Chimia click – Cum să îmbunătățiți reacțiile click prin sonicare

Reacțiile de chimie click, cum ar fi reacțiile de cicloadiție azidă-alchină catalizată de cupru (CuAAC), pot beneficia în mare măsură de aplicarea ultrasunetelor de putere. Efectele sonochimice cresc randamentul și rata de conversie. În plus, eficiența generală a reacțiilor de chimie click este îmbunătățită. Ca tehnică a chimiei verzi, ultrasonicarea contribuie la reacții chimice mai eficiente și mai prietenoase cu mediul.

Cicloadiția azidă-alchină catalizată de cupru, promovată cu ultrasunete

Cicloadiția azidă-alchină catalizată de cupru (CuAAC) este cunoscută drept cel mai important și mai proeminent exemplu de reacții de chimie click. Cravotto și colegii săi de la Universitatea din Torino (Italia) au dezvoltat un protocol pentru o reacție de cicloadiție 1,3-dipolară a azidelor și alchinelor asistată de ultrasunete, folosind cupru metalic (Cu) drept catalizator. Gruparea azido participă cu ușurință la acest tip de reacție organică. Capacitatea de cuplare a grupării azido cu alchinele este îmbunătățită substanțial în prezența Cu(I), iar sonicarea promovează reacția click.

Reactor agitat cu ultrasunete pentru aplicații sonochimice, inclusiv reacții de chimie click.

Reactor agitat cu ultrasunete cu ultrasonicatorul UP200St pentru reacții chimice intensificate în chimia click.

Avantajele chimiei click îmbunătățite sonochimic

capacitate de cuplare îmbunătățită
randamente mai mari
reacție mai rapidă
cinetică de reacție îmbunătățită
chimie verde
operare simplă și sigură

Reacțiile de chimie click beneficiază în mare măsură de tratamentul sonochimic. Sonicarea crește randamentul reacțiilor de cicloadiție și accelerează viteza de reacție.

Chimie click îmbunătățită sonochimic: cicloadiția catalizată de cupru cu fenilacetilenă este îmbunătățită prin ultrasonicare.
(Studiu și grafic: © Cintas et al., 2010)

Avantajele reacțiilor sonochimice

Sinteza cu ultrasunete (sono-sinteza) s-a impus ca una dintre cele mai apreciate tehnici de intensificare în chimie datorită multiplelor sale avantaje. Reacțiile promovate sonochimic depășesc metodele convenționale bazate pe agitare sau pe încălzire în ceea ce privește viteza de reacție, randamentul, simplitatea operațională, puritatea produselor, eficiența energetică etc. Este demonstrat științific că utilizarea ultrasunetelor de putere poate promova reacțiile chimice și poate reduce timpul de reacție, precum și reacțiile secundare nedorite. Ca sursă alternativă de energie verde, sonicarea face ca multe reacții chimice să fie mai prietenoase cu mediul, deoarece sunt necesari mai puțini reactanți, solvenți mai blânzi și mai puțină energie.

În acest videoclip, un omogenizator cu ultrasunete Hielscher UP200St de 200 wați, cu o sonotrodă de 7mm, este montat într-un racord standard din sticlă, la baza unui reactor din sticlă. Montarea se poate realiza orizontal, vertical sau în orice altă direcție. Pe același vas de reacție se pot monta mai multe sonde ultrasonice – de exemplu, la înălțimi diferite. Adesea se preferă montarea laterală sau la bază, deoarece funcționează mai bine când nivelul lichidului variază. Agitarea ultrasonică poate fi combinată cu agitatoare mecanice convenționale cu antrenare de sus.

Reacții organice sonochimice catalizate de cupru

Efectele benefice ale ultrasunetelor și ale sonochimiei asupra reacțiilor care implică metale sunt bine cunoscute. Sonicarea promovează îndepărtarea mecanică a straturilor de pasivare și intensifică atât transferul de masă, cât și transferul de electroni de la metal la acceptorul organic.
Sinteza click asistată de ultrasunete a fost aplicată pentru prepararea unei game largi de derivați de 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole, pornind atât de la molecule mici, cât și de la oligomeri precum ciclodextrinele (CDs). Folosind acest protocol eficient și mai ecologic, toți aducții pot fi sintetizați în 2-4 h (inclusiv prelucrarea finală și excluzând caracterizarea). S-a demonstrat că chimia click poate lega direct chimia de biologie, devenind astfel o reacție cu adevărat interdisciplinară, cu o aplicabilitate extrem de largă.
(cf. Cintas et al., 2010)

Reactor discontinuu închis pentru ultrasonicatoarele Hielscher: acest reactor este ideal pentru reacții sonochimice, inclusiv chimie click, cicloadiție, reacții organochimice și alte tipuri de reacții.

Un reactor închis cu ultrasunete pentru reacții sonochimice, de ex. în chimia click.

Chimie click care economisește timp datorită cineticii de reacție accelerate cu ultrasunete

Implementarea ultrasunetelor poate accelera reacțiile chimice lente, care durează în mod normal câteva ore în regim discontinuu (batch). Datorită cineticii de reacție semnificativ îmbunătățite, timpul de reacție poate fi redus la câteva minute. Utilizarea unui reactor cu ultrasunete în flux poate îmbunătăți considerabil randamentele, poate aduce economii de timp și poate conduce astfel la o mare eficacitate a sintezelor convențional lente.

Ultrasonicatoare de înaltă performanță pentru reacții click îmbunătățite sonochimic

Hielscher Ultrasonics proiectează, fabrică și distribuie ultrasonicatoare cu sondă de înaltă performanță, reactoare sonochimice și accesorii pentru procese sonochimice sofisticate. Cu procesoare ultrasonice cu puteri cuprinse între 50 de wați și 16.000 de wați per sondă (sonotrodă), Hielscher vă poate oferi cea mai potrivită configurație sonochimică pentru reacția dumneavoastră chimică.
Ultrasonicatoarele Hielscher sunt recunoscute pentru calitatea, fiabilitatea și robustețea lor. Hielscher Ultrasonics este o companie certificată ISO și pune un accent deosebit pe ultrasonicatoare de înaltă performanță, dotate cu tehnologie de ultimă generație și ușor de utilizat. Desigur, ultrasonicatoarele Hielscher sunt conforme CE și îndeplinesc cerințele UL, CSA și RoHs.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre:

Volumul lotului	Debit	Dispozitive recomandate
1 până la 500mL	10 până la 200mL/min	UP100H
10 până la 2000mL	20 până la 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 până la 20L	0,2 până la 4L/min	UIP2000hdT
10 până la 100L	2 până la 10L/min	UIP4000hdT
15 până la 150L	3 până la 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 până la 100L/min	UIP16000
n.a.	mai mare	cluster de UIP16000

Contactați-ne! / Întrebați-ne!

Omogenizatoarele cu ultrasunete cu forfecare ridicată sunt utilizate în procesarea de laborator, de banc, pilot și industrială.

Hielscher Ultrasonics fabrică omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru aplicații de amestecare, dispersie, emulsionare și extracție la scară de laborator, pilot și industrială.

Subiecte conexe

Literatură / Referințe

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.

Informații utile

Chimia click, distinsă cu Premiul Nobel pentru Chimie 2022

Chimia click, termen introdus de Sharpless și colaboratorii săi în 2001, este un concept propus pentru o clasă de reacții aproape perfecte, care sunt foarte eficiente, cu o economie atomică ridicată, au un domeniu larg de aplicare și sunt stereospecifice (dar nu neapărat enantioselective), generează doar produse secundare inofensive care pot fi îndepărtate ușor și necesită doar condiții de reacție simple, precum și reactanți ușor disponibili și proceduri simple de izolare a produsului.

Ultrasunete de înaltă performanță! Gama de produse Hielscher acoperă întregul spectru, de la ultrasonicatorul compact de laborator și unitățile de banc, până la sistemele ultrasonice complet industriale.

Hielscher Ultrasonics fabrică omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță, de la dimensiuni de laborator până la dimensiuni industriale.