Клик-химия – как повысить эффективность клик-реакций с помощью обработки ультразвуком
Применение мощного ультразвука может значительно улучшить реакции клик-химии, такие как катализируемое медью азид-алкиновое циклоприсоединение (CuAAC). Сонохимические эффекты повышают выход и степень превращения. Кроме того, повышается общая эффективность реакций клик-химии. Как метод зелёной химии, обработка ультразвуком способствует проведению более эффективных и более экологичных химических реакций.
Катализируемое медью азид-алкиновое циклоприсоединение, стимулируемое ультразвуком
Катализируемое медью азид-алкиновое циклоприсоединение (CuAAC) известно как самый важный и наиболее яркий пример реакций клик-химии. Cravotto и его коллеги из Туринского университета (Италия) разработали протокол реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения азидов и алкинов при содействии ультразвука с использованием металлической меди (Cu) в качестве катализатора. Азидогруппа легко участвует в этом типе органических реакций. Способность азидогруппы к сочетанию с алкинами существенно повышается в присутствии Cu(I), а обработка ультразвуком стимулирует клик-реакцию.
Реактор с ультразвуковым перемешиванием с ультразвуковым аппаратом UP200St для интенсификации химических реакций в клик-химии.
- повышенная способность к сочетанию
- более высокий выход
- более быстрая реакция
- улучшенная кинетика реакции
- зелёная химия
- простота и безопасность эксплуатации
Клик-химия, интенсифицированная сонохимическими методами: обработка ультразвуком улучшает катализируемое медью циклоприсоединение с фенилацетиленом.
(Исследование и иллюстрация: © Cintas et al., 2010)
Преимущества сонохимических реакций
Благодаря многочисленным преимуществам ультразвуковой синтез (соносинтез) стал одним из наиболее высоко ценимых методов интенсификации в химии. Реакции, стимулируемые сонохимическими методами, превосходят традиционные методы с перемешиванием или термическим воздействием по скорости реакции, выходу, простоте проведения, чистоте продуктов, энергоэффективности и другим показателям. Научно доказано, что применение мощного ультразвука может стимулировать химические реакции и сокращать как время реакции, так и нежелательные побочные реакции. В качестве альтернативного экологичного источника энергии обработка ультразвуком делает многие химические реакции более экологичными, поскольку требуется меньше реагентов, более мягкие растворители и меньше энергии.
Сонохимические органические реакции, катализируемые медью
Благотворное влияние ультразвука и сонохимии на реакции с участием металлов хорошо известно. Обработка ультразвуком способствует механическому удалению пассивирующих слоёв и усиливает как массоперенос, так и перенос электронов от металла к органическому акцептору.
Клик-синтез при содействии ультразвука применялся для получения широкого спектра производных 1,4-disubstituted 1,2,3-triazole с использованием в качестве исходных веществ как малых молекул, так и олигомеров, таких как циклодекстрины (CDs). С использованием этого эффективного и более экологичного протокола все аддукты можно синтезировать за 2–4 h (включая обработку реакционной смеси и исключая определение характеристик). Показано, что клик-химия способна напрямую связывать химию с биологией, становясь тем самым по-настоящему междисциплинарной реакцией с чрезвычайно широкой областью применения.
(ср. Cintas et al., 2010)
Закрытый ультразвуковой реактор для сонохимических реакций, например в клик-химии.
Экономия времени в клик-химии благодаря ускорению кинетики реакций ультразвуком
Применение ультразвука может ускорить медленные химические реакции, которые в периодическом режиме обычно занимают несколько часов. Благодаря значительному улучшению кинетики реакции её продолжительность может быть сокращена до нескольких минут. Использование ультразвукового проточного реактора может существенно повысить выход, сэкономить время и тем самым обеспечить высокую эффективность обычно медленно протекающих синтезов.
Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для клик-реакций, интенсифицированных сонохимическими методами
Hielscher Ultrasonics разрабатывает, производит и поставляет высокопроизводительные ультразвуковые аппараты зондового типа, сонохимические реакторы и принадлежности для сложных сонохимических процессов. Благодаря ультразвуковым процессорам мощностью от 50 до 16 000 ватт на зонд (сонотрод / рупор) Hielscher может предложить вам наиболее подходящую сонохимическую установку для вашей химической реакции.
Ультразвуковые аппараты Hielscher известны своим качеством, надёжностью и прочностью. Hielscher Ultrasonics – компания, сертифицированная по ISO, которая уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, сочетающим передовые технологии и удобство использования. Разумеется, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и отвечают требованиям UL, CSA и RoHs.
Приведённая ниже таблица даёт представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов:
| Объём партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| от 1 до 500mL | от 10 до 200mL/min | UP100H |
| от 10 до 2000mL | от 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| от 0,1 до 20L | от 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| от 10 до 100L | от 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| от 15 до 150L | от 3 до 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | от 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | более высокий | кластер из UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Задайте нам вопрос!
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы для смешивания, диспергирования, эмульгирования и экстракции в лабораторном, пилотном и промышленном масштабе.
Литература / Ссылки
- 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.
Полезные сведения
Клик-химия удостоена Нобелевской премии по химии 2022 года
Клик-химия, термин для которой ввели Sharpless и его коллеги в 2001 году, – это концепция, предложенная для класса почти идеальных реакций, которые обладают высокой эффективностью и высокой атомной экономичностью, имеют широкую область применения и являются стереоспецифичными (но не обязательно энантиоселективными), образуют только безвредные побочные продукты, которые можно легко удалить, и требуют лишь простых условий реакции, а также легкодоступных реагентов и простых процедур выделения продуктов.
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы от лабораторных до промышленных размеров.