ორგანულ ქიმიაში, ორგანოკატალიზი არის კატალიზის ფორმა, რომელშიც ქიმიური რეაქციის სიჩქარე იზრდება ორგანული კატალიზატორით. ეს “ორგანული კატალიზატორი” შედგება ნახშირბადის, წყალბადის, გოგირდის და სხვა არალითონური ელემენტებისაგან, რომლებიც გვხვდება ორგანულ ნაერთებში. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერის გამოყენება ქიმიურ სისტემებში ცნობილია როგორც სონოქიმია და კარგად დამკვიდრებული ტექნიკა მოსავლიანობის გაზრდის, რეაქციის სიჩქარის გასაუმჯობესებლად და რეაქციის სიჩქარის დასაჩქარებლად. გაჟღერებით, ხშირად ხდება შესაძლებელი ქიმიური გზების შეცვლა არასასურველი ქვეპროდუქტების თავიდან აცილების მიზნით. Sonochemistry-ს შეუძლია ხელი შეუწყოს ორგანულ კატალიზურ რეაქციებს, რაც მათ უფრო ეფექტურს და ეკოლოგიურად კეთილგანწყობილს ხდის.

ასიმეტრიული ორგანოკატალიზი – გაუმჯობესებულია Sonication-ით

სონოქიმია, მაღალი ხარისხის ულტრაბგერის გამოყენება ქიმიურ სისტემებში, შეუძლია მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს ორგანული კატალიზური რეაქციები. ასიმეტრიული ორგანოკატალიზი ულტრაბგერითთან ერთად ხშირად იძლევა ორგანოკატალიზის გარდაქმნას გარემოსდაცვით კეთილგანწყობილ გზაზე, რითაც მოხვდება მწვანე ქიმიის ტერმინოლოგიაში. Sonication აჩქარებს (ასიმეტრიულ) ორგანოკალიზურ რეაქციას და იწვევს უფრო მაღალ მოსავალს, უფრო სწრაფ კონვერტაციის სიჩქარეს, პროდუქტის უფრო მარტივ იზოლაციას/გაწმენდას და გაუმჯობესებულ სელექციურობას და რეაქტიულობას. რეაქციის კინეტიკისა და გამოსავლიანობის გაუმჯობესებასთან ერთად, ულტრაბგერითი შეიძლება ხშირად შერწყმული იყოს მდგრადი რეაქციის გამხსნელებთან, როგორიცაა იონური სითხეები, ღრმა ევტექტიკური გამხსნელები, რბილი, არატოქსიკური გამხსნელები და წყალი. ამრიგად, სონოქიმია არა მხოლოდ აუმჯობესებს თავად (ასიმეტრიულ) ორგანოკალიზურ რეაქციას, არამედ ხელს უწყობს ორგანოკატალიტიკური რეაქციების მდგრადობას.

კვლევამ აჩვენა მრავალფეროვანი მაგალითები სონოქიმიურად გაძლიერებული ორაგნოკატალიტიკური რეაქციებისთვის. მაგალითად, ორჯაჭვიანი დნმ-ის მოლეკულები, როგორც ქირალური ხარაჩო, გამოიყენება ასიმეტრიული სინთეზის რეაქციისთვის ლითონ-ბიომაკრომოლეკულის ჰიბრიდული კატალიზატორების ასაწყობად. G-quadruplex დნმ-ზე დაფუძნებული კატალიზატორები გამოიყენება ასიმეტრიული მაიკლის დამატების, Diels-Alder და Friedel-Crafts რეაქციებში. (შდრ. ჟაო და შენ, 2018)
ინიდიუმის პროვოცირებული რეაქციისთვის, სონიკა ავლენს სასარგებლო ეფექტებს, ვინაიდან სონოქიმიურად გამოწვეული რეაქცია მიმდინარეობს უფრო რბილ პირობებში, რითაც ინარჩუნებს დიასტეროსელექტირების მაღალ დონეს. სონოქიმიური მარშრუტის გამოყენებით მიღწეული იქნა კარგი შედეგები β-ლაქტამური ნახშირწყლების, β-ამინომჟავისა და სპიროდკეტოპიპერაზინების ორგანოკატალიზურ სინთეზზე შაქრის ლაქტონებიდან, აგრეთვე ალილაციისა და რეფორმაცკის რეაქციებზე ოქსიმის ეთერებზე.

ულტრაბგერითი ხელშემწყობი ორგანოკატალიტიკური წამლის სინთეზი

Rogozińska-Szymczak და Mlynarski (2014) იუწყებიან 4-ჰიდროქსიკუმარინის ასიმეტრიული მაიკლის დამატება α, β-გაჯერებულ კეტონებში წყალზე ორგანული თანაგამხსნელების გარეშე. – კატალიზირებული ორგანული პირველადი ამინებითა და გაჟღერებით. ენანტიომერულად სუფთა (S,S)-დიფენილეთილენდიამინის გამოყენება იძლევა უამრავ მნიშვნელოვან ფარმაცევტულად აქტიურ ნაერთებს კარგი და შესანიშნავი მოსავლიანობით (73-98%) და კარგი ენანტისელექტივობით (76% ee-მდე) ულტრაბგერით დაჩქარებული რეაქციების მეშვეობით. მკვლევარები წარმოადგენენ ეფექტურ სონოქიმიურ პროტოკოლს ანტიკოაგულანტი ვარფარინის „მყარი წყალზე“ ფორმირებისთვის ორივე ენანტიომერული ფორმით. ეს ეკოლოგიურად სუფთა ორგანოკატალიტიკური რეაქცია არა მხოლოდ მასშტაბირებადია, არამედ იძლევა სამიზნე წამლის მოლეკულას ენანტიომერულად სუფთა სახით.

ტერპენების სონოქიმიური ეპოქსიდაცია

შარბონო და სხვ. (2018) აჩვენა ტერპენების წარმატებული ეპოქსიდაცია გახმოვანებით. ჩვეულებრივი ეპოქსიდაცია მოითხოვს კატალიზატორის გამოყენებას, მაგრამ გაჟონვისას ეპოქსიდაცია მიმდინარეობს კატალიზატორისგან თავისუფალი რეაქციის სახით.
ლიმონენის დიოქსიდი არის ძირითადი შუალედური მოლეკულა ბიოლოგიურად დაფუძნებული პოლიკარბონატების ან არაიზოციანატური პოლიურეთანის განვითარებისთვის. Sonication საშუალებას აძლევს კატალიზატორის თავისუფალი ტერპენების ეპოქსიდაციას ძალიან მოკლე რეაქციის დროში – ამავდროულად იძლევა ძალიან კარგ მოსავალს. ულტრაბგერითი ეპოქსიდაციის ეფექტურობის დემონსტრირების მიზნით, მკვლევარმა ჯგუფმა შეადარა ლიმონენის ეპოქსიდაცია ლიმონენის დიოქსიდთან, ადგილზე წარმოქმნილი დიმეთილ დიოქსირანის გამოყენებით, როგორც ჟანგვის აგენტს, როგორც ჩვეულებრივი აგიტაციის, ასევე ულტრაბგერითი მოქმედების დროს. ყველა სონიკაციის ტესტისთვის Hielscher UP50H (50W, 30kHz) ლაბორატორიული ულტრაბგერითი გამოყენებული იყო.

ლიმონინის სრული გადაქცევისთვის ლიმონენის დიოქსიდში 100% გამოსავლიანობით საჭირო დრო იყო მხოლოდ 4,5 წუთი ოთახის ტემპერატურაზე. შედარებისთვის, როდესაც გამოიყენება ჩვეულებრივი აგიტაცია მაგნიტური ამრევის გამოყენებით, ლიმონენის დიოქსიდის 97% გამოსავლიანობის მისაღწევად საჭირო დრო იყო 1,5 საათი. α-პინენის ეპოქსიდაცია ასევე შესწავლილია ორივე აგიტაციის ტექნიკის გამოყენებით. α-პინენის ეპოქსიდაციას α-პინენის ოქსიდში გაჟღერებით დასჭირდა მხოლოდ 4 წუთი, მიღებული გამოსავლით 100%, ხოლო ჩვეულებრივ მეთოდთან შედარებით რეაქციის დრო იყო 60 წუთი. რაც შეეხება სხვა ტერპენებს, β-პინენი გარდაიქმნება β-პინენის ოქსიდად მხოლოდ 4 წუთში, ხოლო ფარნესოლმა გამოიღო ტრიეპოქსიდის 100% 8 წუთში. კარვეოლი, ლიმონინის წარმოებული, გარდაიქმნება კარვეოლის დიოქსიდში 98% გამოსავლიანობით. კარვონის ეპოქსიდაციის რეაქციაში დიმეთილ დიოქსირანის გამოყენებით, კონვერტაცია იყო 100% 5 წუთში და გამოიმუშავა 7,8-კარვონის ოქსიდი.
სონოქიმიური ტერპენის ეპოქსიდაციის მთავარი უპირატესობებია ჟანგვის აგენტის ეკოლოგიურად სუფთა ბუნება (მწვანე ქიმია), ასევე მნიშვნელოვნად შემცირებული რეაქციის დრო, რომელიც ასრულებს ამ დაჟანგვას ულტრაბგერითი აგიტაციით. ეპოქსიდაციის ეს მეთოდი საშუალებას გაძლევთ მიაღწიოთ ლიმონენის 100% კონვერტაციას ლიმონენის დიოქსიდის 100% გამოსავლიანობით მხოლოდ 4,5 წუთში 90 წუთთან შედარებით, როდესაც გამოიყენება ტრადიციული აგიტაცია. გარდა ამისა, რეაქციის გარემოში არ იქნა ნაპოვნი ლიმონინის დაჟანგვის პროდუქტები, როგორიცაა კარვონი, კარვეოლი და პერრილილის სპირტი. ულტრაბგერითი α-პინენის ეპოქსიდაციას დასჭირდა მხოლოდ 4 წუთი, რაც გამოიმუშავებდა α-პინენის ოქსიდის 100%-ს რგოლის დაჟანგვის გარეშე. სხვა ტერპენები, როგორიცაა β-პინენი, ფარნესოლი და კარვეოლი, ასევე დაჟანგდა, რაც იწვევს ეპოქსიდის ძალიან მაღალ მოსავლიანობას.

sonochemical ეფექტი

როგორც კლასიკური მეთოდების ალტერნატივა, სონოქიმიურზე დაფუძნებული პროტოკოლები იქნა გამოყენებული სხვადასხვა რეაქციების სიჩქარის გასაზრდელად, რის შედეგადაც პროდუქტები წარმოიქმნება უფრო რბილ პირობებში, რეაქციის დროის მნიშვნელოვანი შემცირებით. ეს მეთოდები აღწერილია, როგორც უფრო ეკოლოგიურად და მდგრადი და ასოცირდება უფრო მეტ სელექციურობასთან და ენერგიის დაბალ მოხმარებასთან სასურველი ტრანსფორმაციებისთვის. ასეთი მეთოდების მექანიზმი ემყარება აკუსტიკური კავიტაციის ფენომენს, რომელიც იწვევს წნევისა და ტემპერატურის უნიკალურ პირობებს თხევად გარემოში ბუშტების წარმოქმნის, ზრდისა და ადიაბატური კოლაფსის გზით. ეს ეფექტი აუმჯობესებს მასის გადაცემას და ზრდის ტურბულენტურ ნაკადს სითხეში, რაც ხელს უწყობს ქიმიურ გარდაქმნებს. ჩვენს კვლევებში ულტრაბგერის გამოყენებამ გამოიწვია ნაერთების წარმოება შემცირებული რეაქციის დროს მაღალი მოსავლიანობითა და სისუფთავით. ასეთმა მახასიათებლებმა გაზარდა ფარმაკოლოგიურ მოდელებში შეფასებული ნაერთების რაოდენობა, რაც ხელს უწყობს ოპტიმიზაციის პროცესის დაჩქარებას.
ეს მაღალი ენერგიის შეყვანა არა მხოლოდ შეუძლია გააძლიეროს მექანიკური ეფექტები ჰეტეროგენულ პროცესებში, არამედ ასევე ცნობილია, რომ იწვევს ახალ რეაქტიულობას, რაც იწვევს მოულოდნელი ქიმიური სახეობების წარმოქმნას. რაც სონოქიმიას უნიკალურს ხდის არის კავიტაციის შესანიშნავი ფენომენი, რომელიც წარმოქმნის მიკრო-ბუშტუკების გარემოს ლოკალურად შეზღუდულ სივრცეში არაჩვეულებრივ ეფექტებს მაღალი წნევის / დაბალი წნევის ციკლების მონაცვლეობით, ძალიან მაღალი ტემპერატურის დიფერენციალებით, მაღალი ათვლის ძალებით და სითხეებით. ნაკადი.

Sonochemically Promoted Organocatalytic Reactions-ის უპირატესობები

Sonication სულ უფრო ხშირად გამოიყენება ორგანულ სინთეზსა და კატალიზში, ვინაიდან ზონოქიმიური ეფექტები აჩვენებს ქიმიური რეაქციების არსებით გაძლიერებას. განსაკუთრებით ტრადიციულ მეთოდებთან შედარებით (მაგ. გათბობა, მორევა) სონოქიმია უფრო ეფექტური, მოსახერხებელი და ზუსტად კონტროლირებადია. Sonication და sonochemistry გვთავაზობს რამდენიმე ძირითად უპირატესობას, როგორიცაა უფრო მაღალი მოსავლიანობა, ნაერთების გაზრდილი სისუფთავე და სელექციურობა, მოკლე რეაქციის დრო, დაბალი ღირებულება, ისევე როგორც სიმარტივე სონოქიმიური პროცედურის მუშაობისა და დამუშავების დროს. ეს სასარგებლო ფაქტორები ხდის ულტრაბგერითი დახმარებით ქიმიურ რეაქციებს არა მხოლოდ უფრო ეფექტურს და დამზოგველს, არამედ გარემოსდაცვით მეგობრულს.
დადასტურებულია, რომ მრავალი ორგანული რეაქცია იძლევა უფრო მაღალ მოსავალს მოკლე რეაქციის დროს და/ან უფრო რბილ პირობებში, როდესაც კეთდება სონიკაციის გამოყენებით.

Ultrasonication საშუალებას იძლევა მარტივი ერთი ქოთნის რეაქციები

Sonication საშუალებას იძლევა დაიწყოს მრავალკომპონენტიანი რეაქციები, როგორც ერთი ჭურჭლის რეაქციები, რომლებიც უზრუნველყოფენ სტრუქტურულად მრავალფეროვანი ნაერთების სინთეზს. ასეთი ერთი ჭურჭლის რეაქციები ფასდება მაღალი საერთო ეფექტურობისა და მათი სიმარტივისთვის, ვინაიდან შუალედური ნივთიერებების იზოლაცია და გაწმენდა საჭირო არ არის.

ულტრაბგერითი ტალღების ზემოქმედება ასიმეტრიულ ორგანოკატალიტიკურ რეაქციებზე წარმატებით იქნა გამოყენებული რეაქციის სხვადასხვა ტიპებში, მათ შორის ფაზური გადაცემის კატალიზები, ჰეკის რეაქციები, ჰიდროგენიზაცია, მანიჩის რეაქციები, ბარბიეს და ბარბიეს მსგავსი რეაქციები, დილს-ალდერის რეაქციები, სუზუკის შეერთების რეაქცია და მაიკლის დამატება.

იპოვეთ იდეალური ულტრაბგერითი თქვენი ორგანოკატალიტიკური რეაქციისთვის!

Hielscher Ultrasonics არის თქვენი სანდო პარტნიორი, როდესაც საქმე ეხება მაღალი ხარისხის, მაღალი ხარისხის ულტრაბგერით აღჭურვილობას. Hielscher შეიმუშავებს, აწარმოებს და ავრცელებს უახლესი ულტრაბგერითი ზონდებს, რეაქტორებს და თასების რქებს სონოქიმიური გამოყენებისთვის. ყველა მოწყობილობა დამზადებულია ISO სერთიფიცირებული პროცედურების შესაბამისად და გერმანული სიზუსტით უმაღლესი ხარისხისთვის ჩვენს სათაო ოფისში ტელტოვში (ბერლინის მახლობლად), გერმანია.
Hielscher ულტრაბგერითი აპარატების პორტფოლიო მერყეობს კომპაქტური ლაბორატორიული ულტრაბგერითი აპარატებიდან სრულად სამრეწველო ულტრაბგერითი რეაქტორებამდე ფართომასშტაბიანი ქიმიური წარმოებისთვის. ზონდები (ასევე ცნობილია როგორც sonotrodes, ულტრაბგერითი რქები ან რჩევები), გამაძლიერებელი რქები და რეაქტორები ადვილად ხელმისაწვდომია მრავალი ზომითა და გეომეტრიით. მორგებული ვერსიები შეიძლება დამზადდეს თქვენი მოთხოვნებისთვისაც.
მას შემდეგ, რაც Hielscher Ultrasonics’ ულტრაბგერითი პროცესორები ხელმისაწვდომია ნებისმიერი ზომით, მცირე ლაბორატორიული მოწყობილობებიდან მსხვილ სამრეწველო პროცესორებამდე, სერიული და ნაკადის ქიმიის აპლიკაციებისთვის, მაღალი ხარისხის სონიკა შეიძლება ადვილად განხორციელდეს ნებისმიერ რეაქციაში. ულტრაბგერითი ამპლიტუდის ზუსტი რეგულირება – ყველაზე მნიშვნელოვანი პარამეტრი სონოქიმიური გამოყენებისთვის – საშუალებას აძლევს Hielscher ულტრაბგერითი მუშაობას დაბალ და ძალიან მაღალ ამპლიტუდებზე და ამპლიტუდის ზუსტად მორგებას კონკრეტული ქიმიური რეაქციის სისტემის საჭირო ულტრაბგერითი პროცესის პირობებთან.
Hielscher's ულტრაბგერითი გენერატორი გამოირჩევა ჭკვიანი პროგრამით, მონაცემთა ავტომატური პროტოკოლირებით. დამუშავების ყველა მნიშვნელოვანი პარამეტრი, როგორიცაა ულტრაბგერითი ენერგია, ტემპერატურა, წნევა და დრო, ავტომატურად ინახება ჩამონტაჟებულ SD ბარათზე, მოწყობილობის ჩართვისთანავე.
პროცესის მონიტორინგი და მონაცემთა ჩაწერა მნიშვნელოვანია პროცესის უწყვეტი სტანდარტიზაციისა და პროდუქტის ხარისხისთვის. ავტომატურად ჩაწერილი პროცესის მონაცემებზე წვდომის საშუალებით, შეგიძლიათ გადახედოთ სონიკაციის წინა სამუშაოებს და შეაფასოთ შედეგი.
კიდევ ერთი მოსახერხებელი ფუნქციაა ჩვენი ციფრული ულტრაბგერითი სისტემების ბრაუზერის დისტანციური მართვა. დისტანციური ბრაუზერის მართვის საშუალებით შეგიძლიათ დაიწყოთ, შეაჩეროთ, შეცვალოთ და აკონტროლოთ თქვენი ულტრაბგერითი პროცესორი დისტანციურად ნებისმიერი ადგილიდან.
დაგვიკავშირდით ახლა, რომ გაიგოთ მეტი ჩვენი მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორების შესახებ, რომლებსაც შეუძლიათ გააუმჯობესონ თქვენი ორაგნოკატალიტიკური სინთეზის რეაქცია!

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გაძლევთ ჩვენს ულტრასონისტების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს: