Kemija klik – kako izboljšati reakcije klik s sonikacijo

Reakcije kemije klik, kot je z bakrom katalizirana azid-alkinska cikloadicija (CuAAC), imajo lahko velike koristi od uporabe močnostnega ultrazvoka. Sonokemijski učinki povečajo izkoristek in stopnjo pretvorbe. Poleg tega se izboljša splošna učinkovitost reakcij kemije klik. Kot tehnika zelene kemije ultrazvočna obdelava prispeva k učinkovitejšim in okolju prijaznejšim kemijskim reakcijam.

Ultrazvočno pospešena azid-alkinska cikloadicija, katalizirana z bakrom

Z bakrom katalizirana azid-alkinska cikloadicija (CuAAC) je znana kot najpomembnejši in najvidnejši primer reakcij kemije klik. Cravotto in sodelavci z Univerze v Torinu (Italija) so razvili protokol za ultrazvočno podprto reakcijo 1,3-dipolarne cikloadicije azidov in alkinov z uporabo kovinskega bakra (Cu) kot katalizatorja. Azido skupina zlahka sodeluje v tej vrsti organske reakcije. Sposobnost spajanja azido skupine z alkini se v prisotnosti Cu(I) znatno izboljša in sonikacija pospešuje reakcijo klik.

Ultrazvočno mešan reaktor za sonokemijske aplikacije, vključno z reakcijami kemije klik.

Ultrazvočno mešan reaktor z ultrazvočno napravo UP200St za intenziviranje kemijskih reakcij v kemiji klik.

Prednosti sonokemijsko izboljšane kemije klik

izboljšana sposobnost spajanja
večji izkoristki
hitrejša reakcija
izboljšana reakcijska kinetika
zelena kemija
preprosto in varno upravljanje

Reakcije kemije klik imajo velike koristi od sonokemijske obdelave. Sonikacija poveča izkoristek reakcij cikloadicije in hitrost reakcije.

Sonokemijsko izboljšana kemija klik: ultrazvočna obdelava izboljša z bakrom katalizirano cikloadicijo s fenilacetilenom.
(Študija in grafični prikaz: © Cintas et al., 2010)

Prednosti sonokemijskih reakcij

Ultrazvočna sinteza (sonosinteza) se je zaradi številnih prednosti uveljavila kot ena najbolj cenjenih tehnik intenziviranja v kemiji. Sonokemijsko pospešene reakcije prekašajo običajne metode z mešanjem ali segrevanjem glede hitrosti reakcije, izkoristka, preprostosti izvedbe, čistosti produktov, energijske učinkovitosti itd. Znanstveno je dokazano, da lahko uporaba močnostnega ultrazvoka pospeši kemijske reakcije ter skrajša reakcijski čas in zmanjša neželene stranske reakcije. Kot alternativni zeleni vir energije sonikacija omogoča, da so številne kemijske reakcije okolju prijaznejše, saj zahtevajo manj reaktantov, blažja topila in manj energije.

V tem videoposnetku je ultrazvočni homogenizator Hielscher UP200St z močjo 200 vatov in sonotrodo 7mm nameščen na standardni stekleni priključek na dnu steklenega reaktorja. Namestitev je lahko vodoravna, navpična ali v kateri koli drugi smeri. V eno reaktorsko posodo je mogoče namestiti več ultrazvočnih sond – na primer na različnih višinah. Pogosto je prednostna namestitev s strani ali od spodaj, saj bolje deluje pri spreminjajoči se gladini tekočine. Ultrazvočno mešanje lahko kombinirate z običajnimi mešali z zgornjim pogonom.

Sonokemijske organske reakcije, katalizirane z bakrom

Ugodni učinki ultrazvoka in sonokemije na reakcije, pri katerih sodelujejo kovine, so dobro znani. Sonikacija spodbuja mehansko odstranjevanje pasivacijskih plasti ter izboljša tako prenos snovi kot prenos elektronov iz kovine na organski akceptor.
Ultrazvočno podprta sinteza klik se uporablja za pripravo širokega nabora 1,4-disubstituiranih derivatov 1,2,3-triazola, pri čemer so izhodne snovi tako majhne molekule kot oligomeri, na primer ciklodekstrini (CDs). S tem učinkovitim in bolj zelenim protokolom je mogoče vse adukte sintetizirati v 2–4 h (vključno z obdelavo reakcijske zmesi in brez karakterizacije). Dokazano je, da lahko kemija klik neposredno poveže kemijo z biologijo in tako postane prava interdisciplinarna reakcija z izjemno široko uporabnostjo.
(prim. Cintas et al., 2010)

Zaprt šaržni reaktor za ultrazvočne naprave Hielscher: ta reaktor je idealen za sonokemijske reakcije, vključno s kemijo klik, cikloadicijo, organskimi kemijskimi reakcijami in drugimi vrstami reakcij.

Zaprt ultrazvočni reaktor za sonokemijske reakcije, npr. v kemiji klik.

Kemija klik s prihrankom časa zaradi ultrazvočno pospešene reakcijske kinetike

Uporaba ultrazvoka lahko pospeši počasne kemijske reakcije, ki v šaržnem načinu običajno trajajo več ur. Zaradi znatno izboljšane reakcijske kinetike se lahko reakcijski čas skrajša na več minut. Uporaba ultrazvočnega pretočnega reaktorja lahko znatno poveča izkoristke, prihrani čas in s tem zagotovi veliko učinkovitost običajno počasnih sintez.

Visokozmogljive ultrazvočne naprave za sonokemijsko izboljšane reakcije klik

Hielscher Ultrasonics načrtuje, proizvaja in distribuira visokozmogljive ultrazvočne naprave s sondo, sonokemijske reaktorje in dodatno opremo za zahtevne sonokemijske procese. Z ultrazvočnimi procesorji z močjo od 50 vatov do 16.000 vatov na sondo (sonotrodo / ultrazvočni rog) vam lahko Hielscher ponudi najprimernejšo sonokemijsko opremo za vašo kemijsko reakcijo.
Ultrazvočne naprave Hielscher so priznane zaradi svoje kakovosti, zanesljivosti in robustnosti. Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visokozmogljivim ultrazvočnim napravam z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Seveda so ultrazvočne naprave Hielscher skladne s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.

Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav:

Prostornina šarže	Pretok	Priporočene naprave
1 do 500mL	10 do 200mL/min	UP100H
10 do 2000mL	20 do 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 do 20L	0,2 do 4L/min	UIP2000hdT
10 do 100L	2 do 10L/min	UIP4000hdT
15 do 150L	3 do 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 do 100L/min	UIP16000
n.a.	večji	sklop naprav UIP16000

Stopite v stik z nami! / Vprašajte nas!

Ultrazvočni homogenizatorji z visokim strigom se uporabljajo pri laboratorijski obdelavi, obdelavi z namiznimi napravami ter pilotni in industrijski obdelavi.

Hielscher Ultrasonics proizvaja visokozmogljive ultrazvočne homogenizatorje za mešanje, dispergiranje, emulgiranje in ekstrakcijo v laboratorijskem, pilotnem in industrijskem merilu.

Sorodne teme

Literatura / Viri

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.

Koristna dejstva

Kemija klik prejela Nobelovo nagrado za kemijo 2022

Kemija klik, izraz, ki so ga leta 2001 skovali Sharpless in sodelavci, je koncept, predlagan za razred skoraj popolnih reakcij, ki so zelo učinkovite, imajo visoko atomsko ekonomičnost in širok obseg uporabe ter so stereospecifične (vendar ne nujno enantioselektivne), tvorijo le neškodljive stranske produkte, ki jih je mogoče zlahka odstraniti, ter zahtevajo le preproste reakcijske pogoje, zlahka dostopne reaktante in preproste postopke izolacije produktov.

Visokozmogljiva ultrazvočna tehnologija! Ponudba izdelkov Hielscher pokriva celoten spekter od kompaktne laboratorijske ultrazvočne naprave prek namiznih enot do povsem industrijskih ultrazvočnih sistemov.

Hielscher Ultrasonics proizvaja visokozmogljive ultrazvočne homogenizatorje od laboratorijske do industrijske velikosti.