Reação de adição de Michael promovida por ultra-sons

As reacções de Michael assimétricas são um tipo de reacções organocatalíticas, que podem beneficiar fortemente da sonicação. A reação de Michael ou adição de Michael é amplamente utilizado para sínteses químicas, onde as ligações carbono-carbono são formados sob condições suaves. Ultrassom e seus efeitos sonoquímicos são altamente eficazes na condução e promoção de reações de Michael, resultando em maiores rendimentos, reduzindo significativamente o tempo de reação e, ao mesmo tempo, contribuindo para a química verde ambientalmente amigável.

Sonoquímica e a adição de Michael

A sonoquímica está bem estabelecida pelos seus efeitos benéficos nas reacções químicas – resultando muitas vezes em rendimentos mais elevados, velocidade de reação acelerada, condições mais suaves e favoráveis ao ambiente, bem como uma operação simples e segura. Isto significa que a sonoquímica é um método eficiente e inócuo para ativar, promover e conduzir reacções químicas sintéticas e catalíticas. O mecanismo do processamento ultrassónico e da sonoquímica baseia-se no fenómeno da cavitação acústica, que induz condições únicas de pressões e temperaturas muito elevadas através do colapso violento de bolhas num meio líquido. Os efeitos da cavitação ultra-sónica ou acústica iniciam reacções através da introdução de energia elevada, melhoram a transferência de massa, facilitando assim as transformações químicas.
A reação de Michael ou adição de Michael é a adição nucleofílica de um carbânion ou de outro nucleófilo a um composto carbonílico α,β-insaturado que contém um grupo retirador de electrões. A reação de Michael está agrupada na classe mais vasta das adições conjugadas. Considerada como um dos métodos mais úteis para a formação suave de ligações carbono-carbono, a adição de Michael é amplamente utilizada para a síntese orgânica de várias substâncias. Existem muitas variantes assimétricas da adição de Michael, que são um tipo de reacções organocatalíticas.

Sonocatálise e adição de Michael de imidazol catalisada por argila básica

Martin-Aranda et al. (2002) aproveitaram a ultrassonografia e seus efeitos sonoquímicos para desenvolver uma nova rota de síntese de derivados de imidazol N-substituídos 21 pela adição de Michael de imidazol a etilacrilato catalisada por argilas básicas, nomeadamente Li + e Cs + montmorillonites. Utilizando ativação ultra-sónica, o imidazol foi condensado com acrilato de etilo utilizando as duas argilas básicas – Montmorilonites Li+ e Cs+. As argilas alcalinas, como as montmorilonites Li+ e Cs+, são catalisadores activos e muito selectivos sob sonicação, mostrando assim efeitos positivos na adição de Michael do imidazol ao acrilato de etilo. A catálise promovida por sonoquímica promove e melhora a formação de derivados de imidazol N-substituídos quando comparada com outras reacções de aquecimento térmico convencionais. A conversão aumenta com a basicidade das argilas e o tempo de ultra-sons. O rendimento foi maior quando Cs + montmorillonites foi usado em comparação com Li +, o que pode ser explicado devido à maior basicidade. (Ver esquema de reação abaixo)

Reação sonocatalítica: Adição de Michael de imidazol a acrilato de etilo
(esquema adaptado de Mohapatra et al, 2018.)

Outra adição de Michael assistida por ultrassom é a sílica ácido sulfúrico promovido catálise de indol. Li et al. (2006) reagiu ácido sulfúrico de sílica e α, β-cetonas insaturadas sob ultra-sons, a fim de obter os rendimentos β-indolilcetonas de 50-85% à temperatura ambiente.

Reacções de Aza-Michael sem solventes e sem catalisador

Adição conjugada de aminas a alcenos conjugados – conhecida como reação de aza-Michael – é um passo chave químico para a síntese de vários produtos naturais complexos, antibióticos, a-amino álcoois e auxiliares quirais. Ultrasonication tem sido mostrado capaz de promover essa reação de adição aza-Michael em um ambiente livre de solventes e catalisador.

A reação de aza-Michael induzida por ultra-sons em água foi testada com várias aminas e cetonas insaturadas, nitrilo insaturado e éster insaturado. A reação promovida por ultra-sons produziu rendimentos elevados num procedimento rápido e simples.
estudo e tabela: © Bandyopadhyay et al., 2012

Uma adição fácil de Michael de ferrocenilenonas com aminas alifáticas pode ser executada numa reação promovida sonoquimicamente sem a utilização de solventes e catalisadores à temperatura ambiente. Esta adição de Michael sonoquímica pode permitir a obtenção de compostos de 1-ferrocenil-3-amino carbonilo num processo rápido com rendimentos elevados, o que também é eficiente na reação de aza-Michael de outros compostos de carbonilo α, β-insaturados, tais como chalcona, éster carboxílico, etc. Esta reação sonoquímica não só é muito simples e fácil de manusear, como também é um processo rápido, ecológico e pouco dispendioso, que são atributos da química verde. (Yang et al., 2005)
O grupo de pesquisa de Banik desenvolveu outro protocolo simples, direto, rápido e livre de catalisador mediado aquoso para a reação de adição aza-Michael de várias aminas a compostos de carbonilo α, β-insaturados aplicando ultrassom. A adição induzida por sonoquímica de várias aminas a α, β-cetonas insaturadas, ésteres e nitrilos foi realizada de forma muito eficiente em água, bem como em condições livres de solventes. Não foram utilizados catalisadores ou suportes sólidos neste método. Observou-se um aumento notável da taxa de reação em água sob o método induzido por ultra-sons. Este procedimento benigno para o ambiente permitiu uma formação limpa dos produtos com uma maior seletividade. (Bandyopadhyay et al., 2012)

Efeitos dos solventes e do tratamento sonoquímico na reação de aza-Michael da piperidina (1 mL) e do acrilato de metilo (1 mL) em 1 mL de solvente.
estudo e tabela: © Bandyopadhyay et al., 2012

Sondas e reactores ultra-sónicos para reacções sonoquímicas

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Literatura / Referências