Ultrasonically promovat Michael Adiție Reacție

Reacțiile asimetrice Michael sunt un tip de reacții organocatalitice, care pot beneficia foarte mult de sonicare. Reacția Michael sau adăugarea Michael este utilizată pe scară largă pentru sinteze chimice, unde legăturile carbon-carbon se formează în condiții ușoare. Ultrasonication și efectele sale sonochimice sunt extrem de eficiente în conducerea și promovarea reacțiilor Michael, rezultând randamente mai mari, timp de reacție redus semnificativ și, în același timp, contribuind la chimia verde ecologică.

Sonochemistry și adăugarea Michael

Sonochimia este bine stabilită pentru efectele sale benefice asupra reacțiilor chimice – Adesea rezultând randamente mai mari, viteză de reacție accelerată, condiții mai blânde, ecologice, precum și economie și operare simplă. Aceasta înseamnă că sonochimia este o metodă eficientă și inofensivă de activare, promovare și conducere a reacțiilor chimice sintetice și catalitice. Mecanismul procesării cu ultrasunete și sonochimia se bazează pe fenomenul de cavitație acustică, care induce condiții unice de presiuni și temperaturi foarte ridicate prin prăbușirea violentă a bulelor într-un mediu lichid. Efectele cavitației ultrasonice sau acustice inițiază reacții prin introducerea de energie înaltă, îmbunătățesc transferul de masă, facilitând astfel transformările chimice.
Reacția Michael sau adăugarea Michael este adăugarea nucleofilă a unui carbanion sau a unui alt nucleofil la un compus carbonil α,β-nesaturat care conține o grupare de retragere a electronilor. Reacția Michael este grupată în clasa mai largă de adăugiri conjugate. Apreciată ca una dintre cele mai utile metode pentru formarea ușoară a legăturilor carbon-carbon, adăugarea Michael este utilizată pe scară largă pentru sinteza organică a substanțelor multiple. Există multe variante asimetrice ale adăugării Michael, care sunt un tip de reacții organocatalitice.

Sonocataliza și argila bazică catalizată Michael Adăugarea de imidazol

Martin-Aranda et al. (2002) a profitat de ultrasonication și efectele sale sonochimice pentru a dezvolta o nouă cale de sinteză a derivaților de imidazol N-substituiți 21 prin adăugarea Michael de imidazol la etilacrilat catalizat de argile bazice, și anume Li+ și Cs + montmorillonites. Folosind activarea cu ultrasunete, imidazolul a fost condensat cu acrilat de etil folosind cele două argile bazice – Montmoriloniți Li+ și Cs+. Argilele alcaline, cum ar fi montmorilonții Li+ și Cs + sunt catalizatori activi și foarte selectivi sub sonicare, prezentând astfel efecte pozitive asupra adăugării Michael de imidazol la acrilat de etil. Cataliza promovată sonochimic promovează și îmbunătățește formarea derivaților de imidazol N-substituiți în comparație cu alte reacții convenționale de încălzire termică. Conversia crește odată cu bazicalitatea argilelor și timpul până la ultrasonication. Randamentul a fost mai mare atunci când montmorilonitele Cs + au fost utilizate în comparație cu Li+, ceea ce ar putea fi explicat datorită bazicității mai mari. (Vezi schema de reacție de mai jos)

Reacție sonocatalitică: Michael adăugarea de imidazol la acrilat de etil(schemă adaptată după Mohapatra et al, 2018.)

O altă adăugare Michael asistată de ultrasunete este cataliza indudolului promovat de acidul sulfuric de siliciu. Li et al. (2006) a reacționat acid sulfuric de siliciu și α,β-cetone nesaturate sub ultrasonication, în scopul de a obține randamentele β-indolylketones de 50-85% la temperatura camerei.

Reacții Aza-Michael fără solvenți și fără catalizatori

Adăugarea conjugată de amine la alchenele conjugate – cunoscută sub numele de reacția aza-Michael – este un pas chimic cheie pentru sinteza diferitelor produse naturale complexe, antibiotice, a-amino alcooli și auxiliari chirali. Ultrasonication sa dovedit capabil să promoveze o astfel de reacție de adiție aza-Michael într-un cadru fără solvenți și fără catalizator.

Reacția aza-Michael indusă de ultrasunete în apă a fost testată cu mai multe amine și cetone nesaturate, nitril nesaturat și ester nesaturat. Reacția promovată sonochimic a dat randamente ridicate într-o procedură rapidă și simplă.studiu și tabel: © Bandyopadhyay et al., 2012

O ușoară adăugare Michael de ferocenilenone cu amine alifatice poate fi rulată într-o reacție promovată sonochimic fără utilizarea solvenților și catalizatorilor la temperatura camerei. Acest adaos sonochimic Michael poate permite compușii 1-ferocenil-3-amino carbonil într-un proces rapid care oferă randamente ridicate, ceea ce este, de asemenea, eficient în reacția aza-Michael a altor compuși carbonilici α,β-nesaturați, cum ar fi calcone, esteri carboxilici etc. Această reacție sonochimică nu este doar foarte simplă și ușor de manevrat, ci și un proces rapid, ecologic și ieftin, care sunt atribute ale chimiei verzi. (Yang și colab., 2005)
Grupul de cercetare al Banik a dezvoltat un alt protocol simplu, simplu, rapid, fără catalizator mediat de apoasă pentru reacția de adiție aza-Michael a mai multor amine la compuși carbonilici α,β-nesaturați aplicând ultrasonication. Adăugarea indusă sonochimic a mai multor amine la cetone, esteri și nitrili nesaturați α,β a fost efectuată foarte eficient în apă, precum și în condiții fără solvenți. Nu au fost utilizați catalizatori sau suporturi solide în această metodă. O îmbunătățire remarcabilă a ratei de reacție a fost observată în apă prin metoda indusă de ultrasunete. Această procedură inofensivă pentru mediu a asigurat formarea curată a produselor cu selectivitate sporită. (Bandyopadhyay și colab., 2012)

Efectele solvenților și tratamentului sonochimic asupra reacției aza-Michael a piperidinei (1 ml) și a acrilatului de metil (1 ml) în 1 ml solvent.studiu și tabel: © Bandyopadhyay et al., 2012

Sonde cu ultrasunete și reactoare pentru reacții sonochimice

Hardware-ul sofisticat și software-ul inteligent al ultrasonicators Hielscher sunt concepute pentru a garanta prelucrarea sonochimică fiabilă, de exemplu, efectuarea sintezei organice și a reacțiilor de cataliză cu rezultate reproductibile și în mod ușor de utilizat.
Hielscher Ultrasonics sisteme sunt utilizate în întreaga lume pentru procesele sonochimice, inclusiv reacții sintetice organice, ar fi adaosurile Michael, reacția Mannich, reacția Diels-Alder și multe alte reacții de cuplare. Dovedit a fi fiabil pentru sinteza randamentelor ridicate de produse chimice de înaltă calitate, ultrasonicators Hielscher nu sunt utilizate numai în setările de laborator, dar, de asemenea, în producția industrială. Datorită robusteții și întreținerii reduse, ultrasonicators noastre sunt instalate în mod obișnuit pentru aplicații grele și în medii solicitante.
Hielscher procesoare cu ultrasunete pentru sinteze sonochimice, catalize, cristalizare și alte reacții sunt deja instalate la nivel mondial la scară comercială. Contactați-ne acum pentru a discuta despre procesul dvs. de fabricație sonochimică! Personalul nostru bine experimentat va fi bucuros să împărtășească mai multe informații despre calea de sinteză sonochimică, sistemele cu ultrasunete și prețurile!

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:

Literatură? Referințe