Asimetrične Michaelove reakcije su vrsta organokatalitičkih reakcija, koje mogu imati velike koristi od sonikacije. Michaelova reakcija ili Michaelov dodatak se široko koristi za hemijske sinteze, gdje se formiraju ugljik-ugljikove veze pod blagim uvjetima. Ultrasonication i njegovi sonohemijski efekti su vrlo efektni u vožnji i promicanju Michaelove reakcije koje rezultiraju višim prinosima, značajno smanjenim vremenom reakcije i istovremeno doprinose ekološki prijateljskoj zelenoj hemiji.

Sonohemija i MichaelOv dodatak

Sonohemija je dobro uspostavljena zbog svojih blagotvornih efekata na hemijske reakcije – često rezultira višim prinosima, ubrzanom brzinom reakcije, blažim, ekološki prihvaćenim uslovima kao i uštedom i jednostavnim radom. To znači da je sonohemija efikasna i bezazna metoda za aktiviranje, promociju i pogon sintetičke i katalitičke hemijske reakcije. Mehanizam ultrazvučne obrade i sonohemije zasnovan je na fenomenu akustike kavitacije, koja inducira jedinstvene uslove vrlo visokih pritisaka i temperatura kroz nasilni kolaps mjehurića u tekućem mediju. Efekti ultrazvučne ili akustične kavitacije iniciraju reakcije uvođenjem visoke energije, poboljšavaju prijenos mase, i time olakšavaju hemijske transformacije.
Michaelova reakcija ili Michaelov dodatak je nukleofilni dodatak karbaniona ili drugog nukleofila u α,β-zasićenog karbonilnog spoja koji sadrži grupu koja povlači elektrone. Michaelova reakcija je grupisana u veću klasu konjugatnih dodataka. Vrednuje se kao jedna od najkorisnijih metoda za blago formiranje karbonsko-karbonskih veza, Michaelov dodatak se široko koristi za organsku sintezu manifold supstanci. Mnoge asimetriène varijante Michaelova dodatka postoje, koje su vrsta organokatalitičkih reakcija.

Sonokataliza i osnovna glina katalizirana Michael Dodatak imidazola

Martin-Aranda et al. (2002) iskoristio je ultrasonication i njegove sonokemske efekte kako bi se razvio roman sinteze rute N-supstituiran imidazol derivata 21 od strane Michael dodatka imidazola na etilakrilat kataliziran osnovnim glinama, i to Li+ i Cs+ montmorillonites. Koristeći ultrazvučnu aktivaciju, imidazol je kondenziran sa etil akrilatom koristeći dvije osnovne gline – Li+ i Cs+ montmorilloniti. Alkalne gline kao što su Li+ i Cs+ montmorilloniti su aktivni i vrlo selektivni katalizeri pod sonikacijama, pokazujući time pozitivne efekte na Michaelov dodatak imidazola etil akrilatu. Sonohemijski promovisana katalizma promoviše i poboljšava formiranje N-supstituisanih derivata imidazola kada se u odnosu na druge konvencionalne reakcije toplotnog zagrijavanja. Konverzija se povećava sa osnovnošću glina i vremenom do ultrasonikacije. Prinos je bio veći kada su cs+ montmorilloniti korišteni u odnosu na Li+, što bi se moglo objasniti zbog više osnove. (Vidi shemu reakcije ispod)

Sonokatalitička reakcija: Michael dodatak imidazola etil akrilatu
(shema adapted from Mohapatra et al, 2018.)

Još jedan dodatak uz pomoć ultrazvuka michaela je silicij-sumporna kiselina promovirana katalizom indola. Li et al. (2006) je reagirao na silicij-sumpornu kiselinu i α.β-nezasićenih ketona pod ultrazvukom kako bi se dobili prinosi β-indolilketona od 50-85% na sobnoj temperaturi.

Aza-Michael reakcije bez otavara i katalizista

Konjugirani dodatak amina u konjugiranim alkenama – poznat kao aza-Michael reakcija – je hemijski ključni korak za sintezu raznih kompleksnih prirodnih proizvoda, antibiotika, a-amino alkohola i kiralnih pomoćnih supstanci. Ultrasonication je pokazala da je sposobna promovirati takvu aza-Michael reakciju dodavanja u okruženju bez otapa i katalizma.

Reakcija aza-Michael izazvana ultrazvukom u vodi testirana je s nekoliko amina i nezasićenih ketona, nezasićenim nitrilom i nezasićenim esterom. Sonohemijski promovisana reakcija dala je visoke prinose u brzom i jednostavnom postupku.
studija i tabela: © Bandyopadhyay et al., 2012

Facilni Michaelov dodatak ferocenjilenona sa alifatskim aminima može se pokrenuti u sonohemijski promovisanoj reakciji bez upotrebe otapala i katalizora na sobnoj temperaturi. Ovaj sonohemijski Michaelov dodatak može priuštiti 1-ferocenyl-3-amino karbonil spojeve u brzom procesu dajući visoke prinose, što je također efikasno u aza-Michael reakciji drugih α,β-nezasićenih karbonilnih spojeva kao što su chalcone, karboksilni ester itd. Ova sonohemska reakcija nije samo vrlo jednostavna i jednostavna za rukovanje, već je i brz, ekološki i jeftin proces, koji su atributi zelene hemije. (Yang et al., 2005)
Istraživačka grupa Banik razvila je još jedan jednostavan, jednostavan, brz protokol bez kataliziranja bez aza-Michaelovog dodatka na α,β nezasićenih karbonilnih spoja koji primjenjuju ultrasonication. Sonohemijski izazvani dodatak nekoliko amina na α.β nezasićenih ketona, estera i nitrila izveden je vrlo efikasno u vodi kao i u uvjetima bez otapa. U ovoj metodi nisu korišteni nikakvi katalizisti ili čvrsti podupire. Izvanredno poboljšanje stope reakcije je uočljivo u vodi pod ultrazvučno izazvanom metodom. Ovaj ekološki dobroćudan postupak je pružio čistu formaciju proizvoda sa pojačanom selektivnošću. (Bandyopadhyay et al., 2012)

Učinci otapa i sonohemijski tretman na aza-Michael reakciju piperidina (1 mL) i metil akilata (1 mL) u 1 mL otapa.
studija i tabela: © Bandyopadhyay et al., 2012

Ultrazvučne sonde i reaktori za sonohemske reakcije

Sofisticirani hardver i pametan softver Hielscher ultrasonicatora dizajnirani su da garantuju pouzdanu sonohemijsku obradu, npr. izvođenje organske sinteze i katalizacionih reakcija s reprodukbilnim ishodima i na korisnički prijatan način.
Hielscher Ultrasonics sistemi se koriste širom svijeta za sonohemske procese uključujući organske sintetičke reakcije kao što su Michaelovi dodaci, Mannichova reakcija, Diels-Alder reakcija i mnoge druge spojne reakcije. Dokazano da je pouzdan za sintezu visokih prinosa visokokvalitetne hemijske proizvode, Hielscher ultrasonicators se ne koristi samo u laboratorijskim postavkama nego i u industrijskoj proizvodnji. Zbog svoje robusnosti i niskog održavanja naši ultrazvučnici su obično instalirani za teške aplikacije i u zahtjevnim okruženjima.
Hielscherovi ultrazvučni procesori za sonohemske sinteze, katalizatore, kristalizaciju i druge reakcije već su instalirani širom svijeta u komercijalnim razmjerima. Kontaktirajte nas sada da raspravimo o vašem procesu sonohemske proizvodnje! Našem dobro iskusnom osoblju bit će drago podijeliti više informacija o sonohemijskim putem sinteze, ultrazvučnim sustavima i ocijenjivanju!

Tabela u nastavku daje naznaku približan kapacitet prerade naših ultrasonicators:

Književnost/reference