Organokatalītiskās reakcijas, ko veicina ultraskaņas apstrāde

Organiskajā ķīmijā organokatalīze ir katalīzes forma, kurā ķīmiskās reakcijas ātrumu palielina organiskais katalizators. Šis “organokatalizators” sastāv no oglekļa, ūdeņraža, sēra un citiem nemetāla elementiem, kas atrodami organiskajos savienojumos. Lieljaudas ultraskaņas pielietošana ķīmiskajām sistēmām ir pazīstama kā sonochemistry un labi izveidota tehnika, lai palielinātu ražu, uzlabotu reakcijas ātrumu un paātrinātu reakcijas ātrumu. Ultraskaņas apstākļos bieži vien ir iespējams mainīt ķīmiskos ceļus, izvairoties no nevēlamiem blakusproduktiem. Sonochemistry var veicināt organokatalītiskās reakcijas, padarot tās efektīvākas un videi draudzīgākas.

Asimetriskā organokatalīze – Uzlabots ar ultraskaņu

Sonochemistry, augstas veiktspējas ultraskaņas pielietošana ķīmiskajās sistēmās, var ievērojami uzlabot organokatalītiskās reakcijas. Asimetriskā organokatalīze apvienojumā ar ultrasonication bieži ļauj pārveidot organokatalīzi uz videi draudzīgāku ceļu, tādējādi iekļaujoties zaļās ķīmijas terminoloģijā. Ultraskaņas apstrāde paātrina (asimetrisku) organokatisko reakciju un noved pie augstākas ražas, ātrākiem konversijas ātrumiem, vieglākas produktu izolācijas / attīrīšanas un uzlabotas selektivitātes un reaktivitātes. Papildus reakcijas kinētikas un ražas uzlabošanai ultrasonication bieži var kombinēt ar ilgtspējīgiem reakcijas šķīdinātājiem, piemēram, jonu šķidrumiem, dziļiem eutektiskiem šķīdinātājiem, viegliem, netoksiskiem šķīdinātājiem un ūdeni. Tādējādi sonochemistry ne tikai uzlabo (asimetrisko) organisko reakciju, bet arī palīdz organokatalītisko reakciju ilgtspējai.

Pētījumi ir parādījuši daudzveidīgus piemērus sonoķīmiski pastiprinātām oragnokatalītiskām reakcijām. Piemēram, divšķiedru DNS molekulas kā hirālas sastatnes tiek izmantotas, lai saliktu metāla-biomakromolekulu hibrīdu katalizatorus asimetriskām sintēzes reakcijām. G-quadruplex DNS bāzes katalizatori ir izmantoti asimetriskās Maikla pievienošanas, Diels-Alder un Friedel-Crafts reakcijās. (sal. ar Zhao un Shen, 2018)
Inīdija veicinātai reakcijai ultraskaņas apstrāde parāda labvēlīgu ietekmi, jo sonoķīmiski vadītā reakcija notiek vieglākos apstākļos, tādējādi saglabājot augstu diasterosselection līmeni. Izmantojot sonoķīmisko ceļu, tika sasniegti labi rezultāti β-laktāma ogļhidrātu, β-aminoskābju un spirodiketopiperazīnu organokatalītiskajā sintēzē no cukura laktoniem, kā arī alilācijas un Reformatska reakcijas uz oksima ēteriem.

Ultrasoniski veicināta organokatalītisko zāļu sintēze

Rogozińska-Szymczak un Mlynarski (2014) ziņo par asimetrisko Maikla 4-hidroksikumarīna pievienošanu α β-nepiesātinātajiem ketoniem uz ūdens bez organiskiem šķīdinātājiem – katalizē organiskie primārie amīni un ultraskaņas apstrāde. Enantiomēriski tīra (S,S)-difeniletilēndiamīna lietošana nodrošina virkni svarīgu farmaceitiski aktīvu savienojumu ar labu līdz izcilu ražu (73–98%) un ar labu enantioselectivitāti (līdz 76% ee), izmantojot reakcijas, ko paātrina ultraskaņa. Pētnieki iepazīstina ar efektīvu sonoķīmisko protokolu antikoagulanta varfarīna veidošanai "cietas vielas uz ūdens" abās enantiomēru formās. Šī videi draudzīgā organokatalītiskā reakcija ir ne tikai mērogojama, bet arī dod mērķa zāļu molekulu enantiomēriski tīrā veidā.

Terpēnu sonoķīmiskā epoksidācija

(2018) demostratēja veiksmīgu terpēnu epoksidāciju ar ultraskaņu. Parastā epoksidācija prasa izmantot katalizatoru, bet ar ultraskaņu epoksidācija darbojas kā reakcija bez katalizatora.
Limonēna dioksīds ir galvenā starpmolekula biobāzētu polikarbonātu vai neizocianāta poliuretānu izstrādei. Ultraskaņas apstrāde ļauj katalizatoram brīvi epoksidēt terpēnus ļoti īsā reakcijas laikā – Tajā pašā laikā dodot ļoti labu ražu. Lai pierādītu ultraskaņas epoksidācijas efektivitāti, pētnieku komanda salīdzināja limonēna epoksidāciju ar limonēna dioksīdu, izmantojot in-situ ģenerētu dimetildioksirānu kā oksidētāju gan parastajā uzbudinājumā, gan ultrasonication. Visiem ultraskaņas izmēģinājumiem Hielscher UP50H (50W, 30kHz) laboratorijas ultrasonikators tika izmantots.

Laiks, kas nepieciešams, lai pilnībā pārveidotu limonēnu par limonēna dioksīdu ar 100% ražu ar ultraskaņu, bija tikai 4,5 min istabas temperatūrā. Salīdzinājumam, ja izmanto parasto kratīšanu, izmantojot magnētisko maisītāju, nepieciešamais laiks, lai sasniegtu 97% limonēna dioksīda ražu, bija 1,5 h. Ir pētīta arī α-pinēna epoksidācija, izmantojot abas uzbudinājuma metodes. α-pinēna epoksidācijai ar α-pinēna oksīdu ultraskaņas apstrādei bija nepieciešamas tikai 4 minūtes ar iegūto ražu 100%, bet, salīdzinot ar parasto metodi, reakcijas laiks bija 60 minūtes. Kas attiecas uz citiem terpēniem, β-pinēns tika pārveidots par β-pinēna oksīdu tikai 4 minūtēs, savukārt farnesols ieguva 100% triepoksīda 8 minūtēs. Karveols, limonēna atvasinājums, tika pārveidots par karveola dioksīdu ar ražu 98%. Karvona epoksidācijas reakcijā, izmantojot dimetildioksirānu, konversija bija 100% 5 minūtēs, radot 7,8-karvona oksīdu.
Sonochemical terpēnu epoksidācijas galvenās priekšrocības ir oksidētāja videi draudzīgais raksturs (zaļā ķīmija), kā arī ievērojami samazināts reakcijas laiks, veicot šo oksidāciju ultraskaņas uzbudinājumā. Šī epoksidācijas metode ļāva sasniegt 100% limonēna konversiju ar 100% limonēna dioksīda iznākumu tikai 4,5 minūtēs, salīdzinot ar 90 minūtēm, kad tiek izmantota tradicionālā uzbudinājums. Turklāt reakcijas vidē netika atrasti limonēna oksidācijas produkti, piemēram, karvons, karveols un perrililspirts. α-pinēna epoksidācijai ultrasonogrāfijā bija nepieciešamas tikai 4 minūtes, iegūstot 100% α-pinēna oksīda bez gredzena oksidēšanas. Citi terpēni, piemēram, β-pinēns, farnesols un karveols, arī ir oksidēti, kā rezultātā rodas ļoti augsts epoksīda daudzums.

Sonochemical iedarbība

Kā alternatīva klasiskajām metodēm ir izmantoti sonoķīmiski balstīti protokoli, lai palielinātu visdažādāko reakciju ātrumu, kā rezultātā produkti tiek radīti maigākos apstākļos, ievērojami samazinot reakcijas laiku. Šīs metodes ir aprakstītas kā videi draudzīgākas un ilgtspējīgākas, un tās ir saistītas ar lielāku selektivitāti un zemāku enerģijas patēriņu vēlamajām pārvērtībām. Šādu metožu mehānisms ir balstīts uz akustiskās kavitācijas fenomenu, kas izraisa unikālus spiediena un temperatūras apstākļus, veidojoties, augot un adiabātiskā sabrūkot burbuļiem šķidrā vidē. Šis efekts uzlabo masas pārnesi un palielina turbulento plūsmu šķidrumā, veicinot ķīmiskās pārvērtības. Mūsu pētījumos ultraskaņas izmantošana ir novedusi pie savienojumu ražošanas samazinātā reakcijas laikā ar augstu ražu un tīrību. Šādas īpašības ir palielinājušas farmakoloģiskajos modeļos novērtēto savienojumu skaitu, palīdzot paātrināt trāpījumu svina optimizācijas procesā.
Šis augstas enerģijas ieguldījums ne tikai var uzlabot mehānisko iedarbību neviendabīgos procesos, bet ir arī zināms, ka tas izraisa jaunas reaktivitātes, kas izraisa negaidītu ķīmisko sugu veidošanos. Tas, kas padara sonochemistry unikālu, ir ievērojamais kavitācijas fenomens, kas mikro-burbuļu vides lokāli slēgtā telpā rada ārkārtas efektus, ko izraisa mainīgi augstspiediena / zema spiediena cikli, ļoti augstas temperatūras starpības, augstas bīdes spēki un šķidruma straumēšana.

Sonoķīmiski veicināto organokatalītisko reakciju priekšrocības

Ultraskaņas apstrāde arvien vairāk tiek izmantota organiskajā sintēzē un katalīzē, jo sonochemical iedarbība liecina par būtisku ķīmisko reakciju pastiprināšanos. Īpaši, ja salīdzina ar tradicionālajām metodēm (piemēram, karsēšanu, maisīšanu), sonoķīmija ir efektīvāka, ērtāka un precīzāk kontrolējama. Ultraskaņas apstrāde un sonoķīmija piedāvā vairākas būtiskas priekšrocības, piemēram, augstāku ražu, lielāku savienojumu tīrību un selektivitāti, īsākus reakcijas laikus, zemākas izmaksas, kā arī sonoķīmiskās procedūras darbības un apstrādes vienkāršību. Šie labvēlīgie faktori padara ultraskaņas ķīmiskās reakcijas ne tikai efektīvākas un taupīgākas, bet arī videi draudzīgākas.
Ir pierādīts, ka daudzas organiskas reakcijas dod lielāku ražu īsākā reakcijas laikā un / vai vieglākos apstākļos, ja tās tiek veiktas, izmantojot ultraskaņu.

Ultrasonication ļauj veikt vienkāršas viena katla reakcijas

Ultraskaņas apstrāde ļauj uzsākt daudzkomponentu reakcijas kā viena katla reakcijas, kas nodrošina strukturāli daudzveidīgu savienojumu sintēzi. Šādas viena katla reakcijas tiek novērtētas, ņemot vērā augstu vispārējo efektivitāti un to vienkāršību, jo starpproduktu izolācija un attīrīšana nav nepieciešama.

Ultraskaņas viļņu ietekme uz asimetriskām organokatalītiskām reakcijām ir veiksmīgi pielietota dažādos reakciju veidos, tostarp fāzes pārneses katalīzēs, Heck reakcijās, hidrogenēšanā, Mannich reakcijās, Barbier un Barbier līdzīgās reakcijās, Diels-Alder reakcijās, Suzuki savienojuma reakcijā un Micheal papildinājumā.

Atrodiet ideālu ultrasonicator jūsu organokatalītiskajai reakcijai!

Hielscher Ultrasonics ir jūsu uzticamais partneris, kad runa ir par augstas veiktspējas, augstas kvalitātes ultraskaņas iekārtām. Hielscher projektē, ražo un izplata vismodernākās ultraskaņas zondes, reaktorus un kausu ragus sonochemical lietojumiem. Visas iekārtas tiek ražotas saskaņā ar ISO sertificētām procedūrām un ar vācu precizitāti, lai nodrošinātu izcilu kvalitāti mūsu galvenajā mītnē Teltovā (netālu no Berlīnes), Vācijā.
Hielscher ultrasonikatoru portfelis svārstās no kompaktiem laboratorijas ultrasonikatoriem līdz pilnībā rūpnieciskiem ultraskaņas reaktoriem liela mēroga ķīmisko vielu ražošanai. Zondes (pazīstamas arī kā sonotrodes, ultraskaņas ragi vai uzgaļi), pastiprinātāja ragi un reaktori ir viegli pieejami daudzos izmēros un ģeometrijās. Pielāgotas versijas var ražot arī jūsu prasībām.
Tā kā Hielscher Ultrasonics’ Ultraskaņas procesori ir pieejami jebkurā izmērā, sākot no mazām laboratorijas ierīcēm līdz lieliem rūpnieciskiem procesoriem partijas un plūsmas ķīmijas lietojumiem, augstas veiktspējas ultraskaņu var viegli ieviest jebkurā reakcijas iestatījumā. Precīza ultraskaņas amplitūdas pielāgošana – Svarīgākais parametrs sonochemical lietojumiem – ļauj darbināt Hielscher ultrasonikatorus ar zemām līdz ļoti augstām amplitūdām un precīzi noregulēt amplitūdu tieši līdz nepieciešamajiem ultraskaņas procesa apstākļiem konkrētajā ķīmiskās reakcijas sistēmā.
Hielscher ultraskaņas ģeneratoram ir gudra programmatūra ar automātisku datu protokolēšanu. Visi svarīgie apstrādes parametri, piemēram, ultraskaņas enerģija, temperatūra, spiediens un laiks, tiek automātiski saglabāti iebūvētajā SD kartē, tiklīdz ierīce ir ieslēgta.
Procesu uzraudzība un datu reģistrēšana ir svarīga nepārtrauktai procesu standartizācijai un produktu kvalitātei. Piekļūstot automātiski ierakstītajiem procesa datiem, varat pārskatīt iepriekšējos ultraskaņas braucienus un novērtēt rezultātu.
Vēl viena lietotājam draudzīga funkcija ir mūsu digitālo ultraskaņas sistēmu pārlūkprogrammas tālvadības pults. Izmantojot attālo pārlūka vadību, jūs varat sākt, apturēt, pielāgot un uzraudzīt ultraskaņas procesoru attālināti no jebkuras vietas.
Sazinieties ar mums tagad, lai uzzinātu vairāk par mūsu augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatori var uzlabot jūsu oragnokatalītiskās sintēzes reakciju!

Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu: