超音波によるマイケル付加反応の促進

不斉マイケル反応は有機触媒反応の一種であり、超音波処理によって大きな恩恵を受けることができる。マイケル反応またはマイケル付加反応は、温和な条件下で炭素-炭素結合が形成される化学合成に広く用いられている。超音波処理とそのソノケミカル効果は、マイケル反応を促進し、収率を高め、反応時間を大幅に短縮すると同時に、環境に優しいグリーンケミストリーに貢献します。

ソノケミストリーとマイケル付加

ソノケミストリーは、化学反応に有益な効果をもたらすことでよく知られている。 – 多くの場合、収率の向上、反応速度の加速、より温和で環境に優しい条件、さらに操作の省力化と簡便化がもたらされる。つまり、ソノケミストリーは、合成化学反応や触媒化学反応を活性化し、促進し、促進するための効率的で無害な方法なのである。超音波処理とソノケミストリーのメカニズムは、液体媒体中の気泡が激しく崩壊することにより、非常に高い圧力と温度のユニークな条件を引き起こす音響キャビテーション現象に基づいている。超音波または音響キャビテーションの効果は、高エネルギーの導入によって反応を開始し、物質移動を改善し、それによって化学変化を促進する。
マイケル反応またはマイケル付加は、電子求引性基を持つα,β-不飽和カルボニル化合物へのカルバニオンまたは他の求核剤の求核付加反応である。マイケル反応は、より大きな分類である共役付加反応に分類される。マイケル付加は、炭素-炭素結合の穏やかな形成のための最も有用な方法の一つとして評価され、様々な物質の有機合成に広く用いられている。マイケル付加反応には、有機触媒反応の一種である多くの不斉変形が存在する。

イミダゾールのソノ触媒と塩基性粘土触媒によるマイケル付加反応

Martin-Arandaら(2002)は、塩基性粘土、すなわちLi+およびCs+モンモリロナイトを触媒とするエチルアクリレートへのイミダゾールのマイケル付加によるN-置換イミダゾール誘導体21の新規合成経路を開発するために、超音波処理とその超音波化学的効果を利用した。超音波活性化を用いて、2種類の塩基性粘土を用いてイミダゾールとアクリル酸エチルを縮合した。 – Li+およびCs+モンモリロナイト。Li+およびCs+モンモリロナイトのようなアルカリ性粘土は、超音波加熱下で活性かつ非常に選択的な触媒であり、それによってアクリル酸エチルへのイミダゾールのマイケル付加にプラスの効果を示す。ソノケミカル促進触媒は、他の従来の熱加熱反応と比較して、N-置換イミダゾール誘導体の形成を促進し、改善する。転化率は、粘土の塩基性と超音波照射の時間と共に増加した。収率は、Li+と比較してCs+モンモリロナイトを使用した場合に高くなったが、これは塩基性が高いためと考えられる。(下記の反応スキームを参照）

ソノ触媒反応：アクリル酸エチルへのイミダゾールのマイケル付加反応
(スキームはMohapatra et al, 2018より引用）。

超音波アシストによるもう一つのマイケル付加は、シリカ硫酸によるインドールの触媒反応である。Liら(2006)は、シリカ硫酸とα,β-不飽和ケトンを超音波下で反応させ、β-インドリルケトンを室温で50～85%の収率で得た。

無溶媒および無触媒アザマイケル反応

共役アルケンへのアミンの共役付加反応 – アザ・マイケル反応 – は、様々な複雑な天然物、抗生物質、a-アミノアルコール、キラルな助剤を合成するための化学的キーステップである。超音波照射は、無溶媒・無触媒でこのようなアザマイケル付加反応を促進できることが示されている。

水中での超音波誘起アザマイケル反応は、いくつかのアミン、不飽和ケトン、不飽和ニトリル、不飽和エステルを用いてテストされた。超音波化学的に促進された反応は、迅速で簡単な手順で高い収率を与えた。
研究および表：© Bandyopadhyay et al.

フェロセニレノンと脂肪族アミンとのマイケル付加反応は、室温で溶媒や触媒を使用することなく、超音波化学的に促進された反応で容易に行うことができる。この超音波化学的マイケル付加反応は、1-フェロセニル-3-アミノカルボニル化合物を高収率で迅速に得ることができ、カルコン、カルボン酸エステルなどの他のα,β-不飽和カルボニル化合物のアザマイケル反応にも有効である。このソノケミカル反応は、非常に単純で扱いやすいだけでなく、グリーンケミストリーの特性である、迅速で環境に優しく安価なプロセスでもある。(ヤンら、2005)
Banikの研究グループは、超音波を用いたα,β-不飽和カルボニル化合物への数種のアミンのアザマイケル付加反応のための、シンプルで簡単、迅速、水性媒介触媒を用いない別のプロトコルを開発した。α,β-不飽和ケトン、エステルおよびニトリルに対する数種のアミンの超音波誘起付加反応は、水中および無溶媒条件下で非常に効率的に行われた。この方法では、触媒や固体担体は使用されていない。超音波を利用した方法では、水中での反応速度の顕著な向上が観察された。この環境に優しい方法は、選択性を向上させたクリーンな生成物の生成を可能にした。(Bandyopadhyay et al., 2012)

ピペリジン(1 mL)とアクリル酸メチル(1 mL)の1 mL溶媒中でのアザマイケル反応における溶媒と超音波処理の効果。
研究および表：© Bandyopadhyay et al.

ソノケミカル反応用超音波プローブとリアクター

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下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：

文献・参考文献