Asymmetriske Michael reaktioner er en type organocatalytiske reaktioner, som kan drage stor fordel af sonikering. Michael reaktion eller Michael tilføjelse er meget udbredt til kemiske syntheser, hvor kulstof-carbon obligationer er dannet under milde forhold. Ultralydbehandling og dens sonokemiske virkninger er meget effektive i kørsel og fremme Af Michael reaktioner resulterer i højere udbytter, betydeligt reduceret reaktionstid og samtidig bidrage til miljøvenlige grønne kemi.

Sonokemi og Michael Addition

Sonokemi er veletableret for sine gavnlige virkninger på kemiske reaktioner – resulterer ofte i højere udbytter, accelereret reaktionshastighed, mildere, miljøvenlige forhold samt redning og enkel drift. Det betyder, at sonokemi er en effektiv og uskadelig metode til at aktivere, fremme og drive syntetiske og katalytiske kemiske reaktioner. Mekanismen for ultralydsbehandling og sonokemi er baseret på fænomenet akustisk kavitation, som fremkalder unikke forhold med meget høje tryk og temperaturer gennem det voldelige sammenbrud af bobler i et flydende medium. Virkningerne af ultralyd eller akustisk kavitation indleder reaktioner ved indførelsen af høj energi, forbedrer masseoverførsel og letter derved kemiske transformationer.
Michael reaktion eller Michael tilføjelse er den nukleophilic tilføjelse af en carbanion eller en anden nukleophile til en α,β-umættede carbonyl sammensatte, der indeholder en elektron-trække gruppe. Michael reaktionen er grupperet i den større klasse af konjugat tilføjelser. Værdsat som en af de mest nyttige metoder til den milde dannelse af kulstof-kulstof-bindinger, michael tilføjelse er meget udbredt til den organiske syntese af mangfoldige stoffer. Mange asymmetriske varianter af Michael-tilføjelsen findes, som er en type organocatalytiske reaktioner.

Sonocatalyse og Basic Clay katalyseret Michael Tilføjelse af Imidazole

Martin-Aranda et al. (2002) udnyttede ultralydbehandling og dens sonokemiske virkninger for at udvikle en ny syntesevej af N-erstattede imidazolederivater 21 af Michael-tilføjelsen af imidazole til ethylacrylat katalyseret af grundlæggende ler, nemlig Li + og Cs + montmorillonitter. Ved hjælp af ultralydsaktivering blev imidazole kondenseret med ethyl acrylat ved hjælp af de to grundlæggende ler – Li+ og Cs+ montmorillonitter. Alkalisk ler som Li + og Cs + montmorillonitter er aktive og meget selektive katalysatorer under sonikering, hvilket viser positive virkninger på Michael tilsætning af imidazole til ethyl acrylat. Sonokemisk fremmes katalyse fremmer og forbedrer dannelsen af N-erstattet imidazole derivater i forhold til andre konventionelle termiske opvarmning reaktioner. Konverteringen stiger med grundværdien af ler og tiden til ultralydbehandling. Udbyttet var højere, når Cs + montmorillonites blev brugt i forhold til Li +, hvilket kan forklares på grund af den højere grundlighed. (Se reaktionsordningen nedenfor)

Sonocatalytisk reaktion: Michael tilføjelse af imidazole til ethyl acrylat
(ordning tilpasset fra Mohapatra et al., 2018.)

En anden ultralyd-assisteret Michael tilsætning er silica svovlsyre fremmes katalyse af indol. Li et al. (2006) reagerede silica svovlsyre og α,β-umættede ketoner under ultralydning for at opnå β-indolylketoner udbytter på 50-85% ved stuetemperatur.

Opløsningsmiddelfri og katalysatorfri Aza-Michael-reaktioner

Konjugattilsætning af aminer til konjugerede alkenes – kendt som aza-Michael reaktion – er et kemisk vigtigt skridt for syntesen af forskellige komplekse naturlige produkter, antibiotika, a-aminoalkoholer og chirale hjælpestoffer. Ultralydbehandling har vist sig i stand til at fremme en sådan aza-Michael addition reaktion i en opløsningsmiddel-fri og katalysator-fri indstilling.

Den ultralyd-inducerede aza-Michael reaktion i vand er blevet testet med flere aminer og umættede ketoner, umættet nitril og umættet ester. Den sonokemisk fremmet reaktion gav høje udbytter i en hurtig og enkel procedure.
undersøgelse og tabel: © Bandyopadhyay et al., 2012

En letkøbt Michael tilsætning af ferrocenylenoner med alifatiske aminer kan køres i en sonokemisk fremmet reaktion uden brug af opløsningsmidler og katalysatorer ved stuetemperatur. Denne sonokemiske Michael tilføjelse har råd til 1-ferrocenyl-3-amino carbonyl forbindelser i en hurtig proces, der giver høje udbytter, som også er effektiv i aza-Michael reaktion af andre α.β-umættede carbonyl forbindelser såsom chalcone, carboxylic ester osv. Denne sonokemiske reaktion er ikke kun meget enkel og nem at håndtere, det er også en hurtig, miljøvenlig og billig proces, som er egenskaber ved grøn kemi. (Yang et al., 2005)
Forskningsgruppen af Banik udviklet en anden enkel, ligetil, hurtig, vandig-medieret katalysator-fri protokol for aza-Michael tilføjelse reaktion af flere aminer til at α,β-umættede carbonyl forbindelser anvender ultralydbehandling. Den sonokemisk inducerede tilsætning af flere aminer til α,β-umættede ketoner, estere og nitriles er blevet udført meget effektivt i vand såvel som under opløsningsmiddelfrie forhold. Der er ikke anvendt katalysatorer eller massive understøtninger i denne metode. Bemærkelsesværdig forbedring af reaktionshastigheden er blevet observeret i vand under ultralyd-induceret metode. Denne miljøvenlige procedure har givet ren dannelse af produkterne med forbedret selektivitet. (Bandyopadhyay et al., 2012)

Virkninger af opløsningsmidler og sonokemisk behandling på aza-Michael-reaktionen af piperidin (1 mL) og methyl acrylat (1 mL) i 1 mL opløsningsmiddel.
undersøgelse og tabel: © Bandyopadhyay et al., 2012

Ultralydsonder og reaktorer til sonokemiske reaktioner

Hielschers sofistikerede hardware og smarte software er designet til at garantere pålidelig sonokemisk behandling, f.eks. ved at udføre organisk syntese og katalysereaktioner med reproducerbare resultater og på brugervenlig måde.
Hielscher Ultralyd systemer anvendes over hele verden til sonokemiske processer, herunder organiske syntetiske reaktioner såsom Michael tilføjelser, Mannich reaktion, Diels-Alder reaktion og mange andre kobling reaktioner. Vist sig at være pålidelig til syntesen af høje udbytter af kemiske produkter af høj kvalitet, hielscher ultralydapparater bruges ikke kun i laboratorieindstillinger, men også i industriel produktion. På grund af deres robusthed og lave vedligeholdelse er vores ultralydapparater ofte installeret til tunge applikationer og i krævende miljøer.
Hielscher ultralydsprocessorer til sonokemiske syntheser, katalysetter, krystallisering og andre reaktioner er allerede installeret over hele verden i kommerciel skala. Kontakt os nu for at diskutere din sonokemiske fremstillingsproces! Vores erfarne medarbejdere vil være glade for at dele mere information om den sonokemiske syntesevej, ultralydssystemer og priser!

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater:

Litteratur / Referencer