અલ્ટ્રાસોનિક રીતે પ્રોત્સાહિત માઇકલ યોગશીલન પ્રતિક્રિયા

અસમમિત માઇકલ પ્રતિક્રિયાઓ કાર્બનિક ઉત્પ્રેરિત પ્રતિક્રિયાઓનો એક પ્રકાર છે, જેને સોનિકેશનથી ઘણો લાભ થઈ શકે છે. માઇકલ પ્રતિક્રિયા અથવા માઇકલ યોગશીલનનો રાસાયણિક સંશ્લેષણોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે, જેમાં સૌમ્ય પરિસ્થિતિઓમાં કાર્બન–કાર્બન બંધો રચાય છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન અને તેની સોનોકેમિકલ અસરો માઇકલ પ્રતિક્રિયાઓને આગળ વધારવા અને પ્રોત્સાહિત કરવામાં અત્યંત અસરકારક છે, જેના પરિણામે વધુ ઉપજ મળે છે, પ્રતિક્રિયાનો સમય નોંધપાત્ર રીતે ઘટે છે અને સાથે સાથે પર્યાવરણને અનુકૂળ હરિત રસાયણશાસ્ત્રમાં યોગદાન મળે છે.

સોનોકેમિસ્ટ્રી અને માઇકલ યોગશીલન

રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ પરની લાભદાયી અસરો માટે સોનોકેમિસ્ટ્રી સુસ્થાપિત છે – તેના પરિણામે ઘણીવાર વધુ ઉપજ, પ્રતિક્રિયાની વધેલી ગતિ, વધુ સૌમ્ય અને પર્યાવરણને અનુકૂળ પરિસ્થિતિઓ તેમજ સલામત અને સરળ સંચાલન પ્રાપ્ત થાય છે. આનો અર્થ એ છે કે સંશ્લેષણાત્મક અને ઉત્પ્રેરકીય રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓને સક્રિય કરવા, પ્રોત્સાહિત કરવા અને આગળ વધારવા માટે સોનોકેમિસ્ટ્રી એક કાર્યક્ષમ અને નિરુપદ્રવી પદ્ધતિ છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાકરણ અને સોનોકેમિસ્ટ્રીની કાર્યપદ્ધતિ ધ્વનિક કેવિટેશનની ઘટના પર આધારિત છે, જેમાં પ્રવાહી માધ્યમમાં પરપોટાના પ્રચંડ ધ્વંસથી અત્યંત ઊંચા દબાણ અને તાપમાનની વિશિષ્ટ પરિસ્થિતિઓ સર્જાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક અથવા ધ્વનિક કેવિટેશનની અસરો ઊંચી ઊર્જા દાખલ કરીને પ્રતિક્રિયાઓ શરૂ કરે છે અને દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ સુધારે છે, જેનાથી રાસાયણિક રૂપાંતરણો સરળ બને છે.
માઇકલ પ્રતિક્રિયા અથવા માઇકલ યોગશીલન એ ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષક સમૂહ ધરાવતા α,β-અસંતૃપ્ત કાર્બોનિલ સંયોજન સાથે કાર્બઋણાયન અથવા અન્ય ન્યુક્લિયોફાઇલનું ન્યુક્લિયોફિલિક યોગશીલન છે. માઇકલ પ્રતિક્રિયાને સંયુગ્મી યોગશીલનોના વિશાળ વર્ગમાં સમાવવામાં આવે છે. સૌમ્ય પરિસ્થિતિઓમાં કાર્બન–કાર્બન બંધો રચવાની સૌથી ઉપયોગી પદ્ધતિઓમાંની એક ગણાતી માઇકલ યોગશીલન પ્રતિક્રિયાનો વિવિધ પદાર્થોના કાર્બનિક સંશ્લેષણ માટે વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. માઇકલ યોગશીલનના ઘણા અસમમિત પ્રકારો અસ્તિત્વમાં છે, જે કાર્બનિક ઉત્પ્રેરિત પ્રતિક્રિયાઓનો એક પ્રકાર છે.

સોનોકેટાલિસિસ અને બેઝિક માટી દ્વારા ઉત્પ્રેરિત ઇમિડાઝોલનું માઇકલ યોગશીલન

Martin-Aranda et al. (2002) એ બેઝિક માટીઓ, એટલે કે Li+ અને Cs+ મોન્ટમોરિલોનાઇટ દ્વારા ઉત્પ્રેરિત ઇથાઇલ એક્રિલેટ સાથે ઇમિડાઝોલના માઇકલ યોગશીલન મારફતે N-પ્રતિસ્થાપિત ઇમિડાઝોલ વ્યુત્પન્નો 21 ના સંશ્લેષણનો નવો માર્ગ વિકસાવવા માટે અલ્ટ્રાસોનિકેશન અને તેની સોનોકેમિકલ અસરોનો લાભ લીધો હતો. અલ્ટ્રાસોનિક સક્રિયકરણનો ઉપયોગ કરીને, બે બેઝિક માટીઓ – Li+ અને Cs+ મોન્ટમોરિલોનાઇટ – ની મદદથી ઇથાઇલ એક્રિલેટ સાથે ઇમિડાઝોલની સંઘનન પ્રતિક્રિયા કરવામાં આવી હતી. Li+ અને Cs+ મોન્ટમોરિલોનાઇટ જેવી ક્ષારીય માટીઓ સોનિકેશન હેઠળ સક્રિય અને અત્યંત પસંદગીયુક્ત ઉત્પ્રેરકો છે, તેથી ઇથાઇલ એક્રિલેટ સાથે ઇમિડાઝોલના માઇકલ યોગશીલન પર સકારાત્મક અસરો દર્શાવે છે. અન્ય પરંપરાગત ઉષ્મીય ગરમી આપતી પ્રતિક્રિયાઓની સરખામણીમાં સોનોકેમિકલ રીતે પ્રોત્સાહિત ઉત્પ્રેરણ N-પ્રતિસ્થાપિત ઇમિડાઝોલ વ્યુત્પન્નોની રચનાને પ્રોત્સાહિત કરે છે અને સુધારે છે. માટીઓની બેઝિકતા અને અલ્ટ્રાસોનિકેશનની અવધિ વધતાં રૂપાંતરણ વધે છે. Li+ ની સરખામણીમાં Cs+ મોન્ટમોરિલોનાઇટનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો ત્યારે ઉપજ વધુ હતી, જેનું કારણ તેની વધુ બેઝિકતા હોઈ શકે છે. (નીચે આપેલી પ્રતિક્રિયા યોજના જુઓ)

સોનોકેટાલિટિક પ્રતિક્રિયા: ઇથાઇલ એક્રિલેટ સાથે ઇમિડાઝોલનું માઇકલ યોગશીલન
(Mohapatra et al, 2018. માંથી અનુકૂલિત યોજના)

અલ્ટ્રાસાઉન્ડની સહાયથી થતું અન્ય માઇકલ યોગશીલન સિલિકા સલ્ફ્યુરિક એસિડ દ્વારા પ્રોત્સાહિત ઇન્ડોલનું ઉત્પ્રેરણ છે. Li et al. (2006) એ ઓરડાના તાપમાને 50–85% ઉપજમાં β-ઇન્ડોલિલકીટોન મેળવવા માટે અલ્ટ્રાસોનિકેશન હેઠળ સિલિકા સલ્ફ્યુરિક એસિડ અને α,β-અસંતૃપ્ત કીટોન વચ્ચે પ્રતિક્રિયા કરાવી હતી.

દ્રાવકમુક્ત અને ઉત્પ્રેરકમુક્ત આઝા-માઇકલ પ્રતિક્રિયાઓ

સંયુગ્મિત આલ્કીન સાથે એમાઇનોનું સંયુગ્મી યોગશીલન – જેને આઝા-માઇકલ પ્રતિક્રિયા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે – વિવિધ જટિલ કુદરતી ઉત્પાદનો, એન્ટિબાયોટિક્સ, a-એમિનો આલ્કોહોલ અને કાઇરલ સહાયકોના સંશ્લેષણમાં એક મુખ્ય રાસાયણિક પગલું છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્રાવકમુક્ત અને ઉત્પ્રેરકમુક્ત પરિસ્થિતિમાં આવી આઝા-માઇકલ યોગશીલન પ્રતિક્રિયાને પ્રોત્સાહિત કરવા સક્ષમ હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે.

પાણીમાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા પ્રેરિત આઝા-માઇકલ પ્રતિક્રિયાનું પરીક્ષણ અનેક એમાઇનો અને અસંતૃપ્ત કીટોન, અસંતૃપ્ત નાઇટ્રાઇલ તથા અસંતૃપ્ત એસ્ટર સાથે કરવામાં આવ્યું છે. સોનોકેમિકલ રીતે પ્રોત્સાહિત પ્રતિક્રિયાએ ઝડપી અને સરળ પ્રક્રિયામાં ઊંચી ઉપજ આપી હતી.
અભ્યાસ અને કોષ્ટક: © Bandyopadhyay et al., 2012

એલિફેટિક એમાઇનો સાથે ફેરોસેનિલીનોનનું સરળ માઇકલ યોગશીલન ઓરડાના તાપમાને દ્રાવકો અને ઉત્પ્રેરકોનો ઉપયોગ કર્યા વિના સોનોકેમિકલ રીતે પ્રોત્સાહિત પ્રતિક્રિયામાં કરી શકાય છે. આ સોનોકેમિકલ માઇકલ યોગશીલન ઊંચી ઉપજ આપતી ઝડપી પ્રક્રિયામાં 1-ફેરોસેનિલ-3-એમિનો કાર્બોનિલ સંયોજનો આપી શકે છે, અને ચાલ્કોન, કાર્બોક્સિલિક એસ્ટર વગેરે જેવા અન્ય α,β-અસંતૃપ્ત કાર્બોનિલ સંયોજનોની આઝા-માઇકલ પ્રતિક્રિયામાં પણ કાર્યક્ષમ છે. આ સોનોકેમિકલ પ્રતિક્રિયા અત્યંત સરળ અને સંચાલનમાં સહેલી હોવાની સાથે ઝડપી, પર્યાવરણને અનુકૂળ અને ઓછી ખર્ચાળ પ્રક્રિયા પણ છે, જે હરિત રસાયણશાસ્ત્રના ગુણધર્મો છે. (Yang et al., 2005)
Banik ના સંશોધન જૂથે અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને α,β-અસંતૃપ્ત કાર્બોનિલ સંયોજનો સાથે અનેક એમાઇનોની આઝા-માઇકલ યોગશીલન પ્રતિક્રિયા માટે બીજી એક સરળ, સીધી, ઝડપી, જલીય માધ્યમવાળી અને ઉત્પ્રેરકમુક્ત કાર્યવિધિ વિકસાવી હતી. α,β-અસંતૃપ્ત કીટોન, એસ્ટર અને નાઇટ્રાઇલ સાથે અનેક એમાઇનોનું સોનોકેમિકલ રીતે પ્રેરિત યોગશીલન પાણીમાં તેમજ દ્રાવકમુક્ત પરિસ્થિતિઓમાં ખૂબ કાર્યક્ષમ રીતે કરવામાં આવ્યું છે. આ પદ્ધતિમાં કોઈ ઉત્પ્રેરકો કે ઘન આધારકોનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો નથી. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા પ્રેરિત પદ્ધતિ હેઠળ પાણીમાં પ્રતિક્રિયાના વેગમાં નોંધપાત્ર વધારો જોવા મળ્યો છે. પર્યાવરણ માટે નિરુપદ્રવી આ પ્રક્રિયાએ વધેલી પસંદગીયુક્તતા સાથે ઉત્પાદનોની સ્વચ્છ રચના પૂરી પાડી છે. (Bandyopadhyay et al., 2012)

1 mL દ્રાવકમાં પાઇપેરિડિન (1 mL) અને મિથાઇલ એક્રિલેટ (1 mL) ની આઝા-માઇકલ પ્રતિક્રિયા પર દ્રાવકો અને સોનોકેમિકલ ઉપચારની અસરો.
અભ્યાસ અને કોષ્ટક: © Bandyopadhyay et al., 2012

સોનોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ માટે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ અને રિએક્ટર

Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સનું અત્યાધુનિક હાર્ડવેર અને સ્માર્ટ સોફ્ટવેર વિશ્વસનીય સોનોકેમિકલ પ્રક્રિયાકરણની ખાતરી આપવા માટે રચાયેલાં છે, ઉદાહરણ તરીકે પુનરુત્પાદનીય પરિણામો સાથે અને વપરાશકર્તાને અનુકૂળ રીતે કાર્બનિક સંશ્લેષણ તથા ઉત્પ્રેરણ પ્રતિક્રિયાઓ કરવા માટે.
Hielscher Ultrasonics સિસ્ટમોનો ઉપયોગ વિશ્વભરમાં સોનોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓ માટે થાય છે, જેમાં માઇકલ યોગશીલન, મેનિખ પ્રતિક્રિયા, ડીલ્સ-આલ્ડર પ્રતિક્રિયા અને અન્ય ઘણી યુગ્મન પ્રતિક્રિયાઓ જેવી કાર્બનિક સંશ્લેષણાત્મક પ્રતિક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે. ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા રાસાયણિક ઉત્પાદનોની ઊંચી ઉપજવાળા સંશ્લેષણ માટે વિશ્વસનીય સાબિત થયેલાં Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સનો ઉપયોગ પ્રયોગશાળાઓમાં તેમજ ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનમાં થાય છે. તેમની મજબૂતાઈ અને ઓછી જાળવણીની જરૂરિયાતને કારણે, અમારાં અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ સામાન્ય રીતે ભારે કામકાજવાળા ઉપયોગો માટે અને કઠિન કાર્યપરિસ્થિતિઓમાં સ્થાપિત કરવામાં આવે છે.
સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ, ઉત્પ્રેરણ, સ્ફટિકીકરણ અને અન્ય પ્રતિક્રિયાઓ માટેના Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ વિશ્વભરમાં વ્યાપારી સ્તરે પહેલેથી જ સ્થાપિત થયેલાં છે. તમારી સોનોકેમિકલ ઉત્પાદન પ્રક્રિયા વિશે ચર્ચા કરવા માટે હમણાં જ અમારો સંપર્ક કરો! અમારો અનુભવી સ્ટાફ સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણના માર્ગ, અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમો અને કિંમતો વિશે વધુ માહિતી આપતાં આનંદ અનુભવશે!

નીચેનું કોષ્ટક અમારાં અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રક્રિયાકરણ ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે:

સાહિત્ય / સંદર્ભો

• Martín-Aranda, Rosa; Ortega-Cantero, E.; Rojas-Cervantes, M.; Vicente, Miguel Angel; Bañares-Muñoz, M.A. (2002): Sonocatalysis and Basic Clays. Michael Addition Between Imidazole and Ethyl Acrylate. Catalysis Letters. 84, 2002. 201-204.
• Ji-Tai Li; Hong-Guang Dai; Wen-Zhi Xu; Tong-Shuang Li (2006): Michael addition of indole to α,β-unsaturated ketones catalysed by silica sulfuric acid under ultrasonic irradiation. Journal of Chemical Research 2006. 41-42.
• Jin-Ming Yang, Shun-Jun Ji, Da-Gong Gu, Zhi-Liang Shen, Shun-Yi Wang (2005): Ultrasound-irradiated Michael addition of amines to ferrocenylenones under solvent-free and catalyst-free conditions at room temperature. Journal of Organometallic Chemistry, Volume 690, Issue 12, 2005. 2989-2995.
• Debasish Bandyopadhyay, Sanghamitra Mukherjee, Luis C. Turrubiartes, Bimal K. Banik (2012): Ultrasound-assisted aza-Michael reaction in water: A green procedure. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 19, Issue 4, 2012. 969-973.
• Piotr Kwiatkowski, Krzysztof Dudziński, Dawid Łyżwa (2013): “Non-Classical” Activation of Organocatalytic Reaction. In: Peter I. Dalko (Ed.), Comprehensive Enantioselective Organocatalysis: Catalysts, Reactions, and Applications. John Wiley & Sons, 2013.
• Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.