Reaksi Penambahan Michael yang Dipromosikan Secara Ultrasonik

Reaksi Michael asimetris adalah jenis reaksi organokatalitik, yang dapat memperoleh manfaat besar dari sonikasi. Reaksi Michael atau penambahan Michael banyak digunakan untuk sintesis kimia, di mana ikatan karbon-karbon terbentuk dalam kondisi ringan. Ultrasonikasi dan efek sonokimianya sangat berkhasiat dalam mendorong dan mempromosikan reaksi Michael yang menghasilkan hasil yang lebih tinggi, mengurangi waktu reaksi secara signifikan dan pada saat yang sama berkontribusi pada kimia hijau yang ramah lingkungan.

Sonokimia dan Penambahan Michael

Sonokimia mapan karena efek manfaatnya pada reaksi kimia – seringkali menghasilkan hasil yang lebih tinggi, kecepatan reaksi yang dipercepat, kondisi yang lebih ringan, ramah lingkungan serta pengoperasian yang hemat dan sederhana. Ini berarti sonokimia adalah metode yang efisien dan tidak berbahaya untuk mengaktifkan, mempromosikan, dan mendorong reaksi kimia sintetis dan katalitik. Mekanisme pemrosesan ultrasonik dan sonokimia didasarkan pada fenomena kavitasi akustik, yang menginduksi kondisi unik dari tekanan dan suhu yang sangat tinggi melalui keruntuhan gelembung yang hebat dalam media cair. Efek kavitasi ultrasonik atau akustik memulai reaksi dengan pengenalan energi tinggi, meningkatkan perpindahan massa, sehingga memfasilitasi transformasi kimia.
Reaksi Michael atau penambahan Michael adalah penambahan nukleofilik karbanion atau nukleofil lain ke senyawa karbonil tak jenuh α,β yang mengandung gugus penarik elektron. Reaksi Michael dikelompokkan ke dalam kelas penambahan konjugat yang lebih besar. Dihargai sebagai salah satu metode yang paling berguna untuk pembentukan ringan ikatan karbon-karbon, penambahan Michael banyak digunakan untuk sintesis organik zat bermacam-macam. Banyak varian asimetris dari penambahan Michael ada, yang merupakan jenis reaksi organokatalitik.

Sonokatalisis dan Tanah Liat Dasar Dikatalisis Michael Penambahan Imidazole

Martin-Aranda et al. (2002) mengambil keuntungan dari ultrasonication dan efek sonokimianya untuk mengembangkan rute sintesis baru turunan imidazole tersubstitusi N 21 dengan penambahan Michael imidazole ke etilakrilat yang dikatalisis oleh tanah liat basa, yaitu Li + dan Cs + montmorillonites. Dengan menggunakan aktivasi ultrasonik, imidazole dikondensasi dengan etil akrilat menggunakan dua tanah liat dasar – Li+ dan Cs+ montmorillonites. Tanah liat alkali seperti Li+ dan Cs+ montmorillonites adalah katalis aktif dan sangat selektif di bawah sonikasi, sehingga menunjukkan efek positif pada penambahan Michael imidazole ke etil akrilat. Katalisis yang dipromosikan secara sonokimia mempromosikan dan meningkatkan pembentukan turunan imidazol tersubstitusi N jika dibandingkan dengan reaksi pemanasan termal konvensional lainnya. Konversi meningkat dengan kebasaan tanah liat dan waktu untuk ultrasonikasi. Hasil panen lebih tinggi ketika Cs+ montmorillonites digunakan dibandingkan dengan Li+, yang dapat dijelaskan karena kebasaan yang lebih tinggi. (Lihat skema reaksi di bawah)

Reaksi sonokatalitik: Penambahan midazol Michael ke etil akrilat
(skema diadaptasi dari Mohapatra et al, 2018.)

Penambahan Michael dengan bantuan ultrasound lainnya adalah asam sulfat silika yang mendorong katalisis indole. Li et al. (2006) mereaksikan asam sulfat silika dan keton tak jenuh α,β di bawah ultrasonikasi untuk mendapatkan hasil β-indolylketon 50-85% pada suhu kamar.

Reaksi Aza-Michael Bebas Pelarut dan Bebas Katalis

Penambahan konjugat amina ke alkena terkonjugasi – dikenal sebagai reaksi aza-Michael – adalah langkah kunci kimia untuk sintesis berbagai produk alami kompleks, antibiotik, alkohol a-amino dan pembantu kiral. Ultrasonikasi telah terbukti mampu mempromosikan reaksi penambahan aza-Michael dalam pengaturan bebas pelarut dan bebas katalis.

Reaksi aza-Michael yang diinduksi ultrasound dalam air telah diuji dengan beberapa amina dan keton tak jenuh, nitril tak jenuh dan ester tak jenuh. Reaksi yang dipromosikan secara sonokimia memberikan hasil tinggi dalam prosedur yang cepat dan sederhana.
studi dan tabel: © Bandyopadhyay et al., 2012

Penambahan ferocenylenones Michael yang mudah dengan amina alifatik dapat dijalankan dalam reaksi yang dipromosikan secara sonokimia tanpa menggunakan pelarut dan katalis pada suhu kamar. Penambahan Michael sonokimia ini dapat menghasilkan senyawa karbonil 1-ferocenyl-3-amino dalam proses cepat yang memberikan hasil tinggi, yang juga efisien dalam reaksi aza-Michael dari senyawa karbonil jenuh α,β lainnya seperti kalkon, ester karboksilat dll. Reaksi sonokimia ini tidak hanya sangat sederhana dan mudah ditangani, tetapi juga merupakan proses yang cepat, ramah lingkungan dan murah, yang merupakan atribut kimia hijau. (Yang et al., 2005)
Kelompok peneliti Banik mengembangkan protokol bebas katalis yang sederhana, lugas, cepat, dan dimediasi air untuk reaksi penambahan aza-Michael dari beberapa amina terhadap senyawa karbonil tak jenuh α,β yang menerapkan ultrasonikasi. Penambahan beberapa amina yang diinduksi secara sonokimia ke keton, ester dan nitril tak jenuh α,β telah dilakukan dengan sangat efisien dalam air serta dalam kondisi bebas pelarut. Tidak ada katalis atau pendukung padat yang digunakan dalam metode ini. Peningkatan laju reaksi yang luar biasa telah diamati dalam air di bawah metode yang diinduksi ultrasound. Prosedur yang ramah lingkungan ini telah memberikan pembentukan produk yang bersih dengan selektivitas yang ditingkatkan. (Bandyopadhyay dkk., 2012)

Pengaruh pelarut dan perlakuan sonokimia pada reaksi aza-Michael piperidine (1 mL) dan metil akrilat (1 mL) dalam pelarut 1 mL.
studi dan tabel: © Bandyopadhyay et al., 2012

Probe dan Reaktor Ultrasonik untuk Reaksi Sonokimia

Perangkat keras canggih dan perangkat lunak pintar ultrasonicators Hielscher dirancang untuk menjamin pemrosesan sonokimia yang andal, misalnya melakukan sintesis organik dan reaksi katalisis dengan hasil yang dapat direproduksi dan dengan cara yang ramah pengguna.
Sistem Ultrasonik Hielscher digunakan di seluruh dunia untuk proses sonokimia termasuk reaksi sintetis organik seperti penambahan Michael, reaksi Mannich, reaksi Diels-Alder dan banyak reaksi kopling lainnya. Terbukti dapat diandalkan untuk sintesis hasil tinggi dari produk kimia berkualitas tinggi, ultrasonicator Hielscher tidak hanya digunakan dalam pengaturan laboratorium tetapi juga dalam produksi industri. Karena kekokohan dan perawatannya yang rendah, ultrasonicator kami biasanya dipasang untuk aplikasi tugas berat dan di lingkungan yang menuntut.
Prosesor ultrasonik Hielscher untuk sintesis sonokimia, katalis, kristalisasi, dan reaksi lainnya sudah dipasang di seluruh dunia dalam skala komersial. Hubungi kami sekarang untuk mendiskusikan proses pembuatan sonokimia Anda! Staf kami yang berpengalaman akan dengan senang hati berbagi informasi lebih lanjut tentang jalur sintesis sonokimia, sistem ultrasonik, dan harga!

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:

Literatur / Referensi