अल्ट्रासोनिक रूप से संवर्धित माइकल योग अभिक्रिया

असममित माइकल अभिक्रियाएँ एक प्रकार की कार्बनिक उत्प्रेरण अभिक्रियाएँ हैं, जिन्हें सोनिकेशन से बहुत लाभ हो सकता है। माइकल अभिक्रिया या माइकल योग का रासायनिक संश्लेषणों के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जिनमें सौम्य परिस्थितियों में कार्बन–कार्बन बंध बनते हैं। अल्ट्रासोनिकेशन और इसके सोनोकेमिकल प्रभाव माइकल अभिक्रियाओं को आगे बढ़ाने और संवर्धित करने में अत्यधिक प्रभावी हैं, जिससे अधिक उपज प्राप्त होती है, अभिक्रिया समय में उल्लेखनीय कमी आती है और साथ ही पर्यावरण के अनुकूल हरित रसायन विज्ञान में योगदान मिलता है।

सोनोकेमिस्ट्री और माइकल योग

रासायनिक अभिक्रियाओं पर लाभकारी प्रभावों के लिए सोनोकेमिस्ट्री सुस्थापित है – इससे अक्सर अधिक उपज, तेज़ अभिक्रिया गति, अधिक सौम्य तथा पर्यावरण के अनुकूल परिस्थितियाँ और सुरक्षित व सरल संचालन प्राप्त होते हैं। इसका अर्थ है कि सोनोकेमिस्ट्री संश्लेषण और उत्प्रेरण संबंधी रासायनिक अभिक्रियाओं को सक्रिय करने, संवर्धित करने और आगे बढ़ाने की एक कुशल तथा अहानिकर विधि है। अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण और सोनोकेमिस्ट्री की क्रियाविधि ध्वनिक कैविटेशन की परिघटना पर आधारित है, जो द्रव माध्यम में बुलबुलों के तीव्र अंतःपतन से अत्यधिक उच्च दाब और तापमान की विशिष्ट परिस्थितियाँ उत्पन्न करती है। अल्ट्रासोनिक या ध्वनिक कैविटेशन के प्रभाव उच्च ऊर्जा प्रदान करके अभिक्रियाएँ शुरू करते हैं और द्रव्यमान स्थानांतरण में सुधार करते हैं, जिससे रासायनिक रूपांतरण सुगम होते हैं।
माइकल अभिक्रिया या माइकल योग किसी कार्बऋणायन या अन्य नाभिकस्नेही का एक ऐसे α,β-असंतृप्त कार्बोनिल यौगिक पर नाभिकस्नेही योग है, जिसमें इलेक्ट्रॉन आकर्षित करने वाला समूह होता है। माइकल अभिक्रिया को संयुग्मी योग अभिक्रियाओं के व्यापक वर्ग में रखा जाता है। सौम्य परिस्थितियों में कार्बन–कार्बन बंध बनाने की सबसे उपयोगी विधियों में से एक माने जाने वाले माइकल योग का विभिन्न पदार्थों के कार्बनिक संश्लेषण के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। माइकल योग के अनेक असममित रूप मौजूद हैं, जो एक प्रकार की कार्बनिक उत्प्रेरण अभिक्रियाएँ हैं।

सोनोकैटालिसिस और क्षारीय मृत्तिका द्वारा उत्प्रेरित इमिडाज़ोल का माइकल योग

Martin-Aranda et al. (2002) ने अल्ट्रासोनिकेशन और इसके सोनोकेमिकल प्रभावों का लाभ उठाकर N-प्रतिस्थापित इमिडाज़ोल व्युत्पन्नों 21 के संश्लेषण का एक नया मार्ग विकसित किया। इसमें क्षारीय मृत्तिकाओं, अर्थात Li+ और Cs+ मॉन्टमोरिलोनाइट, द्वारा उत्प्रेरित इमिडाज़ोल का एथिल एक्रिलेट पर माइकल योग किया गया। अल्ट्रासोनिक सक्रियण का उपयोग करते हुए, दो क्षारीय मृत्तिकाओं – Li+ और Cs+ मॉन्टमोरिलोनाइट – की सहायता से इमिडाज़ोल का एथिल एक्रिलेट के साथ संघनन किया गया। Li+ और Cs+ मॉन्टमोरिलोनाइट जैसी क्षारीय मृत्तिकाएँ सोनिकेशन के दौरान सक्रिय और अत्यंत चयनात्मक उत्प्रेरक होती हैं, जिससे इमिडाज़ोल के एथिल एक्रिलेट पर माइकल योग पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है। अन्य पारंपरिक तापीय तापन अभिक्रियाओं की तुलना में सोनोकेमिकल रूप से संवर्धित उत्प्रेरण N-प्रतिस्थापित इमिडाज़ोल व्युत्पन्नों के निर्माण को बढ़ावा देता है और उसमें सुधार करता है। मृत्तिकाओं की क्षारीयता और अल्ट्रासोनिकेशन की अवधि बढ़ने के साथ रूपांतरण बढ़ता है। Li+ की तुलना में Cs+ मॉन्टमोरिलोनाइट का उपयोग करने पर उपज अधिक थी, जिसका कारण संभवतः अधिक क्षारीयता हो सकती है। (नीचे दी गई अभिक्रिया योजना देखें)

सोनोकैटालिटिक अभिक्रिया: इमिडाज़ोल का एथिल एक्रिलेट पर माइकल योग
(अभिक्रिया योजना Mohapatra et al, 2018. से अनुकूलित)

अल्ट्रासाउंड की सहायता से होने वाले माइकल योग का एक अन्य उदाहरण सिलिका सल्फ्यूरिक अम्ल द्वारा संवर्धित इंडोल का उत्प्रेरण है। Li et al. (2006) ने कमरे के तापमान पर 50–85% उपज में β-इंडोलिलकीटोन प्राप्त करने के लिए अल्ट्रासोनिकेशन के अंतर्गत सिलिका सल्फ्यूरिक अम्ल और α,β-असंतृप्त कीटोन की अभिक्रिया कराई।

विलायक-मुक्त और उत्प्रेरक-मुक्त अज़ा-माइकल अभिक्रियाएँ

संयुग्मित ऐल्कीनों पर ऐमीनों का संयुग्मी योग – जिसे अज़ा-माइकल अभिक्रिया कहा जाता है – विभिन्न जटिल प्राकृतिक उत्पादों, प्रतिजैविकों, a-अमीनो ऐल्कोहॉलों और काइरल सहायकों के संश्लेषण में एक प्रमुख रासायनिक चरण है। यह दिखाया गया है कि अल्ट्रासोनिकेशन विलायक-मुक्त और उत्प्रेरक-मुक्त परिस्थितियों में ऐसी अज़ा-माइकल योग अभिक्रिया को संवर्धित करने में सक्षम है।

जल में अल्ट्रासाउंड द्वारा प्रेरित अज़ा-माइकल अभिक्रिया का परीक्षण कई ऐमीनों तथा असंतृप्त कीटोन, असंतृप्त नाइट्राइल और असंतृप्त एस्टर के साथ किया गया है। सोनोकेमिकल रूप से संवर्धित अभिक्रिया ने एक तेज़ और सरल प्रक्रिया में उच्च उपज प्रदान की।
अध्ययन और तालिका: © Bandyopadhyay et al., 2012

ऐलिफ़ैटिक ऐमीनों के साथ फेरोसेनिलीनोनों का सुगम माइकल योग कमरे के तापमान पर विलायकों और उत्प्रेरकों का उपयोग किए बिना सोनोकेमिकल रूप से संवर्धित अभिक्रिया में किया जा सकता है। यह सोनोकेमिकल माइकल योग एक तेज़ प्रक्रिया में उच्च उपज के साथ 1-फेरोसेनिल-3-अमीनो कार्बोनिल यौगिक प्रदान कर सकता है। यह चाल्कोन, कार्बोक्सिलिक एस्टर आदि जैसे अन्य α,β-असंतृप्त कार्बोनिल यौगिकों की अज़ा-माइकल अभिक्रिया में भी कुशल है। यह सोनोकेमिकल अभिक्रिया न केवल बहुत सरल और संचालन में आसान है, बल्कि एक तेज़, पर्यावरण के अनुकूल और सस्ती प्रक्रिया भी है, जो हरित रसायन विज्ञान की विशेषताएँ हैं। (Yang et al., 2005)
Banik के अनुसंधान समूह ने अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग करके α,β-असंतृप्त कार्बोनिल यौगिकों पर कई ऐमीनों की अज़ा-माइकल योग अभिक्रिया के लिए एक अन्य सरल, सीधी, तेज़, जलीय माध्यम वाली और उत्प्रेरक-मुक्त कार्यविधि विकसित की। कई ऐमीनों का α,β-असंतृप्त कीटोन, एस्टर और नाइट्राइल पर सोनोकेमिकल रूप से प्रेरित योग जल में और विलायक-मुक्त परिस्थितियों में भी बहुत कुशलता से किया गया है। इस विधि में किसी उत्प्रेरक या ठोस आधार का उपयोग नहीं किया गया है। अल्ट्रासाउंड द्वारा प्रेरित विधि में जल के भीतर अभिक्रिया दर में उल्लेखनीय वृद्धि देखी गई है। पर्यावरण के लिए अहानिकर इस प्रक्रिया से बढ़ी हुई चयनात्मकता के साथ उत्पादों का स्वच्छ निर्माण हुआ है। (Bandyopadhyay et al., 2012)

1 mL विलायक में पाइपेरिडीन (1 mL) और मिथाइल एक्रिलेट (1 mL) की अज़ा-माइकल अभिक्रिया पर विलायकों और सोनोकेमिकल उपचार के प्रभाव।
अध्ययन और तालिका: © Bandyopadhyay et al., 2012

सोनोकेमिकल अभिक्रियाओं के लिए अल्ट्रासोनिक प्रोब और रिएक्टर

Hielscher अल्ट्रासोनिकेटरों के परिष्कृत हार्डवेयर और स्मार्ट सॉफ़्टवेयर को विश्वसनीय सोनोकेमिकल प्रसंस्करण की गारंटी देने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जैसे पुनरुत्पादनीय परिणामों के साथ उपयोगकर्ता के अनुकूल तरीके से कार्बनिक संश्लेषण और उत्प्रेरण अभिक्रियाएँ करना।
Hielscher Ultrasonics प्रणालियों का उपयोग विश्वभर में सोनोकेमिकल प्रक्रियाओं के लिए किया जाता है, जिनमें माइकल योग, मैनिख अभिक्रिया, डील्स–एल्डर अभिक्रिया और कई अन्य युग्मन अभिक्रियाओं जैसी कार्बनिक संश्लेषण अभिक्रियाएँ शामिल हैं। उच्च गुणवत्ता वाले रासायनिक उत्पादों के उच्च उपज वाले संश्लेषण के लिए विश्वसनीय सिद्ध हुए Hielscher अल्ट्रासोनिकेटरों का उपयोग प्रयोगशालाओं के साथ-साथ औद्योगिक उत्पादन में भी किया जाता है। अपनी मज़बूती और कम रखरखाव की आवश्यकता के कारण, हमारे अल्ट्रासोनिकेटर आम तौर पर भारी कार्यभार वाले अनुप्रयोगों और कठिन कार्य परिवेशों में स्थापित किए जाते हैं।
सोनोकेमिकल संश्लेषण, उत्प्रेरण, क्रिस्टलीकरण और अन्य अभिक्रियाओं के लिए Hielscher अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर विश्वभर में व्यावसायिक पैमाने पर पहले से स्थापित हैं। अपनी सोनोकेमिकल विनिर्माण प्रक्रिया पर चर्चा करने के लिए अभी हमसे संपर्क करें! हमारे अनुभवी कर्मचारी सोनोकेमिकल संश्लेषण मार्ग, अल्ट्रासोनिक प्रणालियों और कीमतों के बारे में अधिक जानकारी साझा करके प्रसन्न होंगे!

नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:

साहित्य / संदर्भ

• 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.