תגובת תוספת מיכאל מקודמת באולטרסאונד

תגובות מיכאל אסימטריות הן סוג של תגובות אורגנוקטליטיות, אשר יכולות להפיק תועלת רבה מסוניקציה. תגובת מיכאל או תוספת מייקל נמצאת בשימוש נרחב לסינתזות כימיות, שבהן נוצרים קשרי פחמן-פחמן בתנאים מתונים. אולטרה-סוניקציה והשפעותיה הסונוכימיות יעילות מאוד בהנעת וקידום תגובות מיכאל וכתוצאה מכך יבולים גבוהים יותר, זמן תגובה מופחת משמעותית ובו בזמן תורם לכימיה ירוקה ידידותית לסביבה.

סונוכימיה ותוספת מיכאל

סונוכימיה מבוססת היטב בזכות השפעותיה המועילות על תגובות כימיות – לעתים קרובות התוצאה היא תפוקות גבוהות יותר, מהירות תגובה מואצת, תנאים מתונים יותר וידידותיים לסביבה, כמו גם חיסכון ותפעול פשוט. משמעות הדבר היא שסונוכימיה היא שיטה יעילה ותמימה להפעיל, לקדם ולהניע תגובות כימיות סינתטיות וקטליטיות. מנגנון העיבוד העל-קולי והסונוכימיה מבוסס על תופעת הקוויטציה האקוסטית, המשרה תנאים ייחודיים של לחצים וטמפרטורות גבוהים מאוד באמצעות קריסה אלימה של בועות בתווך נוזלי. ההשפעות של cavitation קולי או אקוסטי ליזום תגובות על ידי הכנסת אנרגיה גבוהה, לשפר את העברת המסה, ובכך להקל על טרנספורמציות כימיות.
תגובת מיכאל או תוספת מיכאל היא תוספת נוקלאופילית של קרבניון או נוקלאופיל אחר לתרכובת קרבוניל α,β בלתי רוויה המכילה קבוצה המושכת אלקטרונים. תגובת מיכאל מקובצת למחלקה הגדולה יותר של תוספות מצומדות. מוערך כאחת השיטות השימושיות ביותר להיווצרות קלה של קשרי פחמן-פחמן, תוספת מייקל נמצאת בשימוש נרחב לסינתזה אורגנית של חומרים רבים. קיימות גרסאות אסימטריות רבות של תוספת מיכאל, שהן סוג של תגובות אורגנוקטליטיות.

סונוקטליזה וחימר בסיסי זירזו את הוספת מייקל של אימידזול

Martin-Aranda et al. (2002) ניצלו את היתרון של אולטרה-סוניקציה והשפעותיה הסונוכימיות כדי לפתח מסלול סינתזה חדשני של נגזרות אימידזול תחליפיות N 21 על ידי הוספת מייקל של אימידזול לאתילקרילט המזורז על ידי חרסיות בסיסיות, כלומר Li+ ו- Cs+ montmorillonites. באמצעות הפעלה על-קולית, אימידזול עובה עם אתיל אקרילט באמצעות שני החימר הבסיסיים – Li+ ו- Cs+ montmorillonites. חרסיות אלקליין כגון Li+ ו- Cs+ montmorillonites הם זרזים פעילים וסלקטיביים מאוד תחת סוניקציה, ובכך מראים השפעות חיוביות על תוספת מייקל של אימידזול לאתיל אקרילט. קטליזה מקודמת סונוכימית מקדמת ומשפרת את היווצרותן של נגזרות אימידזול תחליפיות N בהשוואה לתגובות חימום תרמי קונבנציונליות אחרות. ההמרה עולה עם הבסיסיות של חימר ואת הזמן ultrasonication. היבול היה גבוה יותר כאשר נעשה שימוש במונטמורילוניטים Cs+ בהשוואה ל- Li+, מה שניתן להסביר בשל הבסיסיות הגבוהה יותר. (ראה סכמת תגובה למטה)

תגובה סונוקטליטית: הוספת אימידזול לאתיל אקרילט
(התוכנית אומצה מתוך Mohapatra et al, 2018.)

תוספת נוספת של מייקל בסיוע אולטרסאונד היא קטליזה מקדמת חומצה גופרתית סיליקה של אינדול. Li et al. (2006) הגיבו סיליקה חומצה גופרתית וקטונים בלתי רוויים α,β תחת אולטרסוניקציה על מנת להשיג את תפוקת β-אינדולילקטונים של 50-85% בטמפרטורת החדר.

תגובות אזה-מיכאל נטולות ממסים וזרזים

התוספת המצומדת של אמינים לאלקנים מצומדים – ידועה בשם תגובת אזה-מיכאל – הוא שלב מפתח כימי לסינתזה של מוצרים טבעיים מורכבים שונים, אנטיביוטיקה, אלכוהול א-אמינו ועזר כיראלי. אולטרסוניקציה הוכחה כמסוגלת לקדם תגובת חיבור אזה-מיכאל כזו בסביבה נטולת ממסים ונטולת זרזים.

תגובת אזה-מיכאל הנגרמת על ידי אולטרסאונד במים נבדקה עם מספר אמינים וקטונים בלתי רוויים, ניטריל בלתי רווי ואסטר בלתי רווי. התגובה הסונוכימית שקודמה נתנה תשואות גבוהות בהליך מהיר ופשוט.
מחקר וטבלה: © Bandyopadhyay et al., 2012

תוספת מיכאל קלה של פרוצנילנון עם אמינים אליפטיים יכולה להיות מופעלת בתגובה מקודמת סונוכימית ללא שימוש בממסים וזרזים בטמפרטורת החדר. תוספת סונוכימית זו של מיכאל יכולה להרשות לעצמה תרכובות קרבוניל 1-פרוצניל-3-אמינו בתהליך מהיר הנותן תפוקות גבוהות, שהוא יעיל גם בתגובת אזה-מיכאל של תרכובות קרבוניל α,β בלתי רוויות אחרות כגון כלקון, אסטר קרבוקסילי וכו '. תגובה סונוכימית זו היא לא רק פשוטה מאוד וקלה לטיפול, היא גם תהליך מהיר, ידידותי לסביבה וזול, שהן תכונות של כימיה ירוקה. (יאנג ואחרים, 2005)
קבוצת המחקר של בניק פיתחה פרוטוקול פשוט, פשוט, מהיר ונטול זרזים בתיווך מימי נוסף עבור תגובת חיבור אזה-מיכאל של מספר אמינים לתרכובות קרבוניל בלתי רוויות α,β המיישמות אולטרה-סוניקציה. התוספת הסונוכימית של מספר אמינים ל-α,β קטונים, אסטרים וניטרילים בלתי רוויים בוצעה ביעילות רבה במים כמו גם בתנאים נטולי ממסים. לא נעשה שימוש בזרזים או תמיכות מוצקות בשיטה זו. שיפור מדהים בקצב התגובה נצפה במים בשיטת אולטרסאונד. הליך שפיר מבחינה סביבתית זה סיפק היווצרות נקייה של המוצרים עם סלקטיביות משופרת. (Bandyopadhyay et al., 2012)

השפעות ממסים וטיפול סונוכימי על תגובת אזה-מיכאל של פיפרידין (1 מ"ל) ומתיל אקרילט (1 מ"ל) בממס 1 מ"ל.
מחקר וטבלה: © Bandyopadhyay et al., 2012

בדיקות קוליות וכורים לתגובות סונוכימיות

החומרה המתוחכמת והתוכנה החכמה של האולטרסאונד Hielscher נועדו להבטיח עיבוד סונוכימי אמין, למשל ביצוע סינתזה אורגנית ותגובות קטליזה עם תוצאות הניתנות לשחזור ובאופן ידידותי למשתמש.
מערכות Hielscher Ultrasonics משמשות ברחבי העולם לתהליכים סונוכימיים כולל תגובות סינתטיות אורגניות כגון תוספות מיכאל, תגובת Mannich, תגובת Diels-Alder ותגובות צימוד רבות אחרות. הוכח להיות אמין עבור סינתזה של תשואות גבוהות של מוצרים כימיים באיכות גבוהה, Hielscher ultrasonicators משמשים לא רק בהגדרות מעבדה, אלא גם בייצור תעשייתי. בשל עמידותם ותחזוקתם הנמוכה, האולטרה-סאונד שלנו מותקן בדרך כלל עבור יישומים כבדים ובסביבות תובעניות.
מעבדים קוליים Hielscher עבור סינתזות סונוכימיות, זרזים, התגבשות ותגובות אחרות כבר מותקנים ברחבי העולם בקנה מידה מסחרי. צרו איתנו קשר עכשיו כדי לדון בתהליך הייצור הסונוכימי שלכם! הצוות המנוסה שלנו ישמח לחלוק מידע נוסף על מסלול הסינתזה הסונוכימית, מערכות קוליות ותמחור!

הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:

ספרות / מקורות