Tag: organische Synthese
In den letzten Jahren hat sich der Einsatz der Mikrowelle bei der Synthese von Peptiden mehr und mehr durchsetzen können. Zahlreiche Publikationen belegen, dass unter Mikrowelleneinwirkung gerade sehr schwierige Sequenzen gut synthetisierbar werden, was vor allem auf die Eliminierung der Aggregationsproblematik hydrophober Peptidketten zurückzuführen ist. Hervorzuheben ist, dass es im Mikrowellenfeld trotz thermischer Effekte zu einer Unterdrückung der Racemisierung kommt. In Verbindung mit einer geeigneten Capping / Tagging-Strategie lassen sich heutzutage auch Peptide mit mehr als 100 Aminosäuren an einem Stück synthetisieren.
Apparativ stehen dem Anwender dabei mittlerweile sowohl manuelle als auch vollautomatisierte Systeme zur Verfügung. Mit steigender Peptidlänge macht die Anwendung eines automatisierten Systems Sinn – nicht zuletzt aufgrund der höheren Zuverlässigkeit. Hierfür stehen mit der Liberty-Familie verschiedene vollautomatisierte Systeme zur Verfügung, die in den letzten Jahren software- und hardwaretechnisch soweit optimiert wurde, dass mittlerweile praktisch jede Art von Chemie auf einfache Art und Weise implementiert werden kann.
Dr. Monika Szefczyk, ist Forscherin im Labor von Prof. Dr. Lukasz Berlicki am Institut für Bioorganische Chemie der Wrocław University of Science and Technology. Sie traf sich mit CEM, um ihre Forschung zu Peptidfoldameren vorzustellen, die in der SARS-Cov-2-Hemmung angewendet werden. Prof. Dr. Berlickis Labor besitzt einen CEM Liberty Blue Mikrowellen-Peptidsynthesizer.
Frage: Können Sie Hintergrundinformationen zur Berlicki-Forschungsgruppe liefern?
Dr. Szefczyk: Das Berlicki Lab ist eine der fünf Forschungsgruppen des Instituts für Bioorganische Chemie der Wrocław University of Science and Technology. Es wird von Professor Łukasz Berlicki geleitet und besteht aus sieben Forschern/innen und drei Doktoranden/innen. Unsere Forschung konzentriert sich auf drei Hauptthemen:
1) Struktur, biologische und katalytische Aktivität von Peptidfoldameren,
2) Synthese und Aktivität von Inhibitoren ausgewählter Enzyme und
3) Peptid-basierte Nanostrukturen.
Wir leiten 5 laufende Forschungsprojekte, die vom Nationalen Wissenschaftszentrum und der Polnischen Nationalen Agentur für akademischen Austausch mit einem Gesamtbetrag von mehr als 5 Mio. EURO finanziert werden.
Frage: Was sind Ihre wichtigsten Forschungsziele?
Dr. Szefczyk: Wir arbeiten hauptsächlich an Peptidfoldameren – Oligomeren, die eine hohe Tendenz zur Faltung in stabile dreidimensionale Strukturen in Lösung aufweisen. Die Möglichkeit der rationalen Konstruktion strukturell ausgedehnter Moleküle bietet die Möglichkeit, Materialien mit zahlreichen Funktionalitäten herzustellen. Die Entwicklung einer rationalen Strategie zur Erzielung erweiterter proteinartiger foldamerer Strukturen (sogenannte foldamerische Miniproteine) ist eines unserer Hauptziele. Anschließend wenden wir die erhaltenen Strukturen zum Aufbau von Molekülen an, die katalytische oder biologische Aktivitäten aufweisen. Der Aufbau von Enzymmimetika liefert Katalysatoren für verschiedene Reaktionen und ermöglicht ein besseres Verständnis der Wirkung nativer Enzyme. Darüber hinaus synthetisieren wir Protein-Protein-Interaktionsinhibitoren, die möglicherweise in der Krebsimmuntherapie nützlich sind. Kürzlich haben wir uns auf die Gruppe der Peptidfoldamere konzentriert, die die Interaktion von menschlichem ACE2- und SARS-Cov-2-Virus-S-Protein hemmen können. Solche Verbindungen könnten den Viruseintritt in menschliche Zellen stoppen und Kandidaten für Arzneimittel gegen Covid-19 sein. Wir konzentrieren uns auch auf einen weiteren interessanten Aspekt von Peptidfoldameren, nämlich ihre Fähigkeit, durch kontrollierte Selbstaggregation Nanostrukturen zu bilden. Wir haben verschiedene Peptide mit Beta-Aminosäuren entworfen, synthetisiert, charakterisiert und daraus Nanofibrillen im Prozess der Selbstassoziation erhalten. Jetzt bemühen wir uns, verschiedene mikroskopische Techniken zu entwickeln, die der Charakterisierung erhaltener Nanostrukturen und Bionanomaterialien im Allgemeinen gewidmet sind.
Frage: Wie hat die Peptidsynthese im Liberty Blue Ihre Forschung verbessert?
Dr. Szefczyk: Am wichtigsten ist es, dass wir mit dem Liberty Blue die Synthesezeit erheblich verkürzen und die Kosten für Lösungsmittel und Abfall im Vergleich zu anderen automatisierten Synthesizern senken konnten. In unserem Fall ist der Unterschied signifikant, wenn man eine große Anzahl von Peptiden mit langen Sequenzen berücksichtigt, die wir in unserem Labor synthetisieren. Darüber hinaus konnten wir die Synthese von Peptiden mit sogenannten „schwierigen Sequenzen“ leicht optimieren.
Frage: Glauben Sie, dass das Liberty Blue für andere Wissenschaftler nützlich sein könnte?
Dr. Szefczyk: Wir würden den Liberty Blue als einfach zu verwendenden, zeit- und kostensparenden Synthesizer empfehlen, der es uns ermöglicht, Peptide mit guter Ausbeute und Reinheit zu erhalten. Erwähnenswert ist auch die Verfügbarkeit professioneller Unterstützung durch die technischen Spezialisten von CEM.
Frage: Wo sollten Chemiker nach weiteren Informationen zu Ihrer Forschung suchen?
Dr. Szefczyk: Wir sind auf Facebook und Twitter @berlickilab. Weitere Informationen finden Sie auch auf der Webseite unserer Abteilung: http://bioorganic.ch.pwr.wroc.pl/ oder in den ausgewählten Veröffentlichungen unten.
- Fortuna, P.; Linhares, B. M.; Purohit, T.; Pollock, J.; Cierpicki, T.; Grembecka, J.; Berlicki, Ł., Covalent and noncovalent constraints yield a figure eight-like conformation of a peptide inhibiting the menin-MLL interaction J. Med. Chem. 2020, 207, 112748.
- Drewniak, M.*; Węglarz-Tomczak, E*; Ożga, K.; Rudzińska-Szostak, E.; Macegoniuk, K.; Tomczak, J. M.; Bejger, M.; Rypniewski, W.; Berlicki, Ł. *contributed equally., Helix-loop-helix peptide foldamers and their use in the construction of hydrolase mimetics. Chem. 2018, 81, 356.
- Szefczyk, M.; Węglarz-Tomczak, E.; Fortuna, P.; Krzysztoń, A.; Rudzińska-Szostak, E.; Berlicki, Ł., Controlling the Helix Handedness of ααβ-Peptide Foldamers through Sequence Shifting Angew. Int. Ed. 2017, 56, 2087.
- Rudzińska-Szostak, E.; Berlicki, Ł., Sequence engineering to control the helix handedness of peptide foldamers Eur. J. 2017, 23, 14980.
- Magiera-Mularz, K.; Skalniak, L.; Zak, K. M.; Musielak, B.; Rudzinska-Szostak, E.; Berlicki, Ł.; Kocik, J.; Grudnik, P.; Sala, D. Zarganes-Tzitzikas, T.; Shaabani, S.; Dömling, A.; Dubin, G.; Holak, T. A., Bioactive Macrocyclic Inhibitors of the PD-1/PD-L1 Immune Checkpoint Chem. Int. Ed. 2017, 56, 13732.
Webinar zur Mikrowellenchemie
am Montag, 29. Juni 2020 um 17.00 Uhr
Microwave reactors have become the industry standard for medicinal chemistry, nanomaterials synthesis, and academic research and teaching labs. However, this synthetic platform is not always understood by chemists and often only used for routine transformations, a fraction of it’s capabilities. The exploration of synthetic chemical space is hampered by perceived limitations regarding the types of reactions or the compatibility of reagents used.
This webinar will provide a foundation for understanding microwave chemistry, and introduce new technologies to address the limitations of former techniques. In addition, these improvements will be applied to literature protocols to demonstrate their practical research value. These topics will be relevant to anyone engaged in synthetic chemistry from methodology development to applied synthesis.
Biochemie in der Mikrowelle – Einsatz der Mikrowelle zur Synthese und Analytik von Peptden und Proteinen, A. Rybka und U. Sengutta, GIT 9, 572-575 (2009)
Biochemie_GIT
Biochemie in der Mikrowelle. Synthestrategien von Peptoiden, S. Vollrath und S. Bräse, Labor & More, 2-6, September 2013
Braese
Analyse von Aminosäuren, Proteinen und Nitroderivaten in atmosphärischen Aerosolen und Straßenstaub“, Promotion Tobias Fehrenbach, TU München 2006
Proteinhydrolyse
In der organischen Synthese war der Einsatz von Mikrowellengeräten lange Zeit eine „exotische“ Anwendung – das Ölbad mit dem Rundkolben blieb Standardequipment. Der Grund hierfür war einfach: Anfängliche Synthese-Versuche in umfunktionierten Haushaltgeräten oder in modifizierten Aufschlussgeräten scheiterten an der zu geringen Energiedichte, an der gepulsten Mikrowelleneinstrahlung, an der ungleichmäßigen Energieverteilung („Mikrowellen-Chaos“) und an der unzureichenden Sensortechnik um reproduzierbare Versuchsabläufe zu beschreiben. Nun steht aber auch für den Bereich der Life Sciences, der kombinatorischen Chemie und der allgemeinen organischen chemischen Synthese mit dem Discover eine neue Geräteplattform von Mikrowellensystemen zur Verfügung, die speziell für die Anforderungen der chemischen Synthese entwickelt wurden.
Warum eigentlich Mikrowellen-Synthese?
Mikrowellenunterstützte Synthesen ermöglichen den Synthese-Chemikern ganz neue Wege zum gewünschten Produkt (Wirkstoff). Mit einem Höchstmaß an Flexibilität und bisher nicht vorhandenen Kontrollmöglichkeiten der Reaktionsparameter ermöglicht die Mikrowellen-Chemie ein direktes Einkoppeln der Energie in die gewünschten Reaktionen. In kürzester Zeit wird die notwendige Aktivierungsenergie der Reaktion zugeführt, was sich in der Beschleunigung gegenüber traditionellen Reaktionsbedingungen niederschlägt. So sind Zeitverkürzungen um den Faktor 100 bis 1000 keine Seltenheit. Die mikrowellenunterstützte Synthese ist zweifelsfrei der schnellste und der produktivste Weg zum gewünschten Wirkstoff. Über 10.000 Literaturstellen mit stark zunehmender Tendenz berichten von den Möglichkeiten dieser Technologie.
„Fokussierte Mikrowellen-Synthese“ Ulf Sengutta, Hans-Peter Meier, GIT Band 9, 1038 – 1043 (2002)
„Mikrowellen-Synthesen unter Normaldruck“, H. Ritter, Nachrichten aus Chemie, Mai 2005
Mikrowellensynthese unter Normaldruck Ritter
„Entdecke die Möglichkeiten. Organische Synthesen in der Mikrowelle“, J. Theis und H. Ritter, GIT 3/2011, 170 – 173
Entdecke die Möglichkeiten organische_synthesen
„Wasserstoff wechsel dich!“, J. Theis, H, Ritter, Labor and More 04/12
Ritter Theis Wasserstoff wechsel dich
„Leuchtende Nanopartikel aus der Mikrowelle“, A. Mudring, CHEMIEXTRA 6, 2012, 4 – 8
Mudring_Leuchtende_Nanopartikel
„Hydroxyethylierung mit Ethylencarbonat“, F. Szillat, N. Retzmann und H. Ritter, GIT 8, 584 – 585 (2012)
Hydroxyethylierung_Ethylencarbonat
„Gase aus der Mikrowelle“ N. Retzmann, F. Szillat, H. Ritter, Laborpraxis 3, 64 – 65 (2012)
Gase_aus_der_Mikrowelle_Synthese
„Synthesemethoden: Sanfte Festkörperchemie“ Groh, Heise, Kaiser und Ruck, Nachrichten aus der Chemie, 26 – 29, 1, 2013
Synthesemethoden_Sanfte_Festkoerperchemie
„CO2 aus der Mikrowelle – Cyclische Carbonate mittels Backpulver in der Mikrowelle“ N. Retzmann, F. Szillat und H. Ritter, Laborpraxis 3, 28 – 29 (2013)
„Mikrowellentechnik im Labor – Destillation von Dicyclopentadien in der Mikrowelle“ N. Retzmann, F. Szillat und H. Ritter, GIT 3, 184 (2013)
„Metalle aus der Mikrowelle. Eine leistungsstarke Methode“ M. Ruck und M. Heise, GIT 4, 246 – 247 (2013)
„Getrennt und geschützt mit flüssigen Salzen“ Marquardt und Janiak, Nachrichten aus der Chemie, 754 – 757, 7, 2013
„Materialsynthesen nahe Raumtemperatur – Mit Niedertemperatursynthesen zu Nanolegierungen und neuen Materialien“ M. F. Groh, M. Heise und M. Ruck, GIT 6, 48 – 50 (2014)
Materialsynthesen_Raumtemperatur
„SO2 aus der Mikrowelle – Synthesegase im labormaßstab selbst erzeugen“ U. Lampe, F. Szillat und H. Ritter, Laborpraxis 12, 36 – 37 (2014)
„Acrylierte Phenole durch effiziente, lösemittelfreie Kondensation in der Mikrowelle“, Ulrich Lampe und Helmut Ritter, LaborPraxis 11, 36-38 2015
„Organische Synthesen in der Labormikrowelle – Von Duftestern und Aspirin“ Projektarbeit am Institut Dr. Flad, AutorInnen: Tobias Diener, Antonia Karina, Elena Lau und Selina Müller, CLB 9-10, 2015, 390-409
CEM und Intavis gehen gemeinsam neue Wege
Seit dem 01.03.2020 hat die Firma CEM die Produkte der Firma Intavis in ihr Produktportfolio übernommen.
Um unseren neuen Kunden die Zusammenarbeit weiter einfach zu machen, werden die Produkte beider Firmen unverändert weitergeführt. Auch die Wartung der Geräte bzw. die Reparatur der Geräte wird wie gewohnt stattfinden. Die Verbrauchsmaterialien und Ersatzteile sind nach wie vor erhältlich. Selbst die Ansprechpartner bleiben für unsere Kunden dieselben, nur unter neuen Telefonnummern oder E-Mailadressen.
Was sich für Sie ändert? Es steht Ihnen ein größeres Team an Produktspezialisten, Vertrieb und Service zur Verfügung.
Direct Microwave-Assisted Hydrothermal Depolymerization of Cellulose
Schnelle und effiziente chemische Synthese in der Mikrowelle
A systematic investigation of the interaction of microwave irradiation with microcrystalline cellulose has been carried out, covering a broad temperature range (150 → 270 °C). A variety of analytical techniques (e.g., HPLC, 13C NMR, FTIR, CHN analysis, hydrogen–deuterium exchange) allowed for the analysis of the obtained liquid and solid products. Based on these results a mechanism of cellulose interaction with microwaves is proposed. Thereby the degree of freedom of the cellulose enclosed CH2OH groups was found to be crucial. This mechanism allows for the explanation of the different experimental observations such as high efficiency of microwave treatment; the dependence of the selectivity/yield of glucose on the applied microwave density; the observed high glucose to HMF ratio; and the influence of the degree of cellulose crystallinity on the results of the hydrolysis process. The highest selectivity toward glucose was found to be ∼75% while the highest glucose yield obtained was 21%.
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Das Projekt mobiLLab
Der naturwissenschaftliche Unterricht der letzten beiden Dekaden an der Oberstufe wie auch an Mittelschulen der Schweiz verlor infolge einer zu geringen Stundendotation durch die Integration der 3 naturwissenschaftlichen Fächer Biologie, Chemie und Physik zu „Natur und Technik oder „Mensch und Umwelt deutlich an Attraktivität und Qualität. Dies äusserte sich sowohl am geringen Interesse der Jugendlichen an naturwissenschaftlich-technischen und umweltbezogenen Fragen (PISA-Studie 2006) als auch im mangelnden Nachwuchs von begabten Jugendlichen und Studierenden in naturwissenschaflich-technischen Berufen und Studienrichtungen. Die Auswirkungen auf die Versorgung mit Nachwuchskräften der Natur- und Ingenieurwissenschaften in Forschung, Industrie und Wirtschaft, kurz unsere naturwissenschaftlich-technische Kompetenz, unabdingbar für unsere rohstoffarme Ökonomie werden bereits schmerzlich sichtbar.
Hier setzt nun das Projekt mobiLLab an, das aus einer Zusammenarbeit der Metrohm Stiftung und der Pädagogischen Hochschule des Kantons St.Gallen (PHSG) entstanden ist. Das Kernanliegen der Metrohm Stiftung ist die Förderung von Interesse, Verständnis und einer positiven Motivation der Jugendlichen gegenüber Naturwissenschaft und Technik. Dazu unterstützt sie seit Jahren attraktive und schulergänzende Angebote.
Das mobiLLab ist ein mobiles Hightech-Labor mit zwölf Arbeitsplätzen, welches für einen Tag an ein Oberstufenzentrum kommt. Es möchte bei den Jugendlichen das Interesse an Naturwissenschaften und Technik fördern. Mit Hilfe modernster Instrumente und Methoden sollen sie alltagsnahe Fragestellungen untersuchen. Der Umgang mit den modernen Geräten soll sie motivieren und zu einer vertieften Auseinandersetzung mit verschiedenen Themen anregen.
Quelle: www.mobillab.ch
Beispiele aus der Mikrowellen-Chemie im Discover
Nucleophile Aromatische Substitution
In den aufgeführten Reaktionen wurden mittels nucleophiler aromatischer Substitution (SNAr) acht Verbindungen synthetisiert [1]. Beginnend vom aromatische Gerüst ergaben acht verschiedene Amine die jeweiligen heterocyclischen Zielverbindungen. Unter Mikrowelleneinwirkung waren die Reaktionen in 90 min. absolviert, während die klassischen Bedingungen bis zu 2 Tage in Anspruch nehmen .
O-Alkylierung von Phenolen
Die Mikrowellen-Synthese wirkt auch auf Festphasenreaktionen extrem zeitverkürzend. Zur Veranschaulichung der Effektivität wurde in der nebenstehenden Versuchsreihe eine Phenolverbindung mit unterschiedlichen Alkylbromiden umgesetzt. Unter klassischen Bedingungen benötigen diese Reaktionen zwischen einem und 7 Tagen. Im DiscoverTM ließen sich dieselben Umsetzungen innerhalb von nur 30 min. erreichen [1]. Analog zur oben dargestellten SNAr Reaktion wurden auch hier mit dem DiscoverTM höhere Ausbeuten erzielt.
Bignelli Synthese von Dihydropyrimidin
Zur nebenstehende Bignelli Synthese wird eine hohe pharmokologische Effizienz sowie eine Reihe von biologischen Einflüssen (antivirale, antitumore und antibakterielle Aktivitäten) berichtet. Mit konventioneller Beheizung benötigen diese Reaktionen bis zu 24 Stunden bis zur kompletten Umsetzung, allerdings mit geringen Ausbeuten. Im DiscoverTM ließ sich dieselbe Reaktion innerhalb von nur 5 Minuten mit Ausbeuten zwischen 60 – 90 % erreichen [1].
Literatur:
[1] M. J. Collins, Drug Discovery at the Speed of Light, Presented at Drug Discovery Technology,
Boston, August 2001
Es war einmal…
Der vorteilhafte Einsatz von Mikrowellentechnik ist seit der Erteilung des Patentes im Jahre 1946 jedermann bekannt. Dabei begann der außerordentliche Verbreitungsgrad dieser Technologie am Anfang ganz gemächlich. Das wesentliche Einsatzgebiet war damals die Nachrichtentechnik. Erst seit den 60er Jahren nutzt man im Haushalt die Mikrowelle als schnelle Heizquelle für das Erwärmen von Lebensmitteln. Damit traten die Mikrowellengeräte als Tischgeräte ihren Siegeszug an. Bereits 1976 waren in 60 % der US-Haushalte Mikrowellengeräte in der Küche anzutreffen. In dieser Zeit erkannte Dr. Michael Collins die enormen Vorteile der Energieübertragung mittels Mikrowellen für zahlreiche Anwendungen im Laboralltag. So entwickelte Mikrowellen-Pionier Collins eine Reihe von unterschiedlichen Mikrowellen-Laborsystemen und gründete 1978 die Fa. CEM. In der Folgezeit haben bis heute mikrowellenbeschleunigte Verfahren in weiten Bereichen des Laboralltages bereits Einzug gehalten und traditionelle Methoden abgelöst.
Allein in der organischen Synthese blieb der Einsatz von Mikrowellengeräten lange Zeit eine „exotische“ Anwendung – das Ölbad mit dem Rundkolben blieb Standardequipment.
Der Grund hierfür war einfach: Anfängliche Synthese-Versuche in umfunktionierten Haushaltgeräten oder in modifizierten Aufschlußgeräten scheiterten an der zu geringen Energiedichte, an der gepulsten Mikrowelleneinstrahlung, an der ungleichmäßigen Energieverteilung („Mikrowellen-Chaos“) und an der unzureichenden Sensortechnik um reproduzierbare Versuchsabläufe zu beschreiben. Nun steht aber auch für den Bereich der Life Sciences, der kombinatorischen Chemie und der allgemeinen organischen chemischen Synthese mit dem DISCOVER eine neue Generation von Mikrowellensystemen zur Verfügung, die speziell für die Anforderungen der chemischen Synthese entwickelt wurden.
Warum eigentlich Mikrowellen-Synthese?
Mikrowellenunterstützte Synthesen ermöglichen den Synthese-Chemikern ganz neue Wege zum gewünschten Produkt (Wirkstoff). Mit einem Höchstmaß an Flexibilität und bisher nicht vorhandenen Kontrollmöglichkeiten der Reaktionsparameter ermöglicht die Mikrowellen-Chemie ein direktes Einkoppeln der Energie in die gewünschten Reaktionen. In kürzester Zeit wird die notwendige Aktivierungsenergie der Reaktion zugeführt, was sich in der Beschleunigung gegenüber traditionellen Reaktionsbedingungen niederschlägt. So sind Zeitverkürzungen um den Faktor 100 bis 1000 keine Seltenheit. Die mikrowellenunterstützte Synthese ist zweifelsfrei der schnellste und der produktivste Weg zum gewünschten Wirkstoff. Über 1300 Literaturstellen mit stark zunehmender Tendenz berichten von den Möglichkeiten dieser Technologie [1]. Eine Literaturdatenbank der Mikrowellen-Synthesen finden Sie unter www.cemsynthesis.com
In vielen Labors wurden die Vorteile der mikrowellenbeschleunigten Synthese in Haushalts-Mikrowellen oder in „modifizierten“ Gastronomie-Mikrowellen bestätigt. Bereits Mitte der 80er Jahre berichteten Forscher von einer Reduzierung der Reaktionszeit von mehreren Stunden auf wenige Minuten [2, 3]. Der systematische Einsatz für Versuchsreihen scheiterte aber oft an den folgenden schlecht realisierten bzw. nicht vorhandenen technischen Grundlagen: Keine Druck- und Temperatursensoren; Keine Rührung; Gepulste Mikrowellenenergie; Ungleichmäßige Mikrowellenverteilung sowie eine zu geringe Energiedichte für kleine Volumina [4]. Alle diese technischen Nachteile führten zu unreproduzierbaren Versuchsbedingungen [5].
Die Lösung
Die neue fokussierteTM Mikrowellentechnologie von CEM ermöglicht die Synthese unter genau definierten und reproduzierbaren Bedingungen in der größten Mono-Mode-Mikrowellenkammer der Welt! Dabei wird kontinuierliche, ungepulste Mikrowellenstrahlung fokussiert auf die Reaktionspartner eingestrahlt. Eine gleichmäßige und homogene Mikrowellenenergiedichte ist so gewährleistet. Aufgrund der speziellen, von CEM patentierten geometrischen Bauform der Mono-Mode Mikrowellenkammer und der damit verbundenen Selbstregulierung des Mikrowelleneintrages kann jedes beliebige Reagenzienvolumen (1, 10 oder bis zu 100 ml) eingesetzt werden. Entgegen der üblichen Praxis bei älteren Technologien entfällt am DiscoverTM ein manuelles „Tuning“ am Mikrowellengerät, d. h. das Mikrowellengerät passt sich gezielt der Chemie an. Nur im DiscoverTM können drucklose, klassische Reaktionsbedingungen mit der Leistungsfähigkeit des fokussiertenTM Mikrowelleneintrags kombiniert werden. Dabei können die Standard-Glasbehälter wie z. B. Rundkolben mit einem Volumen von bis zu 125 ml beliebig eingesetzt werden. Typische Aufsätze wie z. B. Rückflusskühler oder Tropftrichter können in gewohnter Weise benutzt werden:
- Optimierung von Reaktionen – Wirkstoff-Synthese bis zum Scale-Up
- Zugabe von Reagenzien und Entnahme von Produkten möglich
- Verwendung von Standard-Rundkolben, Rückflusskühlern, Tropftrichter und Rührer möglich
- Klassische Reaktionsbedingungen im fokussiertenTM Mikrowellenfeld
- Adaptoren der Mikrowellenkammer können für verschiedene Behälter einfach ausgetauscht werden
In Ergänzung zu den drucklosen Reaktionsbedingungen können im DiscoverTM auch Reaktionen in Druckbehältern bei erhöhten Temperaturen erfolgen. CEM liefert hierfür Druckbehälter mit einem Volumen von 10, 35 und 80 ml. Die Abdichtung erfolgt über ein Teflonseptum, welches zur Probenentnahme bzw. zur Zugabe von Edukten durchstochen werden kann. Druckreaktionen oberhalb des atmosphärischen Siedepunktes ermöglichen:
- bisher nicht erreichte Aktivierungsenergien durch die Temperaturerhöhung
- Wahl von alternativen Lösemitteln
- Einsatzmöglichkeit von niedrigsiedenden Lösungsmitteln
- Inerte Reaktionsbedingungen
Das DiscoverTM verfügt über eine ganze Reihe von Sensor- und Kontrollmechanismen um die Reaktionen sicher, reproduzierbar und kontrolliert ablaufen zu lassen. Wesentliche Reaktionsparameter sind die Echtzeitverfolgung von Druck und Temperatur, das schlagartige Abbrechen von Reaktionen durch spontane Abkühlung, das Kühlen während des Einwirkens der Mikrowellen auf die Reaktionspartner sowie das Rühren der Probe. Das DiscoverTM verfügt über eine spezielle Kühlfunktion um Reaktionen schlagartig abzubrechen. Dadurch werden unterwünschte Nebenreaktionen unterbunden und die Probe kann typischerweise nach nur 2 Minuten entnommen werden. Die spontane Abkühlung wird durch das Einleiten von Druckluft in die Mikrowellenkammer bewirkt. Durch das Entspannen der Druckluft wird der Reaktionsbehälter extrem schnell heruntergekühlt. Zur Erzielung des optimalen Wirkungsgrades wird die Druckluft über eine Düse direkt auf den Behälter gerichtet.
Literatur:
[1] P. Lidström et al., Tetrahedron Lett. 2001, 57, 9225
[2] R. Gedye et al., Tetrahedron Lett., 1986, 27, 279
[3] R. J. Giguere, Tetrahedron Lett. 1986, 27, 4945-4948
[4] B. C. Glass, A. P. Combs in: High-Throughput Synthesis. Practices and Principles, Chap. 4.6,
Marcel Dekker, New York 2001
[5] D. M. P. Mingos und D. R. Baghorst, Chem. Soc. Rev. 1991, 20, 1-47
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