Ultradźwiękowo promowana reakcja addycji Michaela
Asymetryczne reakcje Michaela są rodzajem reakcji organokatalitycznych, które mogą w dużym stopniu korzystać z sonikacji. Reakcja Michaela lub addycja Michaela jest szeroko stosowana w syntezach chemicznych, w których wiązania węgiel-węgiel powstają w łagodnych warunkach. Ultradźwięki i ich efekty sonochemiczne są bardzo skuteczne w napędzaniu i promowaniu reakcji Michaela, co skutkuje wyższą wydajnością, znacznie skróconym czasem reakcji, a jednocześnie przyczynia się do przyjaznej dla środowiska zielonej chemii.

Reaktor z ciągłym mieszaniem z ultrasonicator UP200St do ulepszonych reakcji chemicznych, np. addycji Michaela
Sonochemia i addycja Michaela
Sonochemia jest dobrze znana ze swojego korzystnego wpływu na reakcje chemiczne – Często skutkuje to wyższą wydajnością, przyspieszoną szybkością reakcji, łagodniejszymi, przyjaznymi dla środowiska warunkami, a także oszczędnością i prostą obsługą. Oznacza to, że sonochemia jest skuteczną i nieszkodliwą metodą aktywacji, promowania i napędzania syntetycznych i katalitycznych reakcji chemicznych. Mechanizm obróbki ultradźwiękowej i sonochemii opiera się na zjawisku kawitacji akustycznej, która wywołuje unikalne warunki bardzo wysokich ciśnień i temperatur poprzez gwałtowne zapadanie się pęcherzyków w ciekłym ośrodku. Efekty kawitacji ultradźwiękowej lub akustycznej inicjują reakcje poprzez wprowadzenie wysokiej energii, poprawiają przenoszenie masy, ułatwiając w ten sposób przemiany chemiczne.
Reakcja Michaela lub addycja Michaela to nukleofilowa addycja karbanionu lub innego nukleofila do α,β-nienasyconego związku karbonylowego, który zawiera grupę odbierającą elektrony. Reakcja Michaela należy do większej klasy addycji sprzężonych. Ceniona jako jedna z najbardziej użytecznych metod łagodnego tworzenia wiązań węgiel-węgiel, addycja Michaela jest szeroko stosowana w syntezie organicznej różnorodnych substancji. Istnieje wiele asymetrycznych wariantów addycji Michaela, które są rodzajem reakcji organokatalitycznych.
- Szybkość reakcji
- Wyższe zyski
- Przyjazna dla środowiska, zielona chemia
- Oszczędność i prosta obsługa
Sonokataliza i katalizowana podstawową glinką addycja Michaela imidazolu
Martin-Aranda i wsp. (2002) wykorzystali ultradźwięki i ich efekty sonochemiczne w celu opracowania nowej drogi syntezy N-podstawionych pochodnych imidazolu 21 przez addycję Michaela imidazolu do etyloakrylanu katalizowanego przez podstawowe glinki, a mianowicie montmorylonity Li+ i Cs+. Stosując aktywację ultradźwiękową, imidazol został skondensowany z akrylanem etylu przy użyciu dwóch podstawowych glinek – Montmorylonity Li+ i Cs+. Glinki alkaliczne, takie jak montmorylonity Li+ i Cs+, są aktywnymi i bardzo selektywnymi katalizatorami pod wpływem sonikacji, wykazując tym samym pozytywny wpływ na addycję Michaela imidazolu do akrylanu etylu. Sonochemicznie promowana kataliza promuje i poprawia tworzenie N-podstawionych pochodnych imidazolu w porównaniu z innymi konwencjonalnymi reakcjami ogrzewania termicznego. Konwersja wzrasta wraz z zasadowością glinek i czasem do ultradźwięków. Wydajność była wyższa, gdy zastosowano montmorylonity Cs + w porównaniu z Li +, co można wyjaśnić wyższą zasadowością. (Patrz schemat reakcji poniżej)

Reakcja sonokatalityczna: Addycja Michaela imidazolu do akrylanu etylu
(schemat dostosowany na podstawie Mohapatra i in., 2018).
Inną wspomaganą ultradźwiękami addycją Michaela jest kataliza indolu promowana kwasem siarkowym krzemionki. Li i wsp. (2006) poddali reakcji kwas siarkowy krzemionki i α,β-nienasycone ketony pod wpływem ultradźwięków w celu uzyskania β-indoliloketonów z wydajnością 50-85% w temperaturze pokojowej.
Reakcje Aza-Michaela bez rozpuszczalników i katalizatorów
Sprzężona addycja amin do sprzężonych alkenów – znana jako reakcja aza-Michaela – jest chemicznym kluczowym etapem syntezy różnych złożonych produktów naturalnych, antybiotyków, a-aminoalkoholi i chiralnych środków pomocniczych. Ultrasonizacja okazała się zdolna do promowania takiej reakcji addycji aza-Michaela w warunkach bezrozpuszczalnikowych i bez katalizatora.

Wywołana ultradźwiękami reakcja aza-Michaela w wodzie została przetestowana z kilkoma aminami i nienasyconymi ketonami, nienasyconym nitrylem i nienasyconym estrem. Reakcja promowana sonochemicznie dała wysoką wydajność w szybkiej i prostej procedurze.
opracowanie i tabela: © Bandyopadhyay et al., 2012
Łatwa addycja Michaela ferrocenylenonów z aminami alifatycznymi może być prowadzona w reakcji promowanej sonochemicznie bez użycia rozpuszczalników i katalizatorów w temperaturze pokojowej. Ta sonochemiczna addycja Michaela może zapewnić 1-ferrocenylo-3-aminokarbonylowe związki w szybkim procesie dającym wysokie wydajności, co jest również skuteczne w reakcji aza-Michaela innych α,β-nienasyconych związków karbonylowych, takich jak chalkon, ester karboksylowy itp. Ta reakcja sonochemiczna jest nie tylko bardzo prosta i łatwa w obsłudze, ale jest także szybkim, przyjaznym dla środowiska i niedrogim procesem, które są atrybutami zielonej chemii. (Yang et al., 2005)
Grupa badawcza Banik opracowała kolejny prosty, nieskomplikowany, szybki, bezkatalityczny protokół reakcji addycji aza-Michaela kilku amin do α,β-nienasyconych związków karbonylowych z zastosowaniem ultradźwięków. Wywołana sonochemicznie addycja kilku amin do α,β-nienasyconych ketonów, estrów i nitryli została przeprowadzona bardzo skutecznie w wodzie, jak również w warunkach bezrozpuszczalnikowych. W metodzie tej nie zastosowano żadnych katalizatorów ani stałych nośników. Znaczne zwiększenie szybkości reakcji zaobserwowano w wodzie w metodzie indukowanej ultradźwiękami. Ta przyjazna dla środowiska procedura zapewniła czyste tworzenie produktów o zwiększonej selektywności. (Bandyopadhyay et al., 2012)
Sondy ultradźwiękowe i reaktory do reakcji sonochemicznych
Zaawansowany sprzęt i inteligentne oprogramowanie ultrasonografów Hielscher zostały zaprojektowane w celu zagwarantowania niezawodnego przetwarzania sonochemicznego, np. przeprowadzania syntezy organicznej i reakcji katalizy z powtarzalnymi wynikami i w sposób przyjazny dla użytkownika.
Systemy Hielscher Ultrasonics są stosowane na całym świecie w procesach sonochemicznych, w tym w organicznych reakcjach syntetycznych, takich jak addycja Michaela, reakcja Mannicha, reakcja Dielsa-Aldera i wiele innych reakcji sprzęgania. Udowodniono, że są niezawodne w syntezie wysokiej wydajności wysokiej jakości produktów chemicznych, ultrasonografy Hielscher są stosowane nie tylko w warunkach laboratoryjnych, ale także w produkcji przemysłowej. Ze względu na ich solidność i niskie koszty utrzymania, nasze ultradźwięki są powszechnie instalowane do ciężkich zastosowań i w wymagających środowiskach.
Procesory ultradźwiękowe Hielscher do syntez sonochemicznych, kataliz, krystalizacji i innych reakcji są już instalowane na całym świecie na skalę komercyjną. Skontaktuj się z nami już teraz, aby omówić swój sonochemiczny proces produkcyjny! Nasz doświadczony personel chętnie podzieli się dodatkowymi informacjami na temat ścieżki syntezy sonochemicznej, systemów ultradźwiękowych i cen!
- wysoka wydajność
- najnowocześniejsza technologia
- niezawodność & solidność
- partia & inline
- dla dowolnego wolumenu
- inteligentne oprogramowanie
- inteligentne funkcje (np. protokołowanie danych)
- CIP (clean-in-place)
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:
Wielkość partii | natężenie przepływu | Polecane urządzenia |
---|---|---|
1 do 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
10 do 2000mL | 20-400mL/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
10-100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
b.d. | 10-100L/min | UIP16000 |
b.d. | większe | klaster UIP16000 |
Skontaktuj się z nami!? Zapytaj nas!
Literatura? Referencje
- 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.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do rozmiar przemysłowy.