Ultratovush bilan ishlov berish orqali jadallashtiriladigan organokatalitik reaksiyalar

Organik kimyoda organokataliz – kimyoviy reaksiya tezligi organik katalizator yordamida oshiriladigan kataliz shaklidir. Ushbu «organokatalizator» organik birikmalarda uchraydigan uglerod, vodorod, oltingugurt va boshqa metall boʻlmagan elementlardan tashkil topadi. Kimyoviy tizimlarga yuqori quvvatli ultratovushni qoʻllash sonokimyo deb ataladi va mahsulot unumini oshirish, reaksiya tezligini yaxshilash hamda reaksiyani tezlashtirishning yaxshi oʻrganilgan usulidir. Ultratovush bilan ishlov berishda koʻpincha istalmagan yon mahsulotlar hosil boʻlishining oldini olish uchun kimyoviy reaksiya yoʻllarini oʻzgartirish mumkin boʻladi. Sonokimyo organokatalitik reaksiyalarni jadallashtirib, ularni samaraliroq va ekologik jihatdan qulayroq qilishi mumkin.

Asimmetrik organokataliz – ultratovush bilan ishlov berish orqali yaxshilanadi

Sonokimyo, yaʼni kimyoviy tizimlarga yuqori samarali ultratovushni qoʻllash, organokatalitik reaksiyalarni sezilarli darajada yaxshilashi mumkin. Asimmetrik organokatalizni ultratovush bilan ishlov berish bilan birlashtirish koʻpincha organokatalizni ekologik jihatdan qulayroq yoʻlga oʻtkazish imkonini beradi va shu tariqa u yashil kimyo tushunchasiga mos keladi. Ultratovush bilan ishlov berish (asimmetrik) organokatalitik reaksiyani tezlashtiradi va yuqoriroq mahsulot unumiga, tezroq konversiyaga, mahsulotni osonroq ajratish/tozalashga hamda selektivlik va reaksion qobiliyatning yaxshilanishiga olib keladi. Reaksiya kinetikasi va mahsulot unumini yaxshilashga hissa qoʻshish bilan birga, ultratovush bilan ishlov berishni koʻpincha ionli suyuqliklar, chuqur evtektik erituvchilar, yumshoq taʼsirli, toksik boʻlmagan erituvchilar va suv kabi ekologik barqaror reaksiya erituvchilari bilan birgalikda qoʻllash mumkin. Shu tariqa sonokimyo (asimmetrik) organokatalitik reaksiyaning oʻzini yaxshilash bilan birga, organokatalitik reaksiyalarning ekologik barqarorligiga ham yordam beradi.

Tadqiqotlar sonokimyoviy usulda kuchaytirilgan organokatalitik reaksiyalarning koʻplab misollarini koʻrsatdi. Masalan, ikki zanjirli DNK molekulalari asimmetrik sintez reaksiyalari uchun metall–biomakromolekula gibrid katalizatorlarini yigʻishda xiral karkas sifatida qoʻllanadi. G-kvadrupleks DNK asosidagi katalizatorlar asimmetrik Michael birikishi, Diels-Alder va Friedel-Crafts reaksiyalarida qoʻllangan. (qarang: Zhao va Shen, 2018)
inidium yordamida jadallashtiriladigan reaksiyada ultratovush bilan ishlov berish foydali taʼsir koʻrsatadi, chunki sonokimyoviy usulda amalga oshiriladigan reaksiya yumshoqroq sharoitlarda kechadi va shu tariqa diastereoseleksiyaning yuqori darajalarini saqlab qoladi. Sonokimyoviy yoʻldan foydalanib, shakar laktonlaridan β-laktam uglevodlar, β-aminokislota va spirodiketopiperazinlarning organokatalitik sintezida, shuningdek, oksim efirlarining allillanish va Reformatsky reaksiyalarida yaxshi natijalarga erishildi.

Ultratovush yordamida jadallashtiriladigan organokatalitik dori sintezi

Rogozińska-Szymczak va Mlynarski (2014) organik birlamchi aminlar katalizatorligida va ultratovush bilan ishlov berish yordamida, organik qoʻshimcha erituvchilarsiz suv ustida 4-gidroksikumarinni α,β-toʻyinmagan ketonlarga asimmetrik Michael biriktirish haqida maʼlumot beradi. Enantiomerik jihatdan sof (S,S)-difeniletilendiaminni qoʻllash ultratovush yordamida tezlashtirilgan reaksiyalar orqali bir qator muhim farmatsevtik faol birikmalarni yaxshi va aʼlo darajadagi unumlarda (73–98%) hamda yaxshi enantioselektivlik bilan (76% ee gacha) olish imkonini beradi. Tadqiqotchilar «suv ustidagi qattiq moddalar» tizimida antikoagulyant varfarinni ikkala enantiomerik shaklda hosil qilish uchun samarali sonokimyoviy protokolni taqdim etadi. Ushbu ekologik jihatdan qulay organokatalitik reaksiyaning koʻlamini kengaytirish mumkin, shuningdek, u maqsadli dori molekulasini enantiomerik jihatdan sof shaklda beradi.

Terpenlarni sonokimyoviy epoksidlash

Charbonneau va boshqalar (2018) ultratovush bilan ishlov berishda terpenlarning muvaffaqiyatli epoksidlanishini koʻrsatdi. Anʼanaviy epoksidlash katalizatordan foydalanishni talab qiladi, ammo ultratovush bilan ishlov berishda epoksidlash katalizatorsiz reaksiya sifatida kechadi.
Limonen dioksidi bioasosli polikarbonatlar yoki izosiyanatsiz poliuretanlarni ishlab chiqish uchun asosiy oraliq molekuladir. Ultratovush bilan ishlov berish terpenlarni juda qisqa reaksiya vaqti ichida katalizatorsiz epoksidlash imkonini beradi – ayni paytda juda yaxshi mahsulot unumlarini taʼminlaydi. Ultratovush yordamida epoksidlash samaradorligini koʻrsatish uchun tadqiqot guruhi oksidlovchi sifatida in situ hosil qilingan dimetil dioksirandan foydalanib, limonenning limonen dioksidigacha epoksidlanishini anʼanaviy aralashtirish va ultratovush bilan ishlov berish sharoitlarida taqqosladi. Ultratovush bilan ishlov berish boʻyicha barcha sinovlarda Hielscher UP50H (50W, 30kHz) laboratoriya ultratovush qurilmasi ishlatildi.

Ultratovush bilan ishlov berishda xona haroratida limonenni 100% unum bilan limonen dioksidiga toʻliq aylantirish uchun zarur boʻlgan vaqt atigi 4,5 min boʻldi. Taqqoslash uchun, magnitli aralashtirgich yordamida anʼanaviy aralashtirish qoʻllanganda, limonen dioksidining 97% unumiga erishish uchun zarur vaqt 1,5 h boʻldi. α-pinenning epoksidlanishi ham ikkala aralashtirish usuli yordamida oʻrganildi. Ultratovush bilan ishlov berishda α-pinenni α-pinen oksidigacha epoksidlash uchun atigi 4 min talab qilinib, 100% unum olindi, anʼanaviy usul bilan taqqoslanganda esa reaksiya vaqti 60 min boʻldi. Boshqa terpenlarga kelsak, β-pinen atigi 4 min ichida β-pinen oksidiga aylantirildi, farnezol esa 8 min ichida triepoksidni 100% unum bilan berdi. Limonen hosilasi boʻlgan karveol 98% unum bilan karveol dioksidiga aylantirildi. Dimetil dioksiran yordamida karvonni epoksidlash reaksiyasida konversiya 5 min ichida 100% boʻlib, 7,8-karvon oksidi hosil boʻldi.
Terpenlarni sonokimyoviy epoksidlashning asosiy afzalliklari oksidlovchining ekologik jihatdan qulayligi (yashil kimyo), shuningdek, ushbu oksidlashni ultratovushli aralashtirishda amalga oshirishda reaksiya vaqtining sezilarli darajada qisqarishidir. Ushbu epoksidlash usuli limonenning 100% konversiyasiga va limonen dioksidining 100% unumiga atigi 4,5 min ichida erishish imkonini berdi, anʼanaviy aralashtirish qoʻllanganda esa 90 min talab qilindi. Bundan tashqari, reaksiya muhitida limonenning karvon, karveol va perrilyl spirti kabi oksidlanish mahsulotlari topilmadi. Ultratovush taʼsirida α-pinenni epoksidlash uchun atigi 4 min talab qilinib, halqa oksidlanmasdan α-pinen oksidi 100% unum bilan olindi. β-pinen, farnezol va karveol kabi boshqa terpenlar ham oksidlanib, juda yuqori epoksid unumlariga olib keldi.

Sonokimyoviy taʼsirlar

Klassik usullarga muqobil sifatida sonokimyoga asoslangan protokollar turli xil reaksiyalar tezligini oshirish uchun qoʻllangan va natijada reaksiya vaqti sezilarli darajada qisqarib, mahsulotlar yumshoqroq sharoitlarda olingan. Ushbu usullar ekologik jihatdan qulayroq va barqarorroq deb taʼriflangan hamda kerakli oʻzgarishlar uchun yuqoriroq selektivlik va kamroq energiya sarfi bilan bogʻliq. Bunday usullarning mexanizmi akustik kavitatsiya hodisasiga asoslanadi; u suyuq muhitda pufakchalarning hosil boʻlishi, oʻsishi va adiabatik kollapsi orqali bosim va haroratning oʻziga xos sharoitlarini yuzaga keltiradi. Ushbu taʼsir massa koʻchishini yaxshilaydi va suyuqlikdagi turbulent oqimni kuchaytirib, kimyoviy oʻzgarishlarni osonlashtiradi. Tadqiqotlarimizda ultratovushdan foydalanish birikmalarni qisqargan reaksiya vaqtlarida yuqori unum va tozalik bilan olishga olib keldi. Bunday xususiyatlar farmakologik modellarda baholangan birikmalar sonini oshirib, dastlabki faol birikmadan yetakchi birikmagacha optimallashtirish jarayonini tezlashtirishga hissa qoʻshdi.
Ushbu yuqori energiya kiritilishi geterogen jarayonlardagi mexanik taʼsirlarni kuchaytirishi mumkin, shuningdek, u kutilmagan kimyoviy turlarning hosil boʻlishiga olib keladigan yangi reaksion xususiyatlarni yuzaga keltirishi ham maʼlum. Sonokimyoni oʻziga xos qiladigan jihat kavitatsiyaning ajoyib hodisasidir: u mikropufakcha muhitining mahalliy cheklangan fazosida navbatma-navbat keladigan yuqori bosim / past bosim sikllari, juda katta harorat farqlari, kuchli siljish kuchlari va suyuqlik oqimi tufayli favqulodda taʼsirlarni hosil qiladi.

Sonokimyoviy usulda jadallashtiriladigan organokatalitik reaksiyalarning afzalliklari

Ultratovush bilan ishlov berish organik sintez va katalizda tobora koʻproq qoʻllanmoqda, chunki sonokimyoviy taʼsirlar kimyoviy reaksiyalarning sezilarli darajada kuchayishini koʻrsatadi. Ayniqsa anʼanaviy usullar (masalan, isitish, aralashtirish) bilan taqqoslanganda, sonokimyo samaraliroq, qulayroq va aniq boshqariladigan usuldir. Ultratovush bilan ishlov berish va sonokimyo yuqoriroq mahsulot unumi, birikmalar tozaligi va selektivlikning oshishi, qisqaroq reaksiya vaqti, kamroq xarajatlar, shuningdek, sonokimyoviy jarayonni amalga oshirish va boshqarishning soddaligi kabi bir qator asosiy afzalliklarni taqdim etadi. Ushbu foydali omillar ultratovush yordamidagi kimyoviy reaksiyalarni samaraliroq va xavfsizroq, shuningdek, ekologik jihatdan qulayroq qiladi.
Ultratovush bilan ishlov berish yordamida amalga oshirilganda koʻplab organik reaksiyalar qisqaroq reaksiya vaqtida va / yoki yumshoqroq sharoitlarda yuqoriroq mahsulot unumini berishi isbotlangan.

Ultratovush bilan ishlov berish bir idishda oddiy reaksiyalarni amalga oshirish imkonini beradi

Ultratovush bilan ishlov berish koʻp komponentli reaksiyalarni bir idishdagi reaksiyalar sifatida boshlash imkonini beradi va ular tuzilishi turlicha boʻlgan birikmalar sintezini taʼminlaydi. Bunday bir idishdagi reaksiyalar yuqori umumiy samaradorligi va soddaligi uchun qadrlanadi, chunki oraliq mahsulotlarni ajratish va tozalash talab qilinmaydi.

Ultratovush toʻlqinlarining asimmetrik organokatalitik reaksiyalarga taʼsiri turli reaksiya turlarida, jumladan, fazalararo koʻchirish katalizi, Heck reaksiyalari, gidrogenlash, Mannich reaksiyalari, Barbier va Barbierga oʻxshash reaksiyalar, Diels-Alder reaksiyalari, Suzuki biriktirish reaksiyasi va Michael birikishida muvaffaqiyatli qoʻllangan.

Organokatalitik reaksiyangiz uchun ideal ultratovush qurilmasini toping!

Yuqori samarali, yuqori sifatli ultratovush uskunalari masalasida Hielscher Ultrasonics sizning ishonchli hamkoringizdir. Hielscher sonokimyoviy qoʻllanishlar uchun eng zamonaviy ultratovush zondlari, reaktorlar va kosachasimon ultratovush shoxlarini loyihalaydi, ishlab chiqaradi va yetkazib beradi. Barcha uskunalar Germaniyaning Teltow shahridagi (Berlin yaqinida) bosh qarorgohimizda yuqori sifatni taʼminlash uchun ISO boʻyicha sertifikatlangan tartiblar asosida va nemis aniqligi bilan ishlab chiqariladi.
Hielscher ultratovush qurilmalari assortimenti ixcham laboratoriya ultratovush qurilmalaridan tortib keng koʻlamli kimyoviy ishlab chiqarish uchun toʻliq sanoat ultratovush reaktorlarigacha boʻlgan uskunalarni qamrab oladi. Zondlar (sonotrodlar, ultratovush shoxlari yoki uchliklar deb ham ataladi), amplitudani kuchaytiruvchi shoxlar va reaktorlar koʻplab oʻlcham va geometrik shakllarda tayyor holda mavjud. Talablaringizga moslashtirilgan variantlar ham ishlab chiqarilishi mumkin.
Hielscher Ultrasonics ultratovush protsessorlari davriy va oqimli kimyo qoʻllanishlari uchun kichik laboratoriya qurilmalaridan tortib yirik sanoat protsessorlarigacha har qanday oʻlchamda mavjud boʻlgani sababli, yuqori samarali ultratovush bilan ishlov berishni har qanday reaksiya qurilmasiga osonlik bilan joriy etish mumkin. Ultratovush amplitudasini – sonokimyoviy qoʻllanishlar uchun eng muhim parametrni – aniq sozlash Hielscher ultratovush qurilmalarini pastdan juda yuqorigacha boʻlgan amplitudalarda ishlatish hamda amplitudani muayyan kimyoviy reaksiya tizimining talab qilinadigan ultratovushli jarayon sharoitlariga aynan moslab nozik sozlash imkonini beradi.
Hielscher ultratovush generatori maʼlumotlarni avtomatik qayd etuvchi aqlli dasturiy taʼminotga ega. Ultratovush energiyasi, harorat, bosim va vaqt kabi barcha muhim ishlov berish parametrlari qurilma yoqilishi bilanoq oʻrnatilgan SD-kartaga avtomatik saqlanadi.
Jarayonni kuzatish va maʼlumotlarni qayd etish jarayonni uzluksiz standartlashtirish va mahsulot sifati uchun muhimdir. Avtomatik qayd etilgan jarayon maʼlumotlariga kirish orqali oldingi ultratovush bilan ishlov berish seanslarini qayta koʻrib chiqishingiz va natijani baholashingiz mumkin.
Foydalanuvchi uchun yana bir qulay xususiyat – raqamli ultratovush tizimlarimizni brauzer orqali masofadan boshqarishdir. Brauzer orqali masofadan boshqarish yordamida ultratovush protsessoringizni istalgan joydan masofadan ishga tushirishingiz, toʻxtatishingiz, sozlashingiz va kuzatishingiz mumkin.
Yuqori samarali ultratovushli gomogenizatorlarimiz organokatalitik sintez reaksiyangizni qanday yaxshilashi mumkinligi haqida koʻproq bilish uchun hoziroq biz bilan bogʻlaning!

Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi: