Click chémia – Ako zlepšiť click reakcie pomocou sonikácie
Reakcie click chémie, ako je meďou katalyzovaná azid-alkínová cykloadícia (CuAAC), môžu výrazne profitovať z použitia výkonového ultrazvuku. Sonochemické účinky zvyšujú výťažok a mieru konverzie. Okrem toho sa zlepšuje celková účinnosť reakcií click chémie. Ako technika zelenej chémie prispieva ultrazvukové pôsobenie k účinnejším a ekologickejším chemickým reakciám.
Ultrazvukom podporovaná meďou katalyzovaná azid-alkínová cykloadícia
Meďou katalyzovaná azid-alkínová cykloadícia (CuAAC) je známa ako najdôležitejší a najvýznamnejší príklad reakcií click chémie. Cravotto a kolegovia z Turínskej univerzity (Taliansko) vyvinuli protokol pre ultrazvukom podporovanú 1,3-dipolárnu cykloadičnú reakciu azidov a alkínov s použitím kovovej medi (Cu) ako katalyzátora. Azidoskupina ochotne vstupuje do tohto druhu organickej reakcie. Schopnosť azidoskupiny vytvárať väzby s alkínmi sa v prítomnosti Cu(I) podstatne zlepšuje a sonikácia podporuje click reakciu.
Reaktor s ultrazvukovým miešaním s ultrazvukovým prístrojom UP200St na intenzifikáciu chemických reakcií v click chémii.
- zlepšená schopnosť vytvárať väzby
- vyššie výťažky
- rýchlejšia reakcia
- zlepšená reakčná kinetika
- zelená chémia
- jednoduchá a bezpečná obsluha
Sonochemicky zlepšená click chémia: Ultrazvukové pôsobenie zlepšuje meďou katalyzovanú cykloadíciu s fenylacetylénom.
(Štúdia a grafika: © Cintas et al., 2010)
Výhody sonochemických reakcií
Ultrazvuková syntéza (sonosyntéza) sa vďaka mnohým výhodám stala jednou z najviac oceňovaných intenzifikačných techník v chémii. Sonochemicky podporované reakcie prekonávajú konvenčné metódy založené na miešaní alebo tepelnom pôsobení z hľadiska rýchlosti reakcie, výťažku, jednoduchosti obsluhy, čistoty produktov, energetickej účinnosti atď. Je vedecky preukázané, že použitie výkonového ultrazvuku môže podporiť chemické reakcie a skrátiť reakčný čas, ako aj obmedziť nežiaduce vedľajšie reakcie. Sonikácia ako alternatívny zelený zdroj energie robí mnohé chemické reakcie ekologickejšími, pretože vyžadujú menej reaktantov, miernejšie rozpúšťadlá a menej energie.
Sonochemické organické reakcie katalyzované meďou
Priaznivé účinky ultrazvuku a sonochémie na reakcie zahŕňajúce kovy sú dobre známe. Sonikácia podporuje mechanické odstraňovanie pasivačných vrstiev a zlepšuje prenos hmoty aj prenos elektrónov z kovu na organický akceptor.
Ultrazvukom podporovaná click syntéza sa použila na prípravu širokej škály 1,4-disubstituovaných derivátov 1,2,3-triazolu vychádzajúc z malých molekúl aj oligomérov, ako sú cyklodextríny (CDs). Pomocou tohto účinného a ekologickejšieho protokolu možno všetky adukty syntetizovať za 2–4 h (vrátane spracovania reakčnej zmesi a bez charakterizácie). Ukázalo sa, že click chémia dokáže priamo prepájať chémiu s biológiou, čím sa stáva skutočne interdisciplinárnou reakciou s mimoriadne širokou využiteľnosťou.
(porov. Cintas et al., 2010)
Uzavretý ultrazvukový reaktor na sonochemické reakcie, napr. v click chémii.
Časovo úsporná click chémia vďaka ultrazvukom zrýchlenej reakčnej kinetike
Zavedenie ultrazvuku môže urýchliť pomalé chemické reakcie, ktoré v dávkovom režime bežne trvajú niekoľko hodín. Vďaka výrazne zlepšenej reakčnej kinetike možno reakčný čas skrátiť na niekoľko minút. Použitie ultrazvukového prietokového reaktora môže výrazne zvýšiť výťažky, priniesť časové úspory a tým zabezpečiť vysokú efektívnosť syntéz, ktoré sú pri konvenčnom vykonávaní pomalé.
Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje na sonochemicky zlepšené click reakcie
Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje vysokovýkonné sondové ultrazvukové prístroje, sonochemické reaktory a príslušenstvo pre náročné sonochemické procesy. Vďaka ultrazvukovým procesorom s výkonom od 50 wattov do 16 000 wattov na sondu (sonotródu / ultrazvukový nástavec) vám Hielscher dokáže ponúknuť najvhodnejšiu sonochemickú zostavu pre vašu chemickú reakciu.
Ultrazvukové prístroje Hielscher sú uznávané pre svoju kvalitu, spoľahlivosť a robustnosť. Hielscher Ultrasonics je spoločnosť s certifikáciou ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové prístroje s najmodernejšou technológiou a jednoduchou obsluhou. Samozrejme, ultrazvukové prístroje Hielscher sú v súlade s požiadavkami CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.
Nasledujúca tabuľka poskytuje orientačný prehľad približnej spracovateľskej kapacity našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 až 150L | 3 až 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | vyšší | zoskupenie zariadení UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory na miešanie, dispergáciu, emulgáciu a extrakciu v laboratórnom, poloprevádzkovom a priemyselnom meradle.
Literatúra / Referencie
- 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.
Užitočné fakty
Click chémia ocenená Nobelovou cenou za chémiu za rok 2022
Click chémia, ktorej názov zaviedli Sharpless a spolupracovníci v roku 2001, je koncept navrhnutý pre triedu takmer dokonalých reakcií, ktoré sú vysoko účinné, vyznačujú sa vysokou atómovou hospodárnosťou, širokým rozsahom použitia a stereošpecifickosťou (nie však nevyhnutne enantioselektivitou), vytvárajú iba neškodné vedľajšie produkty, ktoré možno ľahko odstrániť, a vyžadujú iba jednoduché reakčné podmienky, ľahko dostupné reaktanty a jednoduché postupy izolácie produktov.
Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórnej až po priemyselnú veľkosť.