Klikšķa ķīmija – kā veicināt klikšķa reakcijas ar apstrādi ar ultraskaņu

Klikšķa ķīmijas reakcijas, piemēram, vara katalizētas azīdu un alkīnu ciklopievienošanās (CuAAC) reakcijas, var ievērojami uzlabot, izmantojot lieljaudas ultraskaņu. Sonoķīmiskā iedarbība palielina iznākumu un konversijas pakāpi. Turklāt uzlabojas klikšķa ķīmijas reakciju kopējā efektivitāte. Apstrāde ar ultraskaņu kā zaļās ķīmijas metode veicina efektīvākas un videi draudzīgākas ķīmiskās reakcijas.

Ar ultraskaņu veicināta vara katalizēta azīdu un alkīnu ciklopievienošanās

Vara katalizēta azīdu un alkīnu ciklopievienošanās (CuAAC) ir pazīstama kā svarīgākais un ievērojamākais klikšķa ķīmijas reakciju piemērs. Cravotto un kolēģi no Turīnas Universitātes (Itālija) ir izstrādājuši protokolu ar ultraskaņu veicinātai azīdu un alkīnu 1,3-dipolāras ciklopievienošanās reakcijai, izmantojot metālisko varu (Cu) kā katalizatoru. Azīdgrupa viegli iesaistās šāda veida organiskajā reakcijā. Cu(I) klātbūtnē būtiski uzlabojas azīdgrupas spēja savienoties ar alkīniem, un apstrāde ar ultraskaņu veicina klikšķa reakciju.

Ar ultraskaņu maisīts reaktors sonoķīmiskiem lietojumiem, tostarp klikšķa ķīmijas reakcijām.

Ar ultraskaņu maisīts reaktors ar ultraskaņas ierīci UP200St ķīmisko reakciju intensificēšanai klikšķa ķīmijā.

Sonoķīmiski uzlabotas klikšķa ķīmijas priekšrocības

uzlabota savienošanās spēja
lielāks iznākums
ātrāka reakcija
uzlabota reakcijas kinētika
zaļā ķīmija
vienkārša un droša lietošana

Sonoķīmiskā apstrāde ievērojami uzlabo klikšķa ķīmijas reakcijas. Apstrāde ar ultraskaņu palielina ciklopievienošanās reakciju iznākumu un paātrina reakciju norisi.

Sonoķīmiski uzlabota klikšķa ķīmija: apstrāde ar ultraskaņu uzlabo vara katalizētu ciklopievienošanos ar fenilacetilēnu.
(Pētījums un attēls: © Cintas et al., 2010)

Sonoķīmisko reakciju priekšrocības

Ultraskaņas sintēze (sonosintēze) daudzo priekšrocību dēļ ir kļuvusi par vienu no visaugstāk novērtētajām intensificēšanas metodēm ķīmijā. Sonoķīmiski veicinātas reakcijas pārspēj tradicionālās metodes, kurās izmanto maisīšanu vai termisko iedarbību, reakcijas ātruma, iznākuma, izpildes vienkāršības, produktu tīrības, energoefektivitātes un citos aspektos. Ir zinātniski pierādīts, ka lieljaudas ultraskaņas izmantošana var veicināt ķīmiskās reakcijas un samazināt gan reakcijas laiku, gan nevēlamās blakusreakcijas. Apstrāde ar ultraskaņu kā alternatīvs zaļās enerģijas avots padara daudzas ķīmiskās reakcijas videi draudzīgākas, jo nepieciešams mazāk reaģentu, maigāki šķīdinātāji un mazāk enerģijas.

Šajā video Hielscher 200 vatu ultraskaņas homogenizators UP200St ar 7mm sonotrodu ir uzstādīts standarta stikla savienojumā stikla reaktora apakšā. To var uzstādīt horizontāli, vertikāli vai jebkurā citā virzienā. Vienā reaktora tvertnē var uzstādīt vairākas ultraskaņas zondes, piemēram, dažādos augstumos. Bieži priekšroku dod uzstādīšanai no sāniem vai apakšas, jo tā labāk darbojas mainīga šķidruma līmeņa apstākļos. Ultraskaņas maisīšanu var apvienot ar parastajiem augšējās piedziņas maisītājiem.

Sonoķīmiskas vara katalizētas organiskās reakcijas

Ultraskaņas un sonoķīmijas labvēlīgā ietekme uz reakcijām, kurās piedalās metāli, ir labi zināma. Apstrāde ar ultraskaņu veicina pasivējošo slāņu mehānisku noņemšanu un uzlabo gan masas pārnesi, gan elektronu pārnesi no metāla uz organisko akceptoru.
Ar ultraskaņu veicināta klikšķa sintēze ir izmantota plaša 1,4-diaizvietotu 1,2,3-triazola atvasinājumu klāsta iegūšanai, par izejvielām izmantojot gan mazas molekulas, gan oligomērus, piemēram, ciklodekstrīnus (CDs). Izmantojot šo efektīvo un videi draudzīgāko protokolu, visus aduktus var sintezēt 2–4 h laikā (ieskaitot pēcapstrādi, bet neieskaitot raksturošanu). Ir pierādīts, ka klikšķa ķīmija spēj tieši saistīt ķīmiju ar bioloģiju, tādējādi kļūstot par patiesi starpdisciplināru reakciju ar ārkārtīgi plašu pielietojumu.
(sal. Cintas et al., 2010)

Slēgts periodiskas darbības reaktors Hielscher ultraskaņas ierīcēm: šis reaktors ir ideāli piemērots sonoķīmiskām reakcijām, tostarp klikšķa ķīmijas, ciklopievienošanās, organiskās ķīmijas un citu veidu reakcijām.

Slēgts ultraskaņas reaktors sonoķīmiskām reakcijām, piemēram, klikšķa ķīmijā.

Laika ietaupījums klikšķa ķīmijā, pateicoties ar ultraskaņu paātrinātai reakcijas kinētikai

Ultraskaņas izmantošana var paātrināt lēnas ķīmiskās reakcijas, kas periodiskā režīmā parasti ilgst vairākas stundas. Būtiski uzlabotās reakcijas kinētikas dēļ reakcijas laiku var saīsināt līdz dažām minūtēm. Ultraskaņas plūsmas reaktora izmantošana var ievērojami palielināt iznākumu un ietaupīt laiku, tādējādi nodrošinot augstu efektivitāti sintēzēs, kas ar tradicionālajām metodēm norit lēni.

Augstas veiktspējas ultraskaņas ierīces sonoķīmiski uzlabotām klikšķa reakcijām

Hielscher Ultrasonics projektē, ražo un izplata augstas veiktspējas zondes tipa ultraskaņas ierīces, sonoķīmiskos reaktorus un piederumus sarežģītiem sonoķīmiskiem procesiem. Piedāvājot ultraskaņas procesorus ar jaudu no 50 vatiem līdz 16 000 vatiem uz vienu zondi (sonotrodi / ragu), Hielscher spēj nodrošināt jūsu ķīmiskajai reakcijai vispiemērotāko sonoķīmisko aprīkojumu.
Hielscher ultraskaņas ierīces ir atzītas to kvalitātes, uzticamības un izturības dēļ. Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums, kas īpašu uzmanību pievērš augstas veiktspējas ultraskaņas ierīcēm ar vismodernākajām tehnoloģijām un ērtu lietošanu. Protams, Hielscher ultraskaņas ierīces atbilst CE prasībām un izpilda UL, CSA un RoHs prasības.

Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas ierīču aptuveno apstrādes jaudu:

Partijas tilpums	Plūsmas ātrums	Ieteicamās ierīces
1 līdz 500mL	10 līdz 200mL/min	UP100H
10 līdz 2000mL	20 līdz 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 līdz 20L	0,2 līdz 4L/min	UIP2000hdT
10 līdz 100L	2 līdz 10L/min	UIP4000hdT
15 līdz 150L	3 līdz 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 līdz 100L/min	UIP16000
n.a.	lielāks	savstarpēji savienotu ierīču grupa: UIP16000

Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!

Ultraskaņas homogenizatorus ar augstu bīdes intensitāti izmanto apstrādei laboratorijā, galda iekārtās, pilotiekārtās un rūpniecībā.

Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus maisīšanai, disperģēšanai, emulģēšanai un ekstrakcijai laboratorijas, pilotiekārtu un rūpnieciskā mērogā.

Saistītās tēmas

Literatūra / Atsauces

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.

Noderīgi fakti

Klikšķa ķīmija apbalvota ar 2022. gada Nobela prēmiju ķīmijā

Klikšķa ķīmija, kuras nosaukumu 2001. gadā ieviesa Sharpless un viņa kolēģi, ir koncepcija, kas piedāvāta gandrīz ideālu reakciju klasei: šīs reakcijas ir ļoti efektīvas, ar augstu atomu ekonomiju, plaši izmantojamas un stereospecifiskas (bet ne obligāti enantioselektīvas), rada tikai nekaitīgus, viegli atdalāmus blakusproduktus un prasa tikai vienkāršus reakcijas apstākļus, viegli pieejamus reaģentus un vienkāršas produktu izdalīšanas procedūras.

Augstas veiktspējas ultraskaņas tehnoloģijas! Hielscher produktu klāsts aptver visu spektru no kompaktas laboratorijas ultraskaņas ierīces un galda iekārtām līdz pilna rūpnieciskā mēroga ultraskaņas sistēmām.

Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no laboratorijas līdz rūpnieciskam mērogam.