В органічній хімії органокаталіз є формою каталізу, при якому швидкість хімічної реакції збільшується органічним каталізатором. Цей “органокаталист” складається з вуглецю, водню, сірки та інших неметалових елементів, що містяться в органічних сполуках. Застосування ультразвуку високої потужності до хімічних систем відоме як сонохімія і добре налагоджена методика підвищення врожайності, поліпшення швидкості реакції і прискорення швидкості реакції. Під ультразвуком часто можна перемикати хімічні шляхи, уникаючи небажаних підпродуктів. Сонохімія може сприяти органокаталітичним реакціям, що робить їх більш ефективними і екологічними.

Асиметричний органокаталіз – Покращено ультразвуком

Сонохімія, застосування високопродуктивного ультразвуку в хімічні системи, може значно поліпшити органокаталітичні реакції. Асиметричний органокаталіз в поєднанні з ультразвуком часто дозволяє перетворити органокаталіз на більш екологічний шлях, тим самим підпадаючи під термінологію зеленої хімії. Ультразвукова реакція прискорює (асиметричну) органокаллітичну реакцію і призводить до більш високих врожаїв, більш швидких показників конверсії, полегшення ізоляції / очищення продукту, а також поліпшення селективності і реактивності. Крім сприяння поліпшенню кінетики реакції та врожайності, ультразвук часто може поєднуватися зі стійкими реакційними розчинниками, такими як іонні рідини, глибокі евтектичні розчинники, м'які, нетоксичні розчинники та вода. Таким чином, сонохімія не тільки покращує (асиметричну) органокалітичну реакцію, але і сприяє стійкості органокаталітичних реакцій.

Дослідження показали різноманітні приклади сонохімічно інтенсифікованих орагнокататалітичних реакцій. Наприклад, дволанцюгові молекули ДНК як хіральне риштування використовуються для збору метало-біомакромолекули гібридних каталізаторів для асиметричних реакцій синтезу. Каталізатори на основі ДНК G-квадруплексу були застосовані в асиметричних реакціях Майкла, Diels-Alder і Friedel-Crafts. (див. Чжао і Шень, 2018)
Для реакції, що сприяє ідизію, ультразвукова речовина показує позитивний ефект, оскільки сонохімічна реакція проходить в більш м'яких умовах, тим самим зберігаючи високий рівень діастероселекції. Використовуючи сонохімічний шлях, були досягнуті хороші результати на органокаталітичному синтезі β-лактамних вуглеводів, β-амінокислот і спіродікетопіперазинів з цукрових лактонів, а також аліляційні і реформатські реакції на ефіри оксима.

Ультразвуково пропагований органокаталітичний синтез лікарських засобів

Рогозинська-Шимчак і Млинарський (2014) повідомляють про асиметричне додавання Міхаїлом 4-гідроксикумарину до α, β ненасичених кетонів на воді без органічних со-розчинників – каталізується органічними первинними амінами і ультразвуком. Застосування енантіомерично чистого (S,S) -дифенілетилендіаміну забезпечує серію важливих фармацевтично активних сполук у хороших до відмінних врожаях (73-98%) і з хорошимиентиозелективністю (до 76% ee) за допомогою реакцій, прискорених ультразвуком. Дослідники представляють ефективний сонохімічний протокол для утворення антикоагулянтного варфарину в обох енантіомерикових формах. Ця екологічно чиста органокаталітична реакція не тільки масштабується, але і дає молекулу цільового препарату в енантіомерно чистому вигляді.

Сонохімічна епоксидація терпенів

Шарбонно та ін. (2018) зруйнували успішну епоксидацію терпенів під ультразвуком. Звичайна епоксидація вимагає використання каталізатора, але при ультразвуковій реакції епоксидація проходить як реакція без каталізатора.
Діоксид лімонену є ключовою проміжною молекулою для розвитку біобаренових полікарбонатів або неізоціанатних поліуретанів. Ультразвукова терапія дозволяє каталізатору вільно епоксидування терпенів протягом дуже короткого часу реакції – при цьому дають дуже хороші врожаї. Для того, щоб продемонструвати ефективні результати ультразвукової епоксидації, дослідницька група порівняла епоксидацію лімонену з діоксидом лімонену, використовуючи диметилдизайрану речовину як окислювальний агент як під звичайним збудженням, так і ультразвуком. Для всіх ультразвукових випробувань Hielscher UP50H (50W, 30kHz) лабораторний ультразвуковий апарат був використаний.

Час, необхідний для повного перетворення лімонену в діоксид лімонену зі 100% виходом при ультразвуковій слізі, становив всього 4,5 хв при кімнатній температурі. Для порівняння, при звичайному агітації з використанням магнітної мішалки необхідний час для досягнення 97% виходу діоксиду лімонену склав 1,5 год. Епоксидація α-пінену також була вивчена з використанням обох методів збудження. Епоксидування α-пінену до α-піненового оксиду при ультразвуковій сноці потрібно всього 4 хв з отриманим виходом 100%, в той час як в порівнянні зі звичайним методом час реакції становив 60 хв. Що стосується інших терпенів, то β-пінен був перетворений в β-піненовий оксид всього за 4 хв, тоді як фарнезол дав 100% триепоксиду за 8 хв. Карвеол, похідний лімонену, був перетворений в діоксид карвеолу з врожайністю 98%. У реакції епоксидації карвону з використанням диметилдиоксирану конверсія становила 100% через 5 хв, виробляючи оксид 7,8-карвону.
Основними перевагами сонохімічного епоксидування епоксидації терпена є екологічний характер окислювача (зелена хімія), а також значно скорочений час реакції, що виконує це окислення під ультразвуковим збудженням. Цей метод епоксидації дозволив досягти 100% перетворення лімонену зі 100% виходом діоксиду лімонену всього за 4,5 хв порівняно з 90 хв при використанні традиційного збудження. Крім того, в середовищі реакції не було виявлено продуктів окислення лімонену, таких як карвон, карвеол і перріліловий спирт. Епоксидація α-пінену при УЗД потрібно всього 4 хв, що дає 100% α-піненової оксиду без окислення кільця. Інші терпени, такі як β-пінен, фарнезол і карвеол, також окислюються, що призводить до дуже високих врожаїв епоксиду.

сонохімічні ефекти

Як альтернатива класичним методам, сонохімічні протоколи були використані для збільшення частоти найрізноманітніших реакцій, в результаті чого продукти генеруються в більш м'яких умовах зі значним скороченням часу реакції. Ці методи були описані як більш екологічно чисті і стійкі і пов'язані з більшою вибірковістю і більш низьким споживанням енергії для бажаних перетворень. Механізм таких методів заснований на явищі акустичної кавітації, яка викликає унікальні умови тиску і температури через утворення, зростання, адіабатический колапс бульбашок в рідкому середовищі. Цей ефект покращує передачу маси і збільшує турбулентний потік в рідині, полегшуючи хімічні перетворення. У наших дослідженнях використання ультразвуку призвело до виробництва сполук в скорочений час реакції з високою врожайністю і чистотою. Такі характеристики збільшили кількість сполук, оцінених в фармакологічних моделях, сприяючи прискоренню процесу оптимізації.
Цей високоенергетичний вхід не тільки може посилити механічні ефекти в гетерогенних процесах, але також, як відомо, викликає нові реактивації, що призводять до утворення несподіваних хімічних видів. Що робить сонохімію унікальною, так це чудове явище кавітації, яке генерує в локально обмеженому просторі мікро-бульбашкового середовища надзвичайні ефекти через чергування циклів високого тиску / низького тиску, дуже високотемпературних диференціалу, високо зсувних сил і потокового передавання рідини.

Переваги сонохімічно пропагованих органокаталітичних реакцій

Ультразвукова речовина все частіше використовується в органічному синтезі та каталізі, оскільки сонохімічні ефекти показують суттєву інтенсифікацію хімічних реакцій. Особливо в порівнянні з традиційними методами (наприклад, нагрівання, перемішування), сонохімія є більш ефективною, зручною і точно контрольованою. Ультразвукова обробка та сонохімія пропонують ряд основних переваг, таких як більш висока врожайність, підвищена чистота сполук та селективність, коротший час реакції, нижчі витрати, а також простота в експлуатації та обробці сонохімічної процедури. Ці корисні фактори роблять ультразвукові хімічні реакції не тільки більш ефективними і рятівними, але і екологічними.
Було доведено, що численні органічні реакції дають більш високі врожаї в більш короткі терміни реакції та / або при більш м'яких умовах при виконанні ультразвукової обробки.

Ультразвук дозволяє простих односторонніх реакцій

Ультразвукова зв'собі дозволяє ініціювати багатокомпонентні реакції як односторонні реакції, що забезпечують синтез структурно різноманітних сполук. Такі одноколійні реакції цінуються за високу загальну ефективність і простоту, так як ізоляція і очищення проміжних продуктів не потрібно.

Вплив ультразвукових хвиль на асиметричні органокаталітичні реакції успішно застосовується в різних типах реакцій, включаючи каталізи фазового перенесення, реакції Хека, гідрогеніцію, реакції Манніха, барбієрівські та барбієроподібні реакції, реакції Ділса-Вільхи, реакцію зв'язки Suzuki та додавання Міхеала.

Знайдіть ідеальний ультразвуковий апарат для вашої органокаталітичної реакції!

Hielscher Ультразвук є вашим надійним партнером, коли справа доходить до високопродуктивного, високоякісного ультразвукового обладнання. Hielscher розробляє, виробляє та поширює найсучасніші ультразвукові зонди, реактори та чашкові роги для сонохімічного застосування. Все обладнання виготовляється за сертифікованими ISO процедурами та з німецькою точністю до вищої якості в нашому штаб-квартира в Тельтові (поблизу Берліна), Німеччина.
Портфель ультразвукових апаратів Hielscher варіюється від компактних лабораторних ультразвукових апаратів до повністю промислових ультразвукових реакторів для великомасштабного хімічного виробництва. Зонди (також відомі як сонотроди, ультразвукові роги або кінчики), роги прискорювачів та реактори легко доступні в численних розмірах та геометрії. Індивідуальні версії також можуть бути виготовлені для ваших вимог.
Оскільки Hielscher Ультразвук’ ультразвукові процесори доступні в будь-якому розмірі від невеликих лабораторних пристроїв до великих промислових процесорів для пакетних і текучих хімічних додатків, високопродуктивна ультразвукова обробка може бути легко реалізована в будь-якій налаштуванні реакції. Точне регулювання ультразвукової амплітуди – Найважливіший параметр для сонохімічного застосування – дозволяє керувати ультразвуковими апаратами Hielscher при низьких і дуже високих амплітудах і точно налаштовувати амплітуду саме до необхідних умов ультразвукового процесу конкретної системи хімічної реакції.
Ультразвуковий генератор Hielscher має розумне програмне забезпечення з автоматичним протоколізацією даних. Всі важливі параметри обробки, такі як ультразвукова енергія, температура, тиск і час, автоматично зберігаються на вбудованій SD-карті, як тільки пристрій включений.
Моніторинг процесу та запис даних важливі для безперервної стандартизації процесу та якості продукції. Оголошуючи автоматично записані дані процесу, ви можете переглянути попередні запуски ультразвукової обробки та оцінити результат.
Ще однією зручною функцією є віддалене управління браузером наших цифрових ультразвукових систем. За допомогою пульта дистанційного керування браузером ви можете за запустити, зупинити, налаштувати та контролювати свій ультразвуковий процесор віддалено з будь-якого місця.
Зв'яжіться з нами зараз, щоб дізнатися більше про наші високопродуктивні ультразвукові гомогенізатори можуть покращити вашу орагнокаталітичну реакцію синтезу!

У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв: