riconosciuti per la loro qualità, affidabilità e robustezza. Hielscher Ultrasonics è un'azienda certificata ISO e pone particolare enfasi sugli ultrasuoni ad alte prestazioni, caratterizzati da tecnologia all'avanguardia e facilità d'uso. Naturalmente, gli ultrasuoni Hielscher sono conformi alla normativa CE e soddisfano i requisiti UL, CSA e RoH.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori:
| Volume di batch | Portata | Dispositivi raccomandati |
|---|---|---|
| 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdt |
| Da 15 a 150L | Da 3 a 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | più grande | cluster di UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsione ed estrazione su scala di laboratorio, pilota e industriale.
Letteratura / 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.
Particolarità / Cose da sapere
Click Chemistry premiato con il Nobel per la Chimica 2022
La chimica dei click, coniata da Sharpless e collaboratori nel 2001, è un concetto proposto per una classe di reazioni quasi perfette che sono altamente efficaci con un'elevata economia di atomi, hanno un ampio campo di applicazione e sono stereospecifiche (ma non necessariamente enantioselettive), generano solo sottoprodotti inoffensivi che possono essere facilmente rimossi e richiedono solo condizioni di reazione semplici, nonché reagenti prontamente disponibili e semplici procedure di isolamento dei prodotti.
Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni da laboratorio a dimensioni industriali.