Ultrazvukem propagované Michael sčítání reakce

Asymetrické Michaelovy reakce jsou typem organokatalytických reakcí, které mohou těžit ze sonikace. Michaelova reakce nebo Michaelova adice je široce používána pro chemické syntézy, kde se za mírných podmínek tvoří vazby uhlík-uhlík. Ultrazvuku a jeho sonochemické účinky jsou vysoce účinné při řízení a podpoře reakcí Michael, což vede k vyšším výnosům, výrazně snížené reakční době a zároveň přispívá k ekologické zelené chemii.

Sonochemie a přídavek Michaela

Sonochemie je dobře zavedená pro své příznivé účinky na chemické reakce – Často vede k vyšším výtěžkům, zrychlené reakční rychlosti, mírnějším podmínkám šetrným k životnímu prostředí a také k úsporám a jednoduché obsluze. To znamená, že sonochemie je účinná a neškodná metoda aktivace, podpory a řízení syntetických a katalytických chemických reakcí. Mechanismus ultrazvukového zpracování a sonochemie je založen na jevu akustické kavitace, která vyvolává jedinečné podmínky velmi vysokých tlaků a teplot prostřednictvím prudkého kolapsu bublin v kapalném médiu. Účinky ultrazvukové nebo akustické kavitace iniciují reakce zavedením vysoké energie, zlepšují přenos hmoty, čímž usnadňují chemické transformace.
Michaelova reakce nebo Michaelova adice je nukleofilní adice karbanionu nebo jiného nukleofilu k α β-nenasycené karbonylové sloučenině, která obsahuje skupinu přitahující elektrony. Michaelova reakce je seskupena do větší třídy sdružených přídavků. Michaelův přídavek, který je ceněn jako jedna z nejužitečnějších metod pro mírnou tvorbu vazeb uhlík-uhlík, je široce používán pro organickou syntézu rozmanitých látek. Existuje mnoho asymetrických variant Michaelovy přídavku, které jsou typem organokatalytických reakcí.

Sonokatalýza a bazická jílová katalyzovaná Michaelova adice imidazolu

Martin-Aranda et al. (2002) využil ultrazvuku a jeho sonochemických účinků k vývoji nové cesty syntézy N-substituovaných derivátů imidazolu 21 přidáním imidazolu k ethylakrylátu katalyzovanému bazickými jíly, jmenovitě Li+ a Cs+ montmorillonity. Pomocí ultrazvukové aktivace byl imidazol kondenzován ethylakrylátem za použití dvou základních jílů – Li+ a Cs+ montmorillonity. Alkalické jíly, jako jsou Li+ a Cs+ montmorillonity, jsou aktivní a velmi selektivní katalyzátory pod sonikací, čímž vykazují pozitivní účinky na přídavek imidazolu k ethylakrylátu. Sonochemicky podporovaná katalýza podporuje a zlepšuje tvorbu N-substituovaných derivátů imidazolu ve srovnání s jinými konvenčními tepelnými ohřívacími reakcemi. Konverze se zvyšuje se zásaditostí jílů a dobou do ultrazvuku. Výtěžek byl vyšší, když byly použity Cs+ montmorillonity ve srovnání s Li+, což lze vysvětlit vyšší zásaditostí. (Viz reakční schéma níže)

Sonokatalytická reakce: Michael přidání imidazolu k ethylakrylátu
(schéma převzato z Mohapatra et al, 2018.)

Dalším ultrazvukem asistovaným Michaelovým doplňkem je kyselina křemičitá sírová, která podporuje katalýzu indolu. Li et al. (2006) reagoval kyselina křemičitá kyselina sírová a α,β-nenasycené ketony pod ultrazvukem, aby získal výtěžky β-indolylketonů 50–85% při pokojové teplotě.

Aza-Michaelovy reakce bez rozpouštědel a katalyzátorů

Konjugovaná adice aminů ke konjugovaným alkenům – známá jako aza-Michaelova reakce – je chemickým klíčovým krokem pro syntézu různých komplexních přírodních produktů, antibiotik, a-aminoalkoholů a chirálních pomocných látek. Bylo prokázáno, že ultrazvuku je schopen podporovat takovou aza-Michael adiční reakci v prostředí bez rozpouštědel a katalyzátorů.

Ultrazvukem indukovaná aza-michaelova reakce ve vodě byla testována s několika aminy a nenasycenými ketony, nenasyceným nitrilem a nenasyceným esterem. Sonochemicky podporovaná reakce poskytla vysoké výtěžky v rychlém a jednoduchém postupu.
studie a tabulka: © Bandyopadhyay et al., 2012

Snadné přidání ferocenalenonů s alifatickými aminy může být provedeno sonochemicky podporovanou reakcí bez použití rozpouštědel a katalyzátorů při pokojové teplotě. Tento sonochemický přídavek Michael si může dovolit 1-ferrocenyl-3-aminokarbonylové sloučeniny v rychlém procesu poskytujícím vysoké výtěžky, což je také účinné při aza-Michaelově reakci jiných α β-nenasycených karbonylových sloučenin, jako je chalkon, karboxylový ester atd. Tato sonochemická reakce je nejen velmi jednoduchá a snadno zvládnutelná, ale je to také rychlý, ekologický a levný proces, což jsou atributy zelené chemie. (Yang et al., 2005)
Výzkumná skupina Banik vyvinula další jednoduchý, přímočarý, rychlý, vodnou zprostředkovaný protokol bez katalyzátoru pro aza-Michael adiční reakci několika aminů na α,β-nenasycené karbonylové sloučeniny za použití ultrazvuku. Sonochemicky vyvolané přidání několika aminů k α β-nenasyceným ketonům, esterům a nitrilům bylo provedeno velmi účinně ve vodě i za podmínek bez rozpouštědel. Při této metodě nebyly použity žádné katalyzátory ani pevné podpěry. Pozoruhodné zvýšení reakční rychlosti bylo pozorováno ve vodě metodou indukovanou ultrazvukem. Tento ekologicky šetrný postup zajistil čistou tvorbu produktů se zvýšenou selektivitou. (Bandyopadhyay et al., 2012)

Účinky rozpouštědel a sonochemického ošetření na aza-Michaelovu reakci piperidinu (1 ml) a methylakrylátu (1 ml) v 1 ml rozpouštědla.
studie a tabulka: © Bandyopadhyay et al., 2012

Ultrazvukové sondy a reaktory pro sonochemické reakce

Sofistikovaný hardware a inteligentní software Hielscher ultrasonicators jsou navrženy tak, aby zaručovaly spolehlivé sonochemické zpracování, např. provádění organických syntézních a katalytických reakcí s reprodukovatelnými výsledky a uživatelsky přívětivým způsobem.
Hielscher Ultrazvukové systémy se používají po celém světě pro sonochemické procesy, včetně organických syntetických reakcí, jako jsou Michaelovy přídavky, Mannichova reakce, Diels-Alderova reakce a mnoho dalších vazebních reakcí. Ukázalo se, že je spolehlivý pro syntézu vysokých výnosů vysoce kvalitních chemických produktů, Hielscher ultrasonicators se používají nejen v laboratorních podmínkách, ale také v průmyslové výrobě. Díky své robustnosti a nízké údržbě jsou naše ultrasonicators běžně instalovány pro náročné aplikace a v náročných prostředích.
Hielscher ultrazvukové procesory pro sonochemické syntézy, katalýzy, krystalizaci a další reakce jsou již instalovány po celém světě v komerčním měřítku. Kontaktujte nás nyní a prodiskutujte svůj sonochemický výrobní proces! Náš zkušený personál se s vámi rád podělí o více informací o cestě sonochemické syntézy, ultrazvukových systémech a cenách!

Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:

Literatura / Reference