Duerch Ultraschallbehandlung gefërdert organokatalytesch Reaktiounen

An der organescher Chimie ass d’Organokatalys eng Form vu Katalys, bei där d’Vitess vun enger cheemescher Reaktioun duerch en organesche Katalysator erhéicht gëtt. Dësen “Organokatalysator” besteet aus Kuelestoff, Waasserstoff, Schwiefel an aneren netmetalleschen Elementer, déi an organesche Verbindunge virkommen. D’Uwendung vun héichleeschtungsfäegem Ultraschall op cheemesch Systemer ass als Sonochemie bekannt an ass eng gutt etabléiert Technik, fir d’Ausbezuelen ze erhéijen, d’Reaktiounsraten ze verbesseren an d’Reaktiounsvitess ze steigeren. Ënner Ultraschallbehandlung gëtt et dacks méiglech, cheemesch Reaktiounsweeër ze wiesselen an dobäi onerwënscht Nieweprodukter ze vermeiden. D’Sonochemie kann organokatalytesch Reaktioune fërderen an se méi effizient an ëmweltfrëndlech maachen.

Asymmetresch Organokatalys – duerch Ultraschallbehandlung verbessert

D’Sonochemie, d’Uwendung vun héichleeschtungsfäegem Ultraschall a cheemesche Systemer, kann organokatalytesch Reaktioune wesentlech verbesseren. Asymmetresch Organokatalys a Kombinatioun mat Ultraschallbehandlung erlaabt et dacks, d’Organokatalys zu engem méi ëmweltfrëndleche Reaktiounswee ze maachen, deen domat ënner de Begrëff vun der grénger Chimie fält. D’Ultraschallbehandlung beschleunegt déi (asymmetresch) organokatalytesch Reaktioun a féiert zu méi héijen Ausbezuelen, méi séieren Ëmsetzungsraten, enger méi einfacher Isolatioun/Reinigung vum Produkt an enger verbesserter Selektivitéit a Reaktivitéit. Nieft hirem Bäitrag zur Verbesserung vun der Reaktiounskinetik an der Ausbezuel kann d’Ultraschallbehandlung dacks mat nohaltege Reaktiounsléisungsmëttelen, wéi ionesche Flëssegkeeten, déif eutektesche Léisungsmëttelen, mëllen, net gëftege Léisungsmëttelen a Waasser, kombinéiert ginn. Domat verbessert d’Sonochemie net nëmmen déi (asymmetresch) organokatalytesch Reaktioun selwer, mee ënnerstëtzt och d’Nohaltegkeet vun organokatalytesche Reaktiounen.

D’Fuerschung huet vill Beispiller fir sonocheemesch verstäerkt organokatalytesch Reaktioune gewisen. Zum Beispill ginn duebelsträngeg DNA-Moleküllen als chiraalt Gerüst benotzt, fir Hybridkatalysatoren aus Metall a Biomakromoleküllen fir asymmetresch Synthesreaktiounen zesummenzesetzen. Katalysatoren op Basis vu G-Quadruplex-DNA goufe bei asymmetresche Michael-Additiounen, Diels-Alder- a Friedel-Crafts-Reaktiounen agesat. (vgl. Zhao a Shen, 2018)
Bei der duerch inidium gefërderter Reaktioun weist d’Ultraschallbehandlung positiv Effekter, well déi sonocheemesch ugedriwwe Reaktioun ënner méi mëlle Bedéngungen ofleeft an dobäi héich Niveaue vun der Diastereoselektioun erhale bleiwen. Mam sonocheemesche Reaktiounswee goufe gutt Resultater bei der organokatalytescher Synthes vu β-Laktam-Kuelenhydrater, β-Aminosaier a Spirodiketopiperazinnen aus Zockerlaktone souwéi bei Allyléierungen a Reformatsky-Reaktiounen un Oximethere erreecht.

Duerch Ultraschall gefërdert organokatalytesch Synthes vu Medikamenter

Rogozińska-Szymczak a Mlynarski (2014) berichten iwwer d’asymmetresch Michael-Additioun vu 4-Hydroxycoumarin un α,β-ongesättegt Ketonen op Waasser ouni organesch Co-Léisungsmëttelen – katalyséiert duerch organesch primär Aminen an Ultraschallbehandlung. D’Uwendung vun enantiomererengem (S,S)-Diphenylethylendiamin liwwert iwwer duerch Ultraschall beschleunegt Reaktiounen eng Rei vu wichtege pharmazeutesch aktive Verbindunge mat gudden bis exzellenten Ausbezuelen (73–98%) a gudden Enantioselektivitéiten (bis zu 76% ee). D’Fuerscher presentéieren en effiziente sonocheemesche Protokoll fir d’Bildung vum Antikoagulans Warfarin a béiden enantiomere Formen no der Method „Feststoffer op Waasser“. Dës ëmweltfrëndlech organokatalytesch Reaktioun ass net nëmme skaléierbar, mee liwwert och dat ugestrieft Medikamentemoleküll an enantiomererenger Form.

Sonocheemesch Epoxidéierung vun Terpenen

Charbonneau et al. (2018) hunn déi erfollegräich Epoxidéierung vun Terpeenen ënner Ultraschallbehandlung nogewisen. Déi konventionell Epoxidéierung erfuerdert den Asaz vun engem Katalysator, mee mat Ultraschall leeft d’Epoxidéierung als katalysatorfräi Reaktioun of.
Limonendioxid ass e wichtegt Zwëschemoleküll fir d’Entwécklung vu biobaséierte Polycarbonaten oder net-isocyanatbaséierte Polyurethanen. Ultraschall erméiglecht déi katalysatorfräi Epoxidéierung vun Terpeenen bannent enger ganz kuerzer Reaktiounszäit – a liwwert gläichzäiteg ganz gutt Ausbezuelen. Fir d’Wierksamkeet vun der Ultraschallepoxidéierung ze demonstréieren, huet d’Fuerschungsekipp d’Epoxidéierung vu Limonen zu Limonendioxid mat in situ generéiertem Dimethyldioxiran als Oxidatiounsmëttel souwuel ënner konventionellem Réieren ewéi och ënner Ultraschallbehandlung verglach. Fir all Ultraschallversich gouf den Hielscher UP50H (50W, 30kHz) Laborultraschallapparat agesat.

D’Zäit, déi néideg war, fir Limonen ënner Ultraschallbehandlung mat enger Ausbezuel vun 100% vollstänneg zu Limonendioxid ëmzesetzen, huet bei Raumtemperatur nëmme 4,5 min bedroen. Am Verglach dozou huet déi néideg Zäit, fir eng Ausbezuel vu 97% Limonendioxid duerch konventionellt Réiere mat engem Magnéitréierer z’erreechen, 1,5 h bedroen. D’Epoxidéierung vun α-Pinen gouf och mat deenen zwou Réiertechniken ënnersicht. D’Epoxidéierung vun α-Pinen zu α-Pinenoxid ënner Ultraschallbehandlung huet nëmme 4 min gebraucht, woubäi eng Ausbezuel vun 100% erreecht gouf, wärend d’Reaktiounszäit mat der konventioneller Method am Verglach dozou 60 min bedroen huet. Wat aner Terpeenen ugeet, gouf β-Pinen an nëmme 4 min zu β-Pinenoxid ëmgesat, wärend Farnesol an 8 min eng Ausbezuel vun 100% vum Triepoxid geliwwert huet. Carveol, e Limonenderivat, gouf mat enger Ausbezuel vun 98% zu Carveoldioxid ëmgesat. Bei der Epoxidéierungsreaktioun vu Carvon mat Dimethyldioxiran huet den Ëmsaz a 5 min 100% erreecht, woubäi 7,8-Carvonoxid entstanen ass.
D’Haaptvirdeeler vun der sonocheemescher Terpeenepoxidéierung sinn d’Ëmweltfrëndlechkeet vum Oxidatiounsmëttel (gréng Chimie) souwéi déi däitlech reduzéiert Reaktiounszäit, wann dës Oxidatioun ënner Réiere mat Ultraschall duerchgefouert gëtt. Dës Epoxidéierungsmethod huet et erméiglecht, en Ëmsaz vun 100% vum Limonen mat enger Ausbezuel vun 100% Limonendioxid an nëmme 4,5 min z’erreechen, am Verglach zu 90 min beim traditionelle Réieren. Ausserdeem goufe keng Oxidatiounsprodukter vu Limonen, wéi Carvon, Carveol a Perrilylalkohol, am Reaktiounsmedium fonnt. D’Epoxidéierung vun α-Pinen ënner Ultraschall huet nëmme 4 min gebraucht an huet eng Ausbezuel vun 100% α-Pinenoxid geliwwert, ouni datt de Rank oxidéiert gouf. Aner Terpeenen, wéi β-Pinen, Farnesol a Carveol, goufen och oxidéiert, wat zu ganz héijen Epoxidausbezuele gefouert huet.

Sonocheemesch Effekter

Als Alternativ zu klassesche Methode goufe sonochemesch Protokoller agesat, fir d’Geschwindegkeet vun enger grousser Villfalt vu Reaktiounen ze erhéijen, wouduerch Produkter ënner méi mëlle Bedéngungen a mat däitlech verkierzte Reaktiounszäiten hiergestallt goufen. Dës Methode goufen als méi ëmweltfrëndlech a méi nohalteg beschriwwen a si mat enger méi héijer Selektivitéit an engem méi niddregen Energieverbrauch fir déi gewënschten Ëmwandlunge verbonnen. De Mechanismus vun dëse Methode baséiert op der akustescher Kavitatioun, déi duerch d’Bildung, de Wuesstem an den adiabateschen Zesummebroch vu Blosen am flëssege Medium eenzegaarteg Drock- an Temperaturbedéngungen ervirrifft. Dësen Effekt verbessert de Stofftransport a verstäerkt déi turbulent Stréimung an der Flëssegkeet, wat déi chemesch Ëmwandlungen erliichtert. An eise Studien huet den Asaz vun Ultraschall et erméiglecht, Verbindunge mat héijen Ausbeuten an héijer Rengheet a verkierzte Reaktiounszäiten hierzestellen. Dës Eegenschaften hunn d’Zuel vun de Verbindungen erhéicht, déi a pharmakologesche Modeller evaluéiert goufen, an esou dozou bäigedroen, den Optimiséierungsprozess vun initialen Treffersubstanzen zu Leetstrukturen ze beschleunegen.
Dës héich Energiezouféierung kann net nëmme mechanesch Effekter an heterogene Prozesser verstäerken, mee et ass och bekannt, datt si nei Reaktivitéiten ervirrifft, déi zur Bildung vun onerwaarte chemesche Spezies féieren. Wat d’Sonochemie eenzegaarteg mécht, ass dat bemierkenswäert Phänomeen vun der Kavitatioun, dat an engem lokal begrenzte Raum am Ëmfeld vun de Mikroblosen aussergewéinlech Effekter duerch ofwiesselnd Héichdrock- / Déifdrockzyklen, ganz héich Temperaturdifferenzen, héich Schéierkräften a Flëssegkeetsstréimungen ervirrifft.

D’Virdeeler vu sonochemesch gefërderten organokatalytesche Reaktiounen

D’Ultraschallbehandlung gëtt ëmmer méi an der organescher Synthes an an der Katalys agesat, well sonochemesch Effekter eng däitlech Intensivéierung vu chemesche Reaktioune bewierken. Besonnesch am Verglach mat traditionelle Methoden (z. B. Erhëtzen, Réieren) ass d’Sonochemie méi effizient, méi praktesch a prezis steierbar. D’Ultraschallbehandlung an d’Sonochemie bidden e puer wesentlech Virdeeler, wéi méi héich Ausbeuten, eng méi héich Rengheet vun de Verbindungen a méi héich Selektivitéit, méi kuerz Reaktiounszäiten, méi niddreg Käschten an eng einfach Duerchféierung an Handhabung vum sonochemesche Verfaren. Dës gënschteg Facteure maachen ultraschallënnerstëtzt chemesch Reaktiounen net nëmme méi wierksam a méi sécher, mee och méi ëmweltfrëndlech.
Fir vill organesch Reaktioune gouf nogewisen, datt si méi héich Ausbeuten a méi kuerzer Reaktiounszäit an / oder ënner méi mëlle Bedéngunge liwweren, wa si mat Ultraschallbehandlung duerchgefouert ginn.

D’Ultraschallbehandlung erméiglecht einfach Eendëppenreaktiounen

D’Ultraschallbehandlung erméiglecht et, Multikomponentereaktiounen als Eendëppenreaktiounen anzeleeden, déi d’Synthes vu strukturell villfältege Verbindungen erlaben. Esou Eendëppenreaktioune gi wéinst hirer héijer Gesamteffizienz an hirer Einfachheet geschätzt, well et net néideg ass, Tëscheprodukter ze isoléieren an ze rengegen.

D’Effekter vun Ultraschallwellen op asymmetresch organokatalytesch Reaktioune goufen erfollegräich bei verschiddene Reaktiounstyppen agesat, dorënner Phasentransferkatalysen, Heck-Reaktiounen, Hydrogenéierung, Mannich-Reaktiounen, Barbier- a Barbier-änlech Reaktiounen, Diels-Alder-Reaktiounen, d’Suzuki-Kupplungsreaktioun an d’Michael-Additioun.

Fannt den idealen Ultraschallapparat fir Är organokatalytesch Reaktioun!

Hielscher Ultrasonics ass Ären zouverlässege Partner fir héichleeschtungsfäeg Ultraschallausrüstung vun héijer Qualitéit. Hielscher entwéckelt, fabrizéiert a verdeelt modernst Ultraschallsonden, Reakteren a Becher-Sonotroden fir sonochemesch Uwendungen. All Ausrüstung gëtt no ISO-zertifizéierte Verfaren a mat däitscher Präzisioun fir eng iwwerleeë Qualitéit an eisem Haaptsëtz zu Teltow (bei Berlin), Däitschland, fabrizéiert.
D’Gamme vun den Hielscher Ultraschallapparater reecht vu kompakten Ultraschallapparater fir de Labo bis zu vollindustriellen Ultraschallreaktere fir d’chemesch Produktioun a groussem Moossstaf. Sonden (och als Sonotroden, Ultraschallhäerner oder Spëtzte bekannt), Verstäerkerhäerner a Reaktere sinn a ville Gréissten a Geometrien direkt disponibel. Och speziell Versioune kënnen no Ären Ufuerderunge fabrizéiert ginn.
Well d’Ultraschallprozessoren vun Hielscher Ultrasonics an all Gréisst disponibel sinn, vu klenge Laboapparater bis zu groussen industrielle Prozessore fir Uwendungen an der Chargen- an Duerchflosschemie, kann eng héichleeschtungsfäeg Ultraschallbehandlung einfach an all Reaktiounsopbau integréiert ginn. Déi präzis Astellung vun der Ultraschallamplitud – dem wichtegste Parameter fir sonochemesch Uwendungen – erlaabt et, Hielscher Ultraschallapparater mat niddrege bis ganz héijen Amplituden ze bedreiwen an d’Amplitud genee op déi erfuerderlech Ultraschallprozessbedéngunge vum jeeweilege chemesche Reaktiounssystem ofzestëmmen.
D’Ultraschallgeneratore vun Hielscher hunn eng intelligent Software mat automatescher Dateprotokolléierung. All wichteg Veraarbechtungsparameter wéi Ultraschallenergie, Temperatur, Drock an Zäit ginn automatesch op enger agebauter SD-Kaart gespäichert, soubal den Apparat ageschalt gëtt.
D’Prozessiwwerwaachung an d’Datenopzeechnung si wichteg fir eng kontinuéierlech Prozessstandardiséierung an d’Produktqualitéit. Duerch den Zougrëff op déi automatesch opgezeechent Prozessdate kënnt Dir fréier Ultraschallbehandlungen iwwerpréiwen an hir Resultater bewäerten.
Eng weider benotzerfrëndlech Funktioun ass d’Fernsteierung vun eisen digitalen Ultraschallsystemer iwwer de Browser. Mat der Fernsteierung iwwer de Browser kënnt Dir Ären Ultraschallprozessor vun iwwerall aus starten, stoppen, astellen an iwwerwaachen.
Kontaktéiert eis elo, fir méi doriwwer gewuer ze ginn, wéi eis héichleeschtungsfäeg Ultraschallhomogenisateuren Är organokatalytesch Synthesreaktioun verbessere kënnen!

Déi follgend Tabell gëtt Iech en Iwwerbléck iwwer déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater: