Klik Kimyası – Klik Reaksiyonları Sonikasyon ile Nasıl İyileştirilir
Bakır katalizli azit-alkin siklokatılma (CuAAC) reaksiyonları gibi klik kimyası reaksiyonları, yüksek güçlü ultrason uygulamasından büyük ölçüde yararlanabilir. Sonokimyasal etkiler verimi ve dönüşüm oranını artırır. Ayrıca klik kimyası reaksiyonlarının genel etkinliği de iyileşir. Bir yeşil kimya tekniği olarak ultrasonikasyon, daha etkin ve çevreye daha duyarlı kimyasal reaksiyonlara katkıda bulunur.
Ultrasonik Olarak Desteklenen Bakır Katalizli Azit-Alkin Siklokatılması
Bakır katalizli azit-alkin siklokatılması (CuAAC), klik kimyası reaksiyonlarının en önemli ve en öne çıkan örneği olarak bilinir. Torino Üniversitesi’nden (İtalya) Cravotto ve çalışma arkadaşları, katalizör olarak metalik bakır (Cu) kullanarak azitlerin ve alkinlerin ultrason destekli 1,3-dipolar siklokatılma reaksiyonu için bir protokol geliştirmiştir. Azido grubu bu tür organik reaksiyonlara kolayca katılır. Azido grubunun alkinlerle eşleşme kapasitesi Cu(I) varlığında önemli ölçüde artar ve sonikasyon klik reaksiyonunu destekler.
Klik kimyasındaki yoğunlaştırılmış kimyasal reaksiyonlar için UP200St sonikatörü ile ultrasonik olarak çalkalanan reaktör.
- iyileştirilmiş eşleşme kapasitesi
- daha yüksek verimler
- daha hızlı reaksiyon
- iyileştirilmiş reaksiyon kinetiği
- yeşil kimya
- basit ve güvenli kullanım
Sonokimyasal olarak iyileştirilmiş klik kimyası: Fenilasetilen ile bakır katalizli siklokatılma, ultrasonikasyon ile iyileştirilir.
(Çalışma ve grafik: © Cintas et al., 2010)
Sonokimyasal Reaksiyonların Avantajları
Ultrasonik sentez (sono-sentez), çok sayıda avantajı sayesinde kimyada en çok değer verilen yoğunlaştırma tekniklerinden biri hâline gelmiştir. Sonokimyasal olarak desteklenen reaksiyonlar; reaksiyon hızı, verim, kullanım kolaylığı, ürünlerin saflığı, enerji verimliliği vb. açısından geleneksel çalkalama veya ısıl temelli yöntemlerden üstündür. Yüksek güçlü ultrason kullanımının kimyasal reaksiyonları destekleyebildiği, reaksiyon süresini ve istenmeyen yan reaksiyonları azaltabildiği bilimsel olarak gösterilmiştir. Alternatif bir yeşil enerji kaynağı olarak sonikasyon, daha az reaktan, daha ılımlı çözücüler ve daha az enerji gerektiğinden birçok kimyasal reaksiyonu çevreye daha duyarlı hâle getirir.
Sonokimyasal Bakır Katalizli Organik Reaksiyonlar
Ultrasonun ve sonokimyanın metal içeren reaksiyonlar üzerindeki yararlı etkileri iyi bilinmektedir. Sonikasyon, pasifleştirici tabakaların mekanik olarak uzaklaştırılmasını destekler ve hem kütle aktarımını hem de metalden organik alıcıya elektron aktarımını artırır.
Ultrason destekli klik sentezi, hem küçük moleküllerden hem de siklodekstrinler (CDs) gibi oligomerlerden başlayarak geniş bir yelpazedeki 1,4-disübstitüe 1,2,3-triazol türevlerinin hazırlanmasında uygulanmıştır. Bu etkin ve daha çevreci protokol kullanılarak tüm katılma ürünleri 2–4 h içinde sentezlenebilir (reaksiyon sonrası işlemler dâhil, karakterizasyon hariç). Klik kimyasının kimyayı doğrudan biyolojiye bağlayabildiği ve böylece son derece geniş uygulanabilirliğe sahip, gerçek anlamda disiplinler arası bir reaksiyon hâline geldiği gösterilmiştir.
(bkz. Cintas et al., 2010)
Örneğin klik kimyasındaki sonokimyasal reaksiyonlar için kapalı bir ultrason reaktörü.
Ultrasonik Olarak Hızlandırılan Reaksiyon Kinetiği Sayesinde Zaman Kazandıran Klik Kimyası
Ultrason uygulaması, kesikli çalışma modunda normalde birkaç saat süren yavaş kimyasal reaksiyonları hızlandırabilir. Önemli ölçüde iyileştirilen reaksiyon kinetiği sayesinde reaksiyon süresi birkaç dakikaya indirilebilir. Ultrasonik bir akış reaktörünün kullanılması, verimleri önemli ölçüde iyileştirebilir, zaman tasarrufu sağlayabilir ve böylece normalde yavaş olan sentezlerde büyük bir etkinlik artışı sağlayabilir.
Sonokimyasal Olarak İyileştirilmiş Klik Reaksiyonları için Yüksek Performanslı Sonikatörler
Hielscher Ultrasonics, gelişmiş sonokimyasal prosesler için yüksek performanslı prob tipi sonikatörler, sonokimyasal reaktörler ve aksesuarlar tasarlar, üretir ve dağıtır. Prob (sonotrot / horn) başına 50 watt ile 16.000 watt arasında değişen ultrasonik işlemcileriyle Hielscher, kimyasal reaksiyonunuz için size en uygun sonokimyasal düzeneği sunabilir.
Hielscher sonikatörleri kaliteleri, güvenilirlikleri ve sağlamlıklarıyla tanınır. Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikalı bir şirkettir ve en son teknolojiye ve kullanıcı dostu özelliklere sahip yüksek performanslı sonikatörlere özel önem verir. Elbette Hielscher sonikatörleri CE uyumludur ve UL, CSA ve RoHs gerekliliklerini karşılar.
Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir verir:
| Parti Hacmi | Debi | Önerilen Cihazlar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksek | cihaz kümesi: UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sorun!
Hielscher Ultrasonics, laboratuvar, pilot ve endüstriyel ölçekte karıştırma uygulamaları, dispersiyon, emülsifikasyon ve ekstraksiyon için yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretir.
Literatür / Kaynaklar
- 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.
Bilinmesi Gereken Bilgiler
Klik Kimyası 2022 Nobel Kimya Ödülü ile Ödüllendirildi
Sharpless ve çalışma arkadaşları tarafından 2001 yılında adı konulan klik kimyası; yüksek atom ekonomisiyle son derece etkin olan, geniş kapsamlı ve stereospesifik (ancak mutlaka enantiyoselektif olmayan), yalnızca kolayca uzaklaştırılabilen zararsız yan ürünler oluşturan ve yalnızca basit reaksiyon koşulları, kolayca temin edilebilen reaktanlar ve basit ürün izolasyonu prosedürleri gerektiren, neredeyse mükemmel reaksiyonlardan oluşan bir sınıf için önerilmiş bir kavramdır.
