Sonikasyon tarafından teşvik edilen organokatalitik reaksiyonlar

Organik kimyada organokataliz, bir kimyasal reaksiyon hızının bir organik katalizör tarafından arttırıldığı bir kataliz şeklidir. Bu “organokatalizör” organik bileşiklerde bulunan karbon, hidrojen, kükürt ve diğer ametal elementlerden oluşur. Yüksek güçlü ultrasonun kimyasal sistemlere uygulanması, sonokimya olarak bilinir ve verimi artırmak, reaksiyon hızlarını iyileştirmek ve reaksiyon hızını hızlandırmak için iyi bilinen bir tekniktir. Sonikasyon altında, istenmeyen yan ürünlerden kaçınarak kimyasal yolları değiştirmek genellikle mümkün hale gelir. Sonochemistry, organokatalitik reaksiyonları teşvik ederek onları daha verimli ve çevre dostu hale getirebilir.

Asimetrik Organokataliz – Sonication ile geliştirildi

Yüksek performanslı ultrasonun kimyasal sistemlere uygulanması olan Sonochemistry, organokatalitik reaksiyonları önemli ölçüde iyileştirebilir. Ultrasonication ile kombine edilen asimetrik organokataliz genellikle organokatalizi daha çevre dostu bir rotaya dönüştürmeye izin verir, böylece yeşil kimya terminolojisine girer. Sonikasyon (asimetrik) organokatlitik reaksiyonu hızlandırır ve daha yüksek verimlere, daha hızlı dönüşüm oranlarına, daha kolay ürün izolasyonuna / saflaştırılmasına ve gelişmiş seçicilik ve reaktiviteye yol açar. Reaksiyon kinetiğinin ve veriminin iyileştirilmesine katkıda bulunmanın yanı sıra, ultrasonikasyon genellikle iyonik sıvılar, derin ötektik çözücüler, hafif, toksik olmayan çözücüler ve su gibi sürdürülebilir reaksiyon çözücüleri ile birleştirilebilir. Böylece, sonokimya sadece (asimetrik) organokatlitik reaksiyonun kendisini iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda organokatalitik reaksiyonların sürdürülebilirliğine de yardımcı olur.

Araştırmalar, sonokimyasal olarak yoğunlaştırılmış oragnokatalitik reaksiyonlar için çeşitli örnekler göstermiştir. Örneğin, asimetrik sentez reaksiyonları için metal-biyomakromolekül hibrit katalizörleri bir araya getirmek için kiral bir iskele olarak çift sarmallı DNA molekülleri kullanılır. G-dörtlü DNA bazlı katalizörler, asimetrik Michael ilavesi, Diels-Alder ve Friedel-Crafts reaksiyonlarında uygulanmıştır. (bkz. Zhao ve Shen, 2018)
İnidyum destekli reaksiyon için, sonikasyon, sonokimyasal olarak yönlendirilen reaksiyon daha hafif koşullar altında çalıştığından ve böylece yüksek diasteroseleksiyon seviyelerini koruduğundan faydalı etkiler gösterir. Sonokimyasal yol kullanılarak, şeker laktonlarından β-laktam karbonhidratların, β-amino asit ve spirodiketopiperazinlerin organokatalitik sentezi ve ayrıca oksim eterler üzerinde allilasyon ve Reformatsky reaksiyonları üzerinde iyi sonuçlar elde edildi.

Ultrasonik Olarak Teşvik Edilen Organokatalitik İlaç Sentezi

Rogozińska-Szymczak ve Mlynarski (2014), organik yardımcı çözücüler olmadan su üzerindeki α.β-doymamış ketonlara 4-hidroksikumarinin asimetrik Michael ilavesini rapor etmektedir – organik birincil aminler ve sonikasyon ile katalize edilir. Enantiyomerik olarak saf (S, S) -difeniletilendiamin uygulaması, ultrason ile hızlandırılan reaksiyonlar yoluyla iyi ila mükemmel verimlerde (% 73-98) ve iyi enantiyoselektivitelerde (% 76 ee'ye kadar) bir dizi önemli farmasötik olarak aktif bileşik sağlar. Araştırmacılar, her iki enantiyomerik formda antikoagülan warfarinin 'su üzerindeki katılar' oluşumu için etkili bir sonokimyasal protokol sunmaktadır. Bu çevre dostu organokatalitik reaksiyon sadece ölçeklenebilir olmakla kalmaz, aynı zamanda hedef ilaç molekülünü enantiyomerik olarak saf formda verir.

Terpenlerin Sonokimyasal Epoksidasyonu

Charbonneau ve ark. (2018), sonikasyon altında terpenlerin başarılı bir şekilde epoksidasyonunu gösterdi. Konvansiyonel epoksidasyon bir katalizörün kullanılmasını gerektirir, ancak sonikasyon ile epoksidasyon katalizörsüz reaksiyon olarak çalışır.
Limonen dioksit, biyobazlı polikarbonatların veya izosiyanat olmayan poliüretanların geliştirilmesi için önemli bir ara moleküldür. Sonikasyon, çok kısa bir reaksiyon süresi içinde terpenlerin katalizörsüz epoksidasyonuna izin verir – Aynı zamanda çok iyi verim veriyor. Ultrasonik epoksidasyonun etkinliğini göstermek için, araştırma ekibi, hem geleneksel ajitasyon hem de ultrasonikasyon altında oksitleyici ajan olarak yerinde üretilen dimetil dioksiran kullanarak limonenin limonen dioksit ile epoksidasyonunu karşılaştırdı. Tüm sonikasyon denemeleri için Hielscher UP50H (50W, 30kHz) laboratuvar ultrasonicator kullanılmıştır.

Sonikasyon altında% 100 verimle limoneni limonen dioksite tamamen dönüştürmek için gereken süre oda sıcaklığında sadece 4.5 dakika idi. Buna karşılık, manyetik bir karıştırıcı kullanılarak geleneksel çalkalama kullanıldığında,% 97'lik bir limonen dioksit verimine ulaşmak için gereken süre 1,5 saatti. α-pinenin epoksidasyonu da her iki ajitasyon tekniği kullanılarak incelenmiştir. Sonikasyon altında α-pinenin α-pinen okside epoksidasyonu, elde edilen% 100 verimle sadece 4 dakika gerektirirken, geleneksel yöntemle karşılaştırıldığında reaksiyon süresi 60 dakika idi. Diğer terpenlere gelince, β-pinen sadece 4 dakikada β-pinen okside dönüştürülürken, farnesol 8 dakikada triepoksitin 0'ünü verdi. Bir limonen türevi olan karveol, � verimle karveol dioksite dönüştürülmüştür. Karvonun dimetil dioksiran kullanılarak yapılan epoksidasyon reaksiyonunda, dönüşüm 5 dakikada 0 oldu ve 7,8-karvon oksit üretti.
Sonokimyasal terpen epoksidasyonunun ana avantajları, oksitleyici ajanın (yeşil kimya) çevre dostu doğası ve bu oksidasyonu ultrasonik çalkalama altında gerçekleştiren önemli ölçüde azaltılmış reaksiyon süresidir. Bu epoksidasyon yöntemi, geleneksel ajitasyonun kullanıldığı 90 dakikaya kıyasla sadece 4,5 dakikada 0 limonen dioksit verimi ile limonenin 0 dönüşümüne ulaşılmasına izin verdi. Ayrıca, reaksiyon ortamında karvone, karveol ve perrilil alkol gibi limonenin hiçbir oksidasyon ürünü bulunmadı. α-pinenin ultrason altında epoksidasyonu sadece 4 dakika sürdü ve halkanın oksidasyonu olmadan α-pinen oksidin% 100'ünü verdi. β-pinen, farnesol ve karveol gibi diğer terpenler de oksitlenmiş ve bu da çok yüksek epoksit verimlerine yol açmıştır.

sonokimyasal etkiler

Klasik yöntemlere alternatif olarak, çok çeşitli reaksiyonların oranlarını artırmak için sonokimyasal bazlı protokoller kullanılmış ve bu da reaksiyon sürelerinde önemli bir azalma ile daha hafif koşullar altında üretilen ürünlerle sonuçlanmıştır. Bu yöntemler daha çevre dostu ve sürdürülebilir olarak tanımlanmıştır ve istenen dönüşümler için daha fazla seçicilik ve daha düşük enerji tüketimi ile ilişkilendirilmiştir. Bu tür yöntemlerin mekanizması, sıvı ortamdaki kabarcıkların oluşumu, büyümesi ve adyabatik çökmesi yoluyla benzersiz basınç ve sıcaklık koşullarını indükleyen akustik kavitasyon olgusuna dayanmaktadır. Bu etki, kütle transferini iyileştirir ve sıvıdaki türbülanslı akışı artırarak kimyasal dönüşümleri kolaylaştırır. Çalışmalarımızda, ultrason kullanımı, yüksek verim ve saflık ile azaltılmış reaksiyon sürelerinde bileşiklerin üretilmesine yol açmıştır. Bu özellikler, farmakolojik modellerde değerlendirilen bileşiklerin sayısını artırmış ve isabetten kurşuna optimizasyon sürecinin hızlandırılmasına katkıda bulunmuştur.
Bu yüksek enerjili girdi sadece heterojen süreçlerde mekanik etkileri arttırmakla kalmaz, aynı zamanda beklenmedik kimyasal türlerin oluşumuna yol açan yeni reaktiviteleri indüklediği de bilinmektedir. Sonokimyayı benzersiz kılan şey, mikro kabarcık ortamının yerel olarak kapalı bir alanında, değişen yüksek basınç / düşük basınç döngüleri, çok yüksek sıcaklık farkları, yüksek kesme kuvvetleri ve sıvı akışı nedeniyle olağanüstü etkiler üreten olağanüstü kavitasyon olgusudur.

Sonokimyasal Olarak Teşvik Edilen Organokatalitik Reaksiyonların Avantajları

Sonikasyon, organik sentez ve katalizde giderek daha fazla kullanılmaktadır, çünkü sonokimyasal etkiler kimyasal reaksiyonların önemli ölçüde yoğunlaştığını göstermektedir. Özellikle geleneksel yöntemlerle (örneğin ısıtma, karıştırma) karşılaştırıldığında, sonokimya daha verimli, kullanışlı ve hassas bir şekilde kontrol edilebilir. Sonikasyon ve sonokimya, daha yüksek verimler, bileşiklerin saflığının artması ve seçicilik, daha kısa reaksiyon süreleri, daha düşük maliyetler ve sonokimyasal prosedürün çalıştırılması ve ele alınmasında basitlik gibi birçok önemli avantaj sunar. Bu faydalı faktörler, ultrasonik destekli kimyasal reaksiyonları sadece daha etkili ve koruyucu değil, aynı zamanda çevre dostu hale getirir.
Çok sayıda organik reaksiyonun, sonikasyon kullanılarak gerçekleştirildiğinde daha kısa reaksiyon süresinde ve / veya daha hafif koşullar altında daha yüksek verim verdiği kanıtlanmıştır.

Ultrasonication Basit Tek Kap Reaksiyonlarına İzin Verir

Sonikasyon, yapısal olarak çeşitli bileşiklerin sentezini sağlayan tek kap reaksiyonları olarak çok bileşenli reaksiyonların başlatılmasına izin verir. Bu tür tek hazneli reaksiyonlar, yüksek bir genel verimlilik ve basitlikleri için değerlidir, çünkü ara ürünlerin izolasyonu ve saflaştırılması gerekli değildir.

Ultrason dalgalarının asimetrik organokatalitik reaksiyonlar üzerindeki etkileri, faz transfer katalizleri, Heck reaksiyonları, hidrojenasyon, Mannich reaksiyonları, Barbier ve Barbier benzeri reaksiyonlar, Diels-Alder reaksiyonları, Suzuki eşleşme reaksiyonu ve Micheal ilavesi dahil olmak üzere çeşitli reaksiyon tiplerinde başarıyla uygulanmıştır.

Organokatalitik reaksiyonunuz için ideal ultrasonikatörü bulun!

Hielscher Ultrasonics, yüksek performanslı, yüksek kaliteli ultrasonik ekipman söz konusu olduğunda güvenilir ortağınızdır. Hielscher, sonokimyasal uygulamalar için son teknoloji ultrasonik problar, reaktörler ve çanak boynuzları tasarlar, üretir ve dağıtır. Tüm ekipmanlar, Almanya'nın Teltow (Berlin yakınlarında) adresindeki genel merkezimizde ISO sertifikalı prosedürler altında ve üstün kalite için Alman hassasiyetiyle üretilmektedir.
Hielscher ultrasonicators portföyü, büyük ölçekli kimyasal üretim için kompakt laboratuvar ultrasonicators tam endüstriyel ultrasonik reaktörlere kadar uzanır. Problar (sonotrodlar, ultrasonik kornalar veya uçlar olarak da bilinir), güçlendirici kornalar ve reaktörler çok sayıda boyut ve geometride kolayca temin edilebilir. İhtiyaçlarınız için özelleştirilmiş versiyonlar da üretilebilir.
Hielscher Ultrasonics'ten beri’ Ultrasonik işlemciler, toplu ve akış kimyası uygulamaları için küçük laboratuvar cihazlarından büyük endüstriyel işlemcilere kadar her boyutta mevcuttur, yüksek performanslı sonikasyon herhangi bir reaksiyon kurulumuna kolayca uygulanabilir. Ultrasonik genliğin hassas ayarlanması – Sonokimyasal uygulamalar için en önemli parametre – Hielscher ultrasonicators'ı düşük ila çok yüksek genliklerde çalıştırmaya ve genliği tam olarak belirli kimyasal reaksiyon sisteminin gerekli ultrasonik işlem koşullarına ince ayar yapmaya izin verir.
Hielscher'ın ultrasonik jeneratörü, otomatik veri protokolüne sahip akıllı bir yazılıma sahiptir. Ultrasonik enerji, sıcaklık, basınç ve zaman gibi tüm önemli işlem parametreleri, cihaz açılır açılmaz otomatik olarak dahili bir SD karta kaydedilir.
Proses izleme ve veri kaydı, sürekli proses standardizasyonu ve ürün kalitesi için önemlidir. Otomatik olarak kaydedilen işlem verilerine erişerek, önceki sonikasyon çalışmalarını gözden geçirebilir ve sonucu değerlendirebilirsiniz.
Bir diğer kullanıcı dostu özellik, dijital ultrasonik sistemlerimizin tarayıcıdan uzaktan kontrol edilmesidir. Uzaktan tarayıcı kontrolü ile ultrasonik işlemcinizi her yerden uzaktan başlatabilir, durdurabilir, ayarlayabilir ve izleyebilirsiniz.
Yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörlerimiz hakkında daha fazla bilgi edinmek için şimdi bizimle iletişime geçin, oragnokatalitik sentez reaksiyonunuzu iyileştirebilir!

Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir: