Клік-хімія – як посилити реакції клік за допомогою ультразвукової обробки

Реакції клік-хімії, такі як мідно-каталізована азид-алкінова циклоаддиція (CuAAC), можуть значно вигравати від застосування потужного ультразвуку. Сонохімічні ефекти підвищують вихід і ступінь перетворення. Крім того, загальна ефективність реакцій клік-хімії покращується. Як метод зеленої хімії, ультразвукова обробка сприяє більш ефективним та екологічнішим хімічним реакціям.

Мідно-каталізована азид-алкінова циклоаддиція, посилена ультразвуком

Мідно-каталізована азид-алкінова циклоаддиція (CuAAC) відома як найважливіший і найпомітніший приклад реакцій клік-хімії. Кравотто та колеги з Туринського університету (Італія) розробили протокол для ультразвуково-асистованої 1,3-диполярної циклоаддиційної реакції азидів і алкінів із використанням металічної міді (Cu) як каталізатора. Азидна група є активним учасником цього типу органічних реакцій. Здатність азидної групи до сполучення з алкінами суттєво покращується в присутності Cu(I) і ультразвукова обробка прискорює реакцію клік.

Реактор з ультразвуковим перемішуванням для сонохімічних застосувань, включаючи реакції клік-хімії.

Реактор з ультразвуковим перемішуванням з ультразвуковим гомогенізатором UP200St для інтенсифікації хімічних реакцій у клік-хімії.

Переваги сонохімічно посиленої клік-хімії

покращена здатність до сполучення
вищі виходи
швидша реакція
покращена кінетика реакції
зелена хімія
просте та безпечне експлуатування

Реакції клік-хімії значно виграють від сонохімічної обробки. Ультразвукова обробка підвищує вихід циклоаддиційних реакцій та прискорює швидкість реакції.

Сонохімічно посилена клік-хімія: мідно-каталізована циклоаддиція з фенілацетиленом покращується за допомогою ультразвукової обробки.
(Дослідження та графік: © Cintas et al., 2010)

Переваги сонохімічних реакцій

Ультразвуковий синтез (соно-синтез) виник як одна з найбільш цінованих технік інтенсифікації в хімії завдяки численним перевагам. Сонохімічно посилених реакцій перевищують традиційні методи з перемішуванням або нагріванням щодо швидкості реакції, виходу, простоти експлуатування, чистоти продуктів, енергоефективності тощо. Науково доведено, що використання потужного ультразвуку може прискорювати хімічні реакції, а також зменшувати час реакції та небажані побічні реакції. Як альтернативне зелене джерело енергії, ультразвукова обробка робить багато хімічних реакцій більш екологічними, оскільки вимагається менше реагентів, м’якші розчинники та менше енергії.

У цьому відео ультразвуковий гомогенізатор Hielscher UP200St потужністю 200 ватів із сонотродом діаметром 7mm встановлено в стандартний скляний штуцер на дні скляного реактора. Монтаж можливий горизонтально, вертикально або в будь-якому іншому напрямку. В одну реакторну посудину можна встановити кілька ультразвукових зондів – наприклад, на різній висоті. Часто перевагу надають монтажу збоку або знизу, оскільки він краще підходить для роботи зі змінним рівнем рідини. Ультразвукове перемішування можна поєднувати зі звичайними верхньопривідними мішалками.

Сонохімічні органічні реакції з мідним каталізом

Корисні ефекти ультразвуку та сонохімії для реакцій, що включають метали, добре відомі. Ультразвукова обробка сприяє механічному видаленню пасивуючих шарів і покращує як масоперенесення, так і перенесення електронів від металу до органічного акцептора.
Ультразвуково-асистований синтез клік застосовувався для підготовки широкого спектру похідних 1,4-дизаміщених 1,2,3-триазолів, починаючи як з малих молекул, так і з олігомерів, таких як циклдекстрини (ЦД). Використовуючи цей ефективний і більш екологічний протокол, усі аддукти можна синтезувати за 2–4 год (включаючи обробку та виключаючи характеризацію). Показано, що клік-хімія здатна безпосередньо пов’язати хімію з біологією, стаючи справжньою міждисциплінарною реакцією з надзвичайно широким застосуванням.
(пор. Cintas et al., 2010)

Закритий партійний реактор для ультразвукових гомогенізаторів Hielscher: цей реактор ідеальний для сонохімічних реакцій, включаючи клік-хімію, циклоаддицію, органічні та інші типи реакцій.

Закритий ультразвуковий реактор для сонохімічних реакцій, наприклад, у клік-хімії.

Економія часу в клік-хімії завдяки ультразвуково прискореній кінетиці реакції

Впровадження ультразвуку може прискорити повільні хімічні реакції, які зазвичай тривають кілька годин у режимі партії. Завдяки значно покращеній кінетиці реакції час реакції можна скоротити до кількох хвилин. Використання ультразвукового проточного реактора може суттєво покращити виходи, забезпечити економію часу та, як наслідок, призвести до високої ефективності традиційно повільних синтезів.

Високопродуктивні ультразвукові гомогенізатори для сонохімічно посилених реакцій клік

Hielscher Ultrasonics розробляє, виробляє та постачає високопродуктивні ультразвукові гомогенізатори зондового типу, сонохімічні реактори та аксесуари для складних сонохімічних процесів. Завдяки ультразвуковим процесорам від 50 ват до 16 000 ват на зонд (сонотрод / ріг), Hielscher може запропонувати вам найбільш підходящу сонохімічну установку для вашої хімічної реакції.
Ультразвукові гомогенізатори Hielscher відомі своєю якістю, надійністю та міцністю. Hielscher Ultrasonics є компанією, сертифікованою за ISO, і приділяє особливу увагу високопродуктивним ультразвуковим гомогенізаторам, що мають передові технології та зручність у використанні. Звичайно, ультразвукові гомогенізатори Hielscher відповідають вимогам CE та задовольняють вимоги UL, CSA та RoHs.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність наших ультразвукових гомогенізаторів:

Об’єм партії	Об’ємна витрата	Рекомендовані пристрої
1–500 mL	10–200 mL/min	UP100H
10–2000 mL	20–400 mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1–20 L	0,2–4 L/min	UIP2000hdT
10–100 L	2–10 L/min	UIP4000hdT
15–150 L	3–15 L/min	UIP6000hdT
n.a.	10–100 L/min	UIP16000
n.a.	більше	кластер UIP16000

Зв’яжіться з нами! / Запитайте нас!

Ультразвукові високосдвигові гомогенізатори використовуються в лабораторних, настільних, пілотних та промислових процесах.

Hielscher Ultrasonics виробляє високопродуктивні ультразвукові гомогенізатори для змішування, диспергування, емульгування та екстракції в лабораторних, пілотних та промислових масштабах.

Пов’язані теми

Література / Посилання

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.

Факти, які варто знати

Клік-хімія нагороджена Нобелівською премією з хімії 2022 року

Клік-хімія, термін, запропонований Шарплессом та співавторами у 2001 році, є концепцією, запропонованою для класу майже ідеальних реакцій, які є високоефективними з високою атомною економічністю, широким спектром застосування та стереоспецифічністю (але не обов’язково енантіоселективністю), генерують лише нешкідливі побічні продукти, які легко видаляються, і вимагають лише простих умов реакції, а також легкодоступних реагентів і простих процедур ізоляції продукту.

Високопродуктивний ультразвук! Асортимент продукції Hielscher охоплює весь спектр від компактних лабораторних ультразвукових гомогенізаторів через настільні установки до повністю промислових ультразвукових систем.

Hielscher Ultrasonics виробляє високопродуктивні ультразвукові гомогенізатори від лабораторного до промислового розміру.