Органокаталитичке реакције промовисане соникацијом

У органској хемији, органокатализа је облик катализе у којој се брзина хемијске реакције повећава помоћу органског катализатора. Ово “органокатализатор” састоји се од угљеника, водоника, сумпора и других неметалних елемената који се налазе у органским једињењима. Примена ултразвука велике снаге на хемијске системе позната је као сонохемија и добро успостављена техника за повећање приноса, побољшање брзине реакције и убрзање брзине реакције. Под соникацијом, често постаје могуће променити хемијске путеве избегавајући нежељене нуспроизводе. Сонохемија може промовисати органокаталитичке реакције чинећи их ефикаснијим и еколошки прихватљивијим.

Асиметрична органокатализа – Побољшано соникацијом

Сонохемија, примена ултразвука високих перформанси у хемијске системе, може значајно побољшати органокаталитичке реакције. Асиметрична органокатализа у комбинацији са ултразвучном обрадом често омогућава трансформацију органокатализе у пут који је прихватљивији за животну средину, чиме потпада под терминологију зелене хемије. Соникација убрзава (асиметричну) органокаталитичку реакцију и доводи до већих приноса, бржих стопа конверзије, лакше изолације/пречишћавања производа и побољшане селективности и реактивности. Осим што доприноси побољшању кинетике реакције и приноса, ултразвук се често може комбиновати са одрживим реакционим растварачима, као што су јонске течности, дубоки еутектички растварачи, благи, нетоксични растварачи и вода. На тај начин, сонохемија не само да побољшава саму (асиметричну) органокаталитичку реакцију, већ такође помаже у одрживости органокаталитичких реакција.

Истраживања су показала много примера за сонохемијски интензивиране орагнокаталитичке реакције. На пример, дволанчани ДНК молекули као хирална скела се користе да би се саставили хибридни катализатори метал-биомакромолекул за асиметричне реакције синтезе. Катализатори засновани на Г-квадруплексу ДНК су примењени у асиметричним Мицхаеловим адицијама, Диелс-Алдеровим и Фриедел-Црафтсовим реакцијама. (уп. Џао и Шен, 2018)
За реакцију коју подстиче инидијум, соникација показује корисне ефекте јер сонохемијски вођена реакција тече у блажим условима, чиме се чувају високи нивои дијастероселекције. Сонохемијским путем постигнути су добри резултати у органокаталитичкој синтези β-лактамских угљених хидрата, β-аминокиселина и спиродиктопиперазина из шећерних лактона, као и реакција алилације и Реформатског на оксим етре.

Ултразвучно промовисана органокаталитичка синтеза лекова

Рогозинска-Сзимцзак и Млинарски (2014) извештавају о асиметричном Мицхаеловом додавању 4-хидроксикумарина α,β-незасићеним кетонима у води без органских ко-растварача – catalysed by organic primary amines and sonication. The application of enantiomerically pure (S,S)-diphenylethylenediamine affords a series of important pharmaceutically active compounds in good to excellent yields (73–98%) and with good enantioselectivities (up to 76% ee) via reactions accelerated by ultrasound. The researchers present an efficient sonochemical protocol for the ‘solids on water’ formation of the anticoagulant warfarin in both enantiomeric forms. This environmentally friendly organocatalytic reaction is not only scalable, but also yields the target drug molecule in enantiomerically pure form.

Сонохемијска епоксидација терпена

Цхарбоннеау и др. (2018) су демонстрирали успешну епоксидацију терпена под соникацијом. Конвенционална епоксидација захтева употребу катализатора, али са соникацијом епоксидација тече као реакција без катализатора.
Лимонен диоксид је кључни интермедијарни молекул за развој поликарбоната или неизоцијанатних полиуретана. Соникација омогућава епоксидацију терпена без катализатора у врло кратком времену реакције – истовремено дајући веома добре приносе. Да би демонстрирао ефикасност ултразвучне епоксидације, истраживачки тим је упоредио епоксидацију лимонена са лимонен диоксидом користећи ин ситу генерисан диметил диоксиран као оксидационо средство и под конвенционалним мешањем и ултразвуком. За сва испитивања соникације Хиелсцхер УП50Х (50В, 30кХз) лабораторијски ултрасоникатор је коришћен.

Време потребно да се лимонен у потпуности претвори у лимонен диоксид са 100% приносом под ултразвуком било је само 4,5 минута на собној температури. За поређење, када се користи конвенционално мешање помоћу магнетне мешалице, потребно време да се постигне 97% приноса лимонен диоксида било је 1,5 х. Епоксидација α-пинена је такође проучавана коришћењем обе технике мешања. Епоксидација α-пинена у α-пинен оксид под ултразвучном обрадом захтевала је само 4 мин са добијеним приносом од 100%, док је у поређењу са конвенционалном методом време реакције било 60 мин. Што се тиче других терпена, β-пинен је претворен у β-пинен оксид за само 4 минута, док је фарнезол дао 100% триепоксида за 8 минута. Карвеол, дериват лимонена, претворен је у карвеол диоксид са приносом од 98%. У реакцији епоксидације карвона коришћењем диметил диоксирана конверзија је била 100% за 5 минута дајући 7,8-карвон оксид.
Главне предности сонохемијске терпенске епоксидације су еколошки прихватљива природа оксидационог агенса (зелена хемија) као и значајно смањено време реакције при извођењу ове оксидације уз ултразвучно мешање. Ова метода епоксидације омогућила је постизање 100% конверзије лимонена са 100% приносом лимонен диоксида за само 4,5 мин у поређењу са 90 мин када се користи традиционално мешање. Штавише, у реакционом медијуму нису пронађени производи оксидације лимонена, као што су карвон, карвеол и перилил алкохол. За епоксидацију α-пинена под ултразвуком било је потребно само 4 мин, дајући 100% α-пинен оксида без оксидације прстена. Други терпени као што су β-пинен, фарнесол и карвеол су такође оксидовани, што је довело до веома високог приноса епоксида.

сонохемијски ефекти

Као алтернатива класичним методама, протоколи засновани на сонохемији су коришћени за повећање брзине широког спектра реакција, што резултира производима који се генеришу у блажим условима са значајним смањењем времена реакције. Ове методе су описане као еколошки прихватљивије и одрживије и повезане су са већом селективношћу и мањом потрошњом енергије за жељене трансформације. Механизам оваквих метода заснива се на феномену акустичне кавитације, која индукује јединствене услове притиска и температуре кроз формирање, раст и адијабатски колапс мехурића у течном медију. Овај ефекат побољшава пренос масе и повећава турбулентни ток у течности, олакшавајући хемијске трансформације. У нашим студијама, употреба ултразвука је довела до производње једињења у смањеним временима реакције са високим приносима и чистоћом. Такве карактеристике су повећале број једињења процењених у фармаколошким моделима, доприносећи убрзању процеса оптимизације хита до водећих.
Не само да овај високоенергетски унос може побољшати механичке ефекте у хетерогеним процесима, већ је такође познато да индукује нове реактивности које доводе до формирања неочекиваних хемијских врста. Оно што сонохемију чини јединственом је изузетан феномен кавитације, који ствара у локално ограниченом простору окружења микро мехурића изузетне ефекте због наизменичних циклуса високог/ниског притиска, веома високих температурних разлика, великих сила смицања и течности. стреаминг.

Предности сонохемијски промовисаних органокаталитичких реакција

Соникација се све више користи у органској синтези и катализи јер сонохемијски ефекти показују значајно интензивирање хемијских реакција. Нарочито када се упореди са традиционалним методама (нпр. загревање, мешање), сонохемија је ефикаснија, погоднија и прецизнија контролисана. Соникација и сонохемија нуде неколико главних предности као што су већи приноси, повећана чистоћа једињења и селективност, краће време реакције, нижи трошкови, као и једноставност у раду и руковању сонохемијском процедуром. Ови корисни фактори чине хемијске реакције уз помоћ ултразвука не само ефикаснијим и штедљивијим, већ и еколошки прихватљивијим.
Доказано је да бројне органске реакције дају веће приносе у краћем времену реакције и/или под блажим условима када се изводе коришћењем соникације.

Ултрасоницатион омогућава једноставне реакције у једном лонцу

Соникација омогућава покретање вишекомпонентних реакција као реакција у једном лонцу које обезбеђују синтезу структурно различитих једињења. Такве реакције у једном лонцу су цењене због високе укупне ефикасности и њихове једноставности пошто није потребно изоловање и пречишћавање међупроизвода.

Ефекти ултразвучних таласа на асиметричне органокаталитичке реакције су успешно примењени у различитим типовима реакција укључујући катализе фазног трансфера, Хекове реакције, хидрогенацију, Маннихове реакције, Барбијеове и Барбијеове реакције, Диелс-Алдерове реакције, Сузукијеву реакцију купловања и Мицхеалово додавање.

Пронађите идеалан ултрасоникатор за вашу органокаталитичку реакцију!

Хиелсцхер Ултрасоницс је ваш партнер од поверења када је у питању ултразвучна опрема високих перформанси, високог квалитета. Хиелсцхер дизајнира, производи и дистрибуира најсавременије ултразвучне сонде, реакторе и рогове за сонохемијске апликације. Сва опрема је произведена према ИСО сертификованим процедурама и са немачком прецизношћу за врхунски квалитет у нашем седишту у Телтову (близу Берлина), Немачка.
Портфолио Хиелсцхер ултразвучних апарата се креће од компактних лабораторијских ултрасоникатора до потпуно индустријских ултразвучних реактора за хемијску производњу великих размера. Сонде (познате и као сонотроде, ултразвучне рогове или врхови), бустер рогови и реактори су лако доступни у бројним величинама и геометријама. Прилагођене верзије се такође могу произвести за ваше захтеве.
Од Хиелсцхер Ултрасоницс’ ултразвучни процесори су доступни у било којој величини, од малих лабораторијских уређаја до великих индустријских процесора за серијске и проточне хемије, ултразвучна обрада високих перформанси може се лако имплементирати у било коју реакциону поставку. Прецизно подешавање ултразвучне амплитуде – најважнији параметар за сонохемијске примене – омогућава рад Хиелсцхер ултрасоникаторима при малим до веома високим амплитудама и фино подешавање амплитуде тачно према потребним условима ултразвучног процеса специфичног система хемијске реакције.
Hielscher’s ultrasonic generator feature a smart software with automatic data protocolling. All important processing parameters such as ultrasonic energy, temperature, pressure and time are automatically stored onto a built-in SD-card as soon as the device is switched on.
Праћење процеса и снимање података су важни за континуирану стандардизацију процеса и квалитет производа. Приступањем аутоматски снимљеним подацима процеса, можете ревидирати претходне резултате соникације и проценити резултат.
Још једна лака карактеристика је даљинско управљање претраживачем наших дигиталних ултразвучних система. Преко даљинске контроле претраживача можете покренути, зауставити, подесити и надгледати свој ултразвучни процесор на даљину са било ког места.
Контактирајте нас сада да бисте сазнали више о нашим ултразвучним хомогенизаторима високих перформанси који могу побољшати вашу реакцију орагнокаталитичке синтезе!

Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата: