Reazione di addizione di Michael promossa dagli ultrasuoni
Le reazioni asimmetriche di Michael sono un tipo di reazioni organocatalitiche che possono trarre grande beneficio dalla sonicazione. La reazione di Michael o addizione di Michael è ampiamente utilizzata per le sintesi chimiche, dove i legami carbonio-carbonio si formano in condizioni blande. L'ultrasuonoterapia e i suoi effetti sicochimici sono molto efficaci nel guidare e promuovere le reazioni di Michael, ottenendo rese più elevate, riducendo significativamente i tempi di reazione e contribuendo allo stesso tempo a una chimica verde rispettosa dell'ambiente.
La stereochimica e l'addizione di Michael
La sonochimica è ben nota per i suoi effetti benefici sulle reazioni chimiche. – Spesso si ottengono rese più elevate, velocità di reazione accelerata, condizioni più blande e rispettose dell'ambiente, oltre a un funzionamento semplice e risparmioso. Ciò significa che la sicochimica è un metodo efficiente e innocuo per attivare, promuovere e guidare reazioni chimiche sintetiche e catalitiche. Il meccanismo del trattamento a ultrasuoni e della sicochimica si basa sul fenomeno della cavitazione acustica, che induce condizioni uniche di pressioni e temperature molto elevate attraverso il collasso violento delle bolle in un mezzo liquido. Gli effetti degli ultrasuoni o della cavitazione acustica avviano le reazioni grazie all'introduzione di energia elevata, migliorano il trasferimento di massa e facilitano le trasformazioni chimiche.
La reazione di Michael o addizione di Michael è l'addizione nucleofila di un carbanione o di un altro nucleofilo a un composto carbonilico α,β-insaturo che contiene un gruppo che sottrae elettroni. La reazione di Michael è raggruppata nella più ampia classe delle addizioni coniugate. Considerata uno dei metodi più utili per la formazione di legami carbonio-carbonio, l'addizione di Michael è ampiamente utilizzata per la sintesi organica di numerose sostanze. Esistono molte varianti asimmetriche dell'addizione di Michael, che sono un tipo di reazioni organocatalitiche.
- Velocità di reazione rapida
- Rendimenti più elevati
- Chimica verde e rispettosa dell'ambiente
- Gestione semplice e sicura
Sonocatalisi e addizione di Michele catalizzata da argille basiche di imidazolo
Martin-Aranda et al. (2002) hanno sfruttato gli ultrasuoni e i loro effetti sicochimici per sviluppare una nuova via di sintesi di derivati N-sostituiti dell'imidazolo attraverso l'addizione di Michael dell'imidazolo all'etilacrilato catalizzata da argille basiche, ovvero montmorilloniti Li+ e Cs+. Grazie all'attivazione a ultrasuoni, l'imidazolo è stato condensato con l'acrilato di etile utilizzando le due argille basiche. – Montmorilloniti Li+ e Cs+. Le argille alcaline come le montmorilloniti Li+ e Cs+ sono catalizzatori attivi e molto selettivi sotto sonicazione, mostrando così effetti positivi sull'addizione di Michael dell'imidazolo all'acrilato di etile. La catalisi promossa per via sonica favorisce e migliora la formazione di derivati imidazolici N-sostituiti rispetto ad altre reazioni convenzionali di riscaldamento termico. La conversione aumenta con la basicità delle argille e con il tempo di ultrasonorizzazione. La resa è stata maggiore quando sono state utilizzate montmorilloniti Cs+ rispetto a Li+, il che potrebbe essere spiegato dalla maggiore basicità. (Vedi schema di reazione sotto)
Un'altra addizione di Michael assistita da ultrasuoni è la catalisi dell'indolo promossa dall'acido solforico di silice. Li et al. (2006) hanno fatto reagire acido solforico di silice e chetoni α,β-insaturi sotto ultrasuoni per ottenere rese di β-indolilchetoni del 50-85% a temperatura ambiente.
Reazioni di Aza-Michael senza solventi e senza catalizzatori
L'addizione coniugata di ammine ad alcheni coniugati – nota come reazione aza-Michael – è un passaggio chimico chiave per la sintesi di vari prodotti naturali complessi, antibiotici, a-amminoalcoli e ausiliari chirali. È stato dimostrato che l'ultrasuonoterapia è in grado di promuovere questa reazione di addizione aza-Michael in un ambiente privo di solventi e catalizzatori.
Una facile addizione di Michael di ferrocenilenoni con ammine alifatiche può essere eseguita in una reazione promossa per via stereo senza l'uso di solventi e catalizzatori a temperatura ambiente. L'addizione di Michael per via sonchimica permette di ottenere composti 1-ferrocenil-3-ammino carbonilici in un processo rapido e con rese elevate, efficiente anche nella reazione di aza-Michael di altri composti carbonilici α,β-insaturi come calconi, esteri carbossilici ecc. Questa reazione stereochimica non solo è molto semplice e facile da gestire, ma è anche un processo rapido, ecologico e poco costoso, caratteristiche della chimica verde. (Yang et al., 2005)
Il gruppo di ricerca di Banik ha sviluppato un altro protocollo semplice, diretto, rapido e senza catalizzatore mediato dall'acqua per la reazione di addizione aza-Michael di diverse ammine a composti carbonilici α,β-insaturi applicando gli ultrasuoni. L'addizione indotta per via sonica di diverse ammine a chetoni, esteri e nitrili α,β-insaturi è stata condotta in modo molto efficiente sia in acqua che in condizioni di assenza di solventi. In questo metodo non sono stati utilizzati catalizzatori o supporti solidi. È stato osservato un notevole aumento della velocità di reazione in acqua con il metodo indotto dagli ultrasuoni. Questa procedura rispettosa dell'ambiente ha fornito una formazione pulita dei prodotti con una maggiore selettività. (Bandyopadhyay et al., 2012)
Sonde e reattori a ultrasuoni per le reazioni stereo-chimiche
L'hardware sofisticato e il software intelligente degli ultrasuonatori Hielscher sono stati progettati per garantire un'affidabile elaborazione sicochimica, ad esempio per eseguire reazioni di sintesi organica e catalisi con risultati riproducibili e in modo semplice.
I sistemi Hielscher Ultrasonics sono utilizzati in tutto il mondo per i processi di sonicazione, comprese le reazioni di sintesi organica come le aggiunte di Michael, la reazione di Mannich, la reazione di Diels-Alder e molte altre reazioni di accoppiamento. La loro comprovata affidabilità per la sintesi di prodotti chimici di alta qualità, gli ultrasonori Hielscher non sono utilizzati solo in laboratorio, ma anche nella produzione industriale. Grazie alla loro robustezza e alla bassa manutenzione, i nostri ultrasonori sono comunemente installati per applicazioni pesanti e in ambienti difficili.
I processori a ultrasuoni Hielscher per sintesi chimico-sonora, catalisi, cristallizzazione e altre reazioni sono già installati in tutto il mondo su scala commerciale. Contattateci subito per discutere del vostro processo di produzione chimico-sonora! Il nostro personale esperto sarà lieto di fornirvi ulteriori informazioni sul percorso di sintesi chimica, sui sistemi a ultrasuoni e sui prezzi!
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- CIP (clean-in-place)
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori:
Volume di batch | Portata | Dispositivi raccomandati |
---|---|---|
1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdt |
n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
n.a. | più grande | cluster di UIP16000 |
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Letteratura / Riferimenti
- 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.