Reaksionet organokatalitike të nxitura nga sonication

Në kiminë organike, organokataliza është një formë katalizimi në të cilën shpejtësia e një reaksioni kimik rritet nga një katalizator organik. Kjo “organokatalizator” përbëhet nga karboni, hidrogjeni, squfuri dhe elementë të tjerë jometalë që gjenden në përbërjet organike. Aplikimi i ultrazërit me fuqi të lartë në sistemet kimike njihet si sonokimi dhe një teknikë e mirëpërcaktuar për të rritur rendimentet, për të përmirësuar shkallët e reagimit dhe për të përshpejtuar shpejtësinë e reagimit. Nën sonikacionin, shpesh bëhet e mundur ndërrimi i rrugëve kimike duke shmangur nënproduktet e padëshiruara. Sonokimia mund të nxisë reaksionet organokatalitike duke i bërë ato më efikase dhe miqësore me mjedisin.

Organokataliza asimetrike – Përmirësuar nga Sonication

Sonokimia, aplikimi i ultrazërit me performancë të lartë në sistemet kimike, mund të përmirësojë ndjeshëm reaksionet organokatalitike. Organokataliza asimetrike e kombinuar me ultratinguj shpesh lejon transformimin e organokatalizës në një rrugë më miqësore ndaj mjedisit, duke rënë kështu nën terminologjinë e kimisë së gjelbër. Sonicizimi përshpejton reaksionin organokatitik (asimetrik) dhe çon në rendimente më të larta, norma më të shpejta konvertimi, izolim/pastrim më të lehtë të produktit dhe përmirësim të selektivitetit dhe reaktivitetit. Përveç kontributit në përmirësimin e kinetikës dhe rendimentit të reaksionit, ultratingulli shpesh mund të kombinohet me tretës të qëndrueshëm të reagimit, të tilla si lëngje jonike, tretës të thellë eutektikë, tretës të butë, jo toksikë dhe ujë. Në këtë mënyrë, sonokimia jo vetëm që përmirëson vetë reaksionin organokatalitik (asimetrik), por gjithashtu ndihmon në qëndrueshmërinë e reaksioneve organokatalitike.

Hulumtimet kanë treguar shembuj të shumtë për reaksionet oragnokatalitike të intensifikuara sonokimikisht. Për shembull, molekulat e ADN-së me dy zinxhirë si një skelë kirale përdoren për të mbledhur katalizatorë hibridë metal-biomakromolekula për reaksionet e sintezës asimetrike. Katalizatorët G-quadruplex të bazuar në ADN janë aplikuar në reaksionet asimetrike të shtimit të Michael, Diels-Alder dhe Friedel-Crafts. (krh. Zhao dhe Shen, 2018)
Për reaksionin e nxitur nga inidium, sonikimi tregon efekte të dobishme pasi reaksioni i drejtuar nga sonokimikisht zhvillohet në kushte më të buta, duke ruajtur kështu nivele të larta të përzgjedhjes së diasterit. Me anë të rrugës sonokimike, u arritën rezultate të mira në sintezën organokatalitike të karbohidrateve β-laktamike, β-aminoacideve dhe spirodiketopiperazinëve nga laktonet e sheqerit, si dhe reaksionet e alilimit dhe Reformatsky në eteret e oksimës.

Sinteza e barnave organokatalitike e promovuar në mënyrë tejzanore

Rogozińska-Szymczak dhe Mlynarski (2014) raportojnë shtimin asimetrik Michael të 4-hidroksikumarinës në ketonet α, β-të pangopura në ujë pa bashkëtretës organikë – katalizohet nga aminat primare organike dhe sonikimi. Aplikimi i (S,S)-difeniletilendiaminës enantiomerikisht të pastër siguron një sërë përbërësish të rëndësishëm farmaceutikisht aktivë me rendimente të mira deri në të shkëlqyera (73-98%) dhe me enantioselektive të mira (deri në 76% ee) nëpërmjet reaksioneve të përshpejtuara me ultratinguj. Studiuesit paraqesin një protokoll efikas sonokimik për formimin e "ngurtë në ujë" të warfarinës antikoagulante në të dyja format enantiomere. Ky reaksion organokatalitik miqësor ndaj mjedisit nuk është vetëm i shkallëzueshëm, por gjithashtu jep molekulën e synuar të barit në formë enantiomerike të pastër.

Epooksidimi Sonokimik i Terpeneve

Charbonneau et al. (2018) demonstroi epooksidimin e suksesshëm të terpeneve nën sonikacion. Epooksidimi konvencional kërkon përdorimin e një katalizatori, por me sonikacion epooksidimi zhvillohet si reaksion pa katalizator.
Dioksidi i limonenit është një molekulë kyçe e ndërmjetme për zhvillimin e polikarbonateve me bazë bio ose poliuretaneve jo izocianate. Sonication lejon epooksidimin pa katalizator të terpeneve brenda një kohe reagimi shumë të shkurtër – në të njëjtën kohë duke dhënë rendimente shumë të mira. Për të demonstruar efektivitetin e epooksidimit tejzanor, ekipi hulumtues krahasoi epooksidimin e limonenit me dioksidin e limonenit duke përdorur dimetil dioksiranë të krijuar në vend si agjent oksidues si në agjitacion konvencional ashtu edhe në ultratinguj. Për të gjitha provat e sonikacionit Ultrasonikator laboratorik Hielscher UP50H (50W, 30kHz). u përdor.

Koha e nevojshme për të kthyer plotësisht limonenin në dioksid limoneni me rendiment 100% nën sonikacion ishte vetëm 4.5 minuta në temperaturën e dhomës. Në krahasim, kur përdoret trazimi konvencional duke përdorur një përzierës magnetik, koha e nevojshme për të arritur një rendiment prej 97% të dioksidit të limonenit ishte 1,5 orë. Epooksidimi i α-pinenit është studiuar gjithashtu duke përdorur të dyja teknikat e trazimit. Epooksidimi i α-pinenit në oksid α-pinen nën sonikacion kërkoi vetëm 4 minuta me një rendiment të përftuar prej 100%, ndërsa në krahasim me metodën konvencionale koha e reagimit ishte 60 min. Sa për terpenet e tjera, β-pineni u shndërrua në oksid β-pinen në vetëm 4 minuta, ndërsa farnesoli dha 100% të triepoksidit në 8 minuta. Carveol, një derivat i limonenit, u shndërrua në dioksid karveol me një rendiment prej 98%. Në reaksionin e epooksidimit të karvonit duke përdorur dimetil dioksiran, shndërrimi ishte 100% në 5 minuta duke prodhuar oksid 7,8-karvone.
Përparësitë kryesore të epooksidimit sonokimik të terpenit janë natyra miqësore me mjedisin e agjentit oksidues (kimia e gjelbër) si dhe koha e reduktuar ndjeshëm e reagimit që kryen këtë oksidim nën trazimin tejzanor. Kjo metodë epooksidimi mundësoi arritjen e konvertimit 100% të limonenit me një rendiment 100% të dioksidit të limonenit në vetëm 4,5 minuta krahasuar me 90 minuta kur përdoret trazimi tradicional. Për më tepër, në mjedisin e reagimit nuk u gjetën produkte oksidimi të limonenit, si karvone, karveol dhe alkool perrilyl. Epooksidimi i α-pinenit nën ultratinguj kërkoi vetëm 4 minuta, duke prodhuar 100% oksid α-pinen pa oksidim të unazës. Terpene të tjera si β-pineni, farnesol dhe karveol gjithashtu janë oksiduar, duke çuar në rendimente shumë të larta të epooksidit.

efektet sonokimike

Si një alternativë ndaj metodave klasike, protokollet me bazë sonokimike janë përdorur për të rritur shpejtësinë e një shumëllojshmërie të gjerë reaksionesh, duke rezultuar në produkte të gjeneruara në kushte më të buta me një reduktim të ndjeshëm në kohën e reagimit. Këto metoda janë përshkruar si më miqësore me mjedisin dhe të qëndrueshme dhe shoqërohen me selektivitet më të madh dhe konsum më të ulët të energjisë për transformimet e dëshiruara. Mekanizmi i metodave të tilla bazohet në fenomenin e kavitacionit akustik, i cili shkakton kushte unike të presionit dhe temperaturës përmes formimit, rritjes dhe kolapsit adiabatik të flluskave në mjedisin e lëngshëm. Ky efekt përmirëson transferimin e masës dhe rrit rrjedhën e turbullt në lëng, duke lehtësuar transformimet kimike. Në studimet tona, përdorimi i ultrazërit ka çuar në prodhimin e komponimeve në kohë të reduktuara reagimi me rendimente dhe pastërti të lartë. Karakteristikat e tilla kanë rritur numrin e komponimeve të vlerësuara në modelet farmakologjike, duke kontribuar në përshpejtimin e procesit të optimizimit të goditjes në drejtimin.
Jo vetëm që ky input me energji të lartë mund të përmirësojë efektet mekanike në proceset heterogjene, por dihet gjithashtu se shkakton reaktivitete të reja që çojnë në formimin e specieve kimike të papritura. Ajo që e bën sonokiminë unike është fenomeni i jashtëzakonshëm i kavitacionit, i cili gjeneron në një hapësirë të mbyllur lokalisht të mjedisit të mikroflluskave efekte të jashtëzakonshme për shkak të cikleve alternative të presionit të lartë / presionit të ulët, diferencave të temperaturës shumë të lartë, forcave me prerje të lartë dhe lëngjeve. transmetim.

Avantazhet e Reaksioneve Organokatalitike të Promovuara Sonokimike

Sonicizimi përdoret gjithnjë e më shumë në sintezën dhe katalizën organike pasi efektet sonokimike tregojnë një intensifikim të konsiderueshëm të reaksioneve kimike. Sidomos kur krahasohet me metodat tradicionale (p.sh., ngrohja, përzierja), sonokimia është më efikase, e përshtatshme dhe e kontrollueshme saktësisht. Sonication dhe sonokimia ofrojnë disa avantazhe të mëdha si rendiment më të lartë, rritje të pastërtisë së përbërësve dhe selektivitetit, kohë më të shkurtër reagimi, kosto më të ulëta, si dhe thjeshtësi në funksionimin dhe trajtimin e procedurës sonokimike. Këta faktorë të dobishëm i bëjnë reaksionet kimike të asistuara me ultratinguj jo vetëm më efikase dhe më kursimtare, por edhe më miqësore ndaj mjedisit.
Reaksione të shumta organike janë vërtetuar se japin rendimente më të larta në kohë më të shkurtër reagimi dhe/ose në kushte më të buta kur kryhen duke përdorur sonikacion.

Ultratingulli lejon reagime të thjeshta me një tenxhere

Sonication lejon fillimin e reaksioneve shumëkomponente si reaksione me një tenxhere që sigurojnë sintezën e përbërjeve strukturore të ndryshme. Reaksione të tilla me një tenxhere vlerësohen për një efikasitet të lartë të përgjithshëm dhe thjeshtësinë e tyre pasi nuk kërkohet izolimi dhe pastrimi i ndërmjetësve.

Efektet e valëve ultratinguj në reaksionet organokatalitike asimetrike janë aplikuar me sukses në lloje të ndryshme reaksionesh, duke përfshirë katalizimet e transferimit të fazës, reaksionet Heck, hidrogjenizimin, reaksionet Mannich, reaksionet Barbier dhe Barbier, reaksionet Diels-Alder, reaksionet e bashkimit Suzuki dhe shtimi Micheal.

Gjeni ultratingullin ideal për reagimin tuaj organokatalitik!

Hielscher Ultrasonics është partneri juaj i besuar kur bëhet fjalë për pajisje ultrasonike me performancë të lartë dhe me cilësi të lartë. Hielscher projekton, prodhon dhe shpërndan sondat, reaktorët dhe brirët e kupave tejzanor më të fundit për aplikime sonokimike. Të gjitha pajisjet janë prodhuar sipas procedurave të certifikuara ISO dhe me saktësi gjermane për cilësi superiore në selinë tonë në Teltow (afër Berlinit), Gjermani.
Portofoli i ultratingujve Hielscher varion nga ultrasonikët kompakt laboratorik deri tek reaktorët tejzanor plotësisht industrialë për prodhim kimik në shkallë të gjerë. Sondat (të njohura edhe si sonotrodes, brirët ose majat tejzanor), brirët përforcues dhe reaktorët janë lehtësisht të disponueshëm në madhësi dhe gjeometri të shumta. Versionet e personalizuara mund të prodhohen gjithashtu për kërkesat tuaja.
Që nga Hielscher Ultrasonics’ Përpunuesit tejzanor janë të disponueshëm në çdo madhësi, nga pajisjet e vogla laboratorike deri tek përpunuesit e mëdhenj industrialë për aplikimet e kimisë së grumbullit dhe rrjedhës, sonikimi me performancë të lartë mund të zbatohet lehtësisht në çdo konfigurim reagimi. Rregullimi i saktë i amplitudës tejzanor – parametri më i rëndësishëm për aplikimet sonokimike – ju lejon të përdorni ultrasonikët Hielscher në amplituda të ulëta deri në shumë të larta dhe të rregulloni amplituda saktësisht me kushtet e kërkuara të procesit tejzanor të sistemit specifik të reaksionit kimik.
Gjeneratori tejzanor i Hielscher përmban një softuer të zgjuar me protokollim automatik të të dhënave. Të gjithë parametrat e rëndësishëm të përpunimit si energjia ultrasonike, temperatura, presioni dhe koha ruhen automatikisht në një kartë SD të integruar sapo pajisja të ndizet.
Monitorimi i procesit dhe regjistrimi i të dhënave janë të rëndësishme për standardizimin e vazhdueshëm të procesit dhe cilësinë e produktit. Duke hyrë në të dhënat e procesit të regjistruara automatikisht, mund të rishikoni ekzekutimet e mëparshme të sonikacionit dhe të vlerësoni rezultatin.
Një tjetër veçori miqësore për përdoruesit është telekomanda e shfletuesit të sistemeve tona dixhitale ultrasonike. Nëpërmjet kontrollit të largët të shfletuesit ju mund të filloni, ndaloni, rregulloni dhe monitoroni procesorin tuaj tejzanor nga distanca nga kudo.
Na kontaktoni tani për të mësuar më shumë rreth homogjenizuesve tanë ultrasonikë me performancë të lartë që mund të përmirësojnë reagimin tuaj të sintezës oragnokatalitike!

Tabela e mëposhtme ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonikëve tanë: