Ուլտրաձայնով խթանվող Միխայելի միացման ռեակցիա

Միխայելի ասիմետրիկ ռեակցիաներն օրգանոկատալիտիկ ռեակցիաների տեսակ են, որոնք կարող են մեծապես շահել ուլտրաձայնային մշակումից։ Միխայելի ռեակցիան կամ Միխայելի միացումը լայնորեն կիրառվում է քիմիական սինթեզներում, որոնց ընթացքում մեղմ պայմաններում ձևավորվում են ածխածին–ածխածին կապեր։ Ուլտրաձայնային մշակումն ու դրա սոնոքիմիական ազդեցությունները խիստ արդյունավետ են Միխայելի ռեակցիաների ընթացքն ապահովելու և դրանք խթանելու համար՝ հանգեցնելով ավելի բարձր ելքերի, ռեակցիայի տևողության զգալի կրճատման և միաժամանակ նպաստելով շրջակա միջավայրի համար բարենպաստ կանաչ քիմիային։

Սոնոքիմիան և Միխայելի միացումը

Սոնոքիմիան լայն ճանաչում ունի քիմիական ռեակցիաների վրա իր բարենպաստ ազդեցությունների շնորհիվ՝ հաճախ ապահովելով ավելի բարձր ելքեր, ռեակցիայի ավելի մեծ արագություն, ավելի մեղմ և շրջակա միջավայրի համար բարենպաստ պայմաններ, ինչպես նաև անվտանգ ու պարզ աշխատանք։ Սա նշանակում է, որ սոնոքիմիան սինթետիկ և կատալիտիկ քիմիական ռեակցիաներն ակտիվացնելու, խթանելու և դրանց ընթացքն ապահովելու արդյունավետ ու անվնաս մեթոդ է։ Ուլտրաձայնային մշակման և սոնոքիմիայի մեխանիզմը հիմնված է ակուստիկ կավիտացիայի երևույթի վրա, որը հեղուկ միջավայրում պղպջակների բուռն փլուզման միջոցով ստեղծում է շատ բարձր ճնշումների ու ջերմաստիճանների եզակի պայմաններ։ Ուլտրաձայնային կամ ակուստիկ կավիտացիայի ազդեցությունները բարձր էներգիայի ներմուծմամբ հարուցում են ռեակցիաներ և բարելավում զանգվածափոխանակությունը՝ այդպիսով հեշտացնելով քիմիական փոխակերպումները։
Միխայելի ռեակցիան կամ Միխայելի միացումը կարբանիոնի կամ մեկ այլ նուկլեոֆիլի նուկլեոֆիլային միացումն է էլեկտրոնաքաշ խումբ պարունակող α,β-չհագեցած կարբոնիլային միացությանը։ Միխայելի ռեակցիան դասվում է զուգորդված միացման ռեակցիաների ավելի մեծ դասին։ Միխայելի միացումը, որը գնահատվում է որպես մեղմ պայմաններում ածխածին–ածխածին կապերի ձևավորման ամենաօգտակար մեթոդներից մեկը, լայնորեն կիրառվում է բազմազան նյութերի օրգանական սինթեզում։ Գոյություն ունեն Միխայելի միացման բազմաթիվ ասիմետրիկ տարբերակներ, որոնք օրգանոկատալիտիկ ռեակցիաների տեսակ են։

Սոնոկատալիզը և հիմնային կավերով կատալիզվող իմիդազոլի Միխայելի միացումը

Martin-Aranda և համահեղինակները (2002) օգտվեցին ուլտրաձայնային մշակումից և դրա սոնոքիմիական ազդեցություններից՝ իմիդազոլի N-տեղակալված ածանցյալների 21 սինթեզի նոր ուղի մշակելու համար՝ էթիլակրիլատին իմիդազոլի Միխայելի միացման միջոցով, որը կատալիզվում է հիմնային կավերով, մասնավորապես՝ Li+ և Cs+ մոնտմորիլոնիտներով։ Ուլտրաձայնային ակտիվացման կիրառմամբ իմիդազոլը կոնդենսացվեց էթիլակրիլատի հետ՝ երկու հիմնային կավերի՝ Li+ և Cs+ մոնտմորիլոնիտների օգտագործմամբ։ Ալկալային կավերը, ինչպիսիք են Li+ և Cs+ մոնտմորիլոնիտները, ուլտրաձայնային մշակման պայմաններում ակտիվ և խիստ ընտրողական կատալիզատորներ են՝ այդպիսով դրական ազդեցություն ունենալով էթիլակրիլատին իմիդազոլի Միխայելի միացման վրա։ Սոնոքիմիապես խթանվող կատալիզը խթանում և բարելավում է իմիդազոլի N-տեղակալված ածանցյալների առաջացումը՝ համեմատած սովորական ջերմային տաքացմամբ ընթացող այլ ռեակցիաների հետ։ Փոխարկման աստիճանը մեծանում է կավերի հիմնայնության և ուլտրաձայնային մշակման տևողության աճին զուգընթաց։ Cs+ մոնտմորիլոնիտների օգտագործման դեպքում ելքն ավելի բարձր էր, քան Li+ մոնտմորիլոնիտների դեպքում, ինչը կարող է բացատրվել ավելի բարձր հիմնայնությամբ։ (Տե՛ս ռեակցիայի սխեման ստորև)

Սոնոկատալիտիկ ռեակցիա. իմիդազոլի Միխայելի միացումը էթիլակրիլատին
(սխեման հարմարեցված է ըստ Mohapatra և համահեղինակների, 2018։)

Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ ընթացող Միխայելի միացման մեկ այլ օրինակ է սիլիցիումի երկօքսիդի վրա ամրացված ծծմբական թթվով խթանվող ինդոլի կատալիզը։ Li և համահեղինակները (2006) ուլտրաձայնային մշակման պայմաններում սիլիցիումի երկօքսիդի վրա ամրացված ծծմբական թթուն ռեակցիայի մեջ դրեցին α,β-չհագեցած կետոնների հետ՝ սենյակային ջերմաստիճանում β-ինդոլիլկետոններ ստանալու համար՝ 50–85% ելքերով։

Ազա-Միխայելի ռեակցիաներ՝ առանց լուծիչի և կատալիզատորի

Ամինների զուգորդված միացումը զուգորդված ալկեններին, որը հայտնի է որպես ազա-Միխայելի ռեակցիա, քիմիական առանցքային փուլ է տարբեր բարդ բնական նյութերի, հակաբիոտիկների, a-ամինասպիրտների և քիրալ օժանդակ նյութերի սինթեզի համար։ Ցույց է տրվել, որ ուլտրաձայնային մշակումը կարող է խթանել ազա-Միխայելի միացման այսպիսի ռեակցիան առանց լուծիչի և կատալիզատորի պայմաններում։

Ջրում ուլտրաձայնով հարուցվող ազա-Միխայելի ռեակցիան փորձարկվել է մի քանի ամինների և չհագեցած կետոնների, չհագեցած նիտրիլի ու չհագեցած էսթերի հետ։ Սոնոքիմիապես խթանվող ռեակցիան արագ և պարզ ընթացակարգով ապահովել է բարձր ելքեր։
հետազոտությունը և աղյուսակը՝ © Bandyopadhyay և համահեղինակներ, 2012

Ֆեռոցենիլենոնների հեշտ իրագործելի Միխայելի միացումն ալիֆատիկ ամինների հետ կարելի է իրականացնել սոնոքիմիապես խթանվող ռեակցիայով՝ սենյակային ջերմաստիճանում, առանց լուծիչների և կատալիզատորների օգտագործման։ Այս սոնոքիմիական Միխայելի միացումը կարող է ապահովել 1-ֆեռոցենիլ-3-ամինոկարբոնիլային միացությունների ստացումն արագ գործընթացով՝ բարձր ելքերով, որը նաև արդյունավետ է այլ α,β-չհագեցած կարբոնիլային միացությունների, օրինակ՝ խալկոնի, կարբոնաթթվի էսթերի և այլնի ազա-Միխայելի ռեակցիայում։ Այս սոնոքիմիական ռեակցիան ոչ միայն շատ պարզ և հեշտ գործածելի է, այլև արագ, շրջակա միջավայրի համար բարենպաստ ու ցածր ծախսերով գործընթաց է. սրանք կանաչ քիմիային բնորոշ հատկանիշներ են։ (Yang և համահեղինակներ, 2005)
Banik-ի հետազոտական խումբը մշակել է ուլտրաձայնային մշակմամբ մի քանի ամինների՝ α,β-չհագեցած կարբոնիլային միացություններին ազա-Միխայելի միացման ռեակցիայի ևս մեկ պարզ, դյուրիրագործելի, արագ, ջրային միջավայրում իրականացվող և կատալիզատոր չպահանջող ընթացակարգ։ Մի քանի ամինների սոնոքիմիապես հարուցվող միացումը α,β-չհագեցած կետոններին, էսթերներին և նիտրիլներին իրականացվել է շատ արդյունավետ կերպով ինչպես ջրում, այնպես էլ առանց լուծիչի պայմաններում։ Այս մեթոդում չեն օգտագործվել կատալիզատորներ կամ պինդ կրիչներ։ Ուլտրաձայնով հարուցվող մեթոդի կիրառմամբ ջրում դիտվել է ռեակցիայի արագության զգալի աճ։ Շրջակա միջավայրի համար բարենպաստ այս ընթացակարգն ապահովել է արգասիքների մաքուր առաջացում՝ ավելի բարձր ընտրողականությամբ։ (Bandyopadhyay և համահեղինակներ, 2012)

Լուծիչների և սոնոքիմիական մշակման ազդեցությունները պիպերիդինի (1 mL) և մեթիլակրիլատի (1 mL) ազա-Միխայելի ռեակցիայի վրա՝ 1 mL լուծիչում։
հետազոտությունը և աղյուսակը՝ © Bandyopadhyay և համահեղինակներ, 2012

Ուլտրաձայնային զոնդեր և ռեակտորներ սոնոքիմիական ռեակցիաների համար

Hielscher ուլտրաձայնային սարքերի կատարելագործված սարքակազմը և խելացի ծրագրակազմը նախագծված են հուսալի սոնոքիմիական մշակում երաշխավորելու համար, օրինակ՝ օրգանական սինթեզի և կատալիզի ռեակցիաները վերարտադրելի արդյունքներով ու օգտագործողի համար հարմար եղանակով իրականացնելու նպատակով։
Hielscher Ultrasonics համակարգերն ամբողջ աշխարհում օգտագործվում են սոնոքիմիական գործընթացների համար, այդ թվում՝ օրգանական սինթեզի այնպիսի ռեակցիաների, ինչպիսիք են Միխայելի միացումները, Մաննիխի ռեակցիան, Դիլս–Ալդերի ռեակցիան և զուգակցման բազմաթիվ այլ ռեակցիաներ։ Բարձրորակ քիմիական արգասիքների՝ բարձր ելքերով սինթեզում իրենց հուսալիությունն ապացուցած Hielscher ուլտրաձայնային սարքերն օգտագործվում են ոչ միայն լաբորատոր պայմաններում, այլև արդյունաբերական արտադրությունում։ Իրենց ամրության և տեխնիկական սպասարկման փոքր պահանջի շնորհիվ մեր ուլտրաձայնային սարքերը հաճախ տեղադրվում են ծանր աշխատանքային ռեժիմով կիրառությունների և խիստ պայմաններով միջավայրերի համար։
Սոնոքիմիական սինթեզների, կատալիզի, բյուրեղացման և այլ ռեակցիաների համար նախատեսված Hielscher ուլտրաձայնային պրոցեսորներն արդեն ամբողջ աշխարհում տեղադրված են առևտրային մասշտաբով։ Կապվե՛ք մեզ հետ հիմա՝ ձեր սոնոքիմիական արտադրական գործընթացը քննարկելու համար։ Մեր փորձառու անձնակազմը սիրով կտրամադրի լրացուցիչ տեղեկություններ սոնոքիմիական սինթեզի ուղու, ուլտրաձայնային համակարգերի և գների մասին։

Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման արտադրողականության մասին։

Գրականություն / Հղումներ

• 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.