Ультразвуковая реакция сложения Майкла

Асимметричные реакции Михаэля — это тип органокаталитических реакций, которые могут значительно выиграть от ультразвуковой обработки. Реакция Майкла или добавление Майкла широко используется для химического синтеза, где углерод-углеродные связи образуются в мягких условиях. Ультразвук и его сонохимические эффекты очень эффективны в стимулировании и стимулировании реакций Майкла, что приводит к более высоким выходам, значительному сокращению времени реакции и в то же время способствует экологически чистой зеленой химии.

Сонохимия и дополнение Майкла

Сонохимия хорошо известна своим благотворным воздействием на химические реакции – Часто это приводит к более высокой производительности, ускоренной скорости реакции, более мягким, экологически чистым условиям, а также к экономии и простоте эксплуатации. Это означает, что сонохимия является эффективным и безвредным методом активации, стимулирования и запуска синтетических и каталитических химических реакций. Механизм ультразвуковой обработки и сонохимии основан на явлении акустической кавитации, которое индуцирует уникальные условия очень высоких давлений и температур за счет сильного схлопывания пузырьков в жидкой среде. Эффекты ультразвуковой или акустической кавитации инициируют реакции путем введения высокой энергии, улучшают массообмен, тем самым облегчая химические превращения.
Реакция Майкла или присоединение Майкла представляет собой нуклеофильное присоединение карбаниона или другого нуклеофила к α,β-ненасыщенному карбонильному соединению, содержащему электрон-акцепторную группу. Реакция Майкла сгруппирована в более крупный класс сопряженных добавлений. Ценится как один из наиболее полезных методов мягкого образования углерод-углеродных связей, добавка Майкла широко используется для органического синтеза разнообразных веществ. Существует множество асимметричных вариантов присоединения Майкла, которые являются разновидностью органокаталитических реакций.

Сонокатализ и основная глина катализировали добавление имидазола Майклом

Martin-Aranda et al. (2002) воспользовались преимуществами ультразвука и его сонохимических эффектов для разработки нового способа синтеза N-замещенных производных имидазола 21 путем добавления имидазола Майклом к этилакрилату, катализируемому основными глинами, а именно монтмориллонитами Li+ и Cs+. С помощью ультразвуковой активации имидазол конденсировали с этилакрилатом с использованием двух основных глин – Монтмориллониты Li+ и Cs+. Щелочные глины, такие как монтмориллониты Li+ и Cs+, являются активными и очень селективными катализаторами при ультразвуковой обработке, тем самым проявляя положительное влияние на добавление имидазола к этилакрилату Майклом. Сонохимически продуцируемый катализ способствует и улучшает образование N-замещенных производных имидазола по сравнению с другими традиционными реакциями термического нагрева. Конверсия увеличивается с увеличением основности глины и временем до ультразвука. Выход был выше при использовании монтмориллонитов Cs+ по сравнению с Li+, что можно объяснить более высокой основностью. (См. схему реакции ниже)

Сонокаталитическая реакция: добавление Майклом имидазола к этилакрилату
(Схема адаптирована из Mohapatra et al, 2018.)

Еще одним дополнением Майкла с помощью ультразвука является катализ индола, стимулируемый кремнеземной серной кислотой. Li et al. (2006) провели реакцию кремнеземистой серной кислоты и α,β-ненасыщенных кетонов под ультразвуком с целью получения выходов β-индолилкетонов 50–85% при комнатной температуре.

Реакции Аза-Майкла без растворителей и катализаторов

Конъюгированное добавление аминов к конъюгированным алкенам – известна как реакция Аза-Майкла – является ключевым химическим этапом для синтеза различных сложных природных продуктов, антибиотиков, А-аминоспиртов и хиральных вспомогательных веществ. Было показано, что ультразвук способен стимулировать такую реакцию добавления аза-Михаэля в условиях без растворителей и катализаторов.

Ультразвуковая реакция Аза-Михаэль в воде была проверена с несколькими аминами и ненасыщенными кетонами, ненасыщенным нитрилом и ненасыщенным эфиром. Сонохимически прооперированная реакция давала высокие выходы при быстрой и простой процедуре.
исследование и таблица: © Bandyopadhyay et al., 2012

Легкое добавление ферроцениленонов по методу Майкла с алифатическими аминами может быть запущено в сонохимически продуцированной реакции без использования растворителей и катализаторов при комнатной температуре. Эта сонохимическая добавка Майкла может позволить получить 1-ферроценил-3-аминокарбонильные соединения в быстром процессе, что дает высокие выходы, что также эффективно в реакции аза-Михаэля других α,β-ненасыщенных карбонильных соединений, таких как халкон, карбоновый эфир и т. д. Эта сонохимическая реакция не только очень проста и удобна в управлении, но и является быстрым, экологически чистым и недорогим процессом, что является атрибутом зеленой химии. (Янг и др., 2005)
Исследовательская группа Баника разработала еще один простой, прямолинейный, быстрый, не опосредованный водой протокол без катализатора для реакции добавления аза-Михаэля нескольких аминов в α,β-ненасыщенные карбонильные соединения с применением ультразвука. Сонохимически индуцированное добавление нескольких аминов к α,β-ненасыщенным кетонам, сложным эфирам и нитрилам было очень эффективно как в воде, так и в условиях, не содержащих растворителей. В этом методе не использовались катализаторы или твердые носители. Заметное увеличение скорости реакции наблюдалось в воде при ультразвуковом методе. Эта экологически щадящая процедура обеспечила чистое формование продуктов с повышенной селективностью. (Бандьопадхьяй и др., 2012)

Влияние растворителей и сонохимической обработки на реакцию Аза-Михаэля пиперидина (1 мл) и метилакрилата (1 мл) в 1 мл растворителя.
исследование и таблица: © Bandyopadhyay et al., 2012

Ультразвуковые зонды и реакторы для сонохимических реакций

Сложное аппаратное обеспечение и интеллектуальное программное обеспечение ультразвуковых аппаратов Hielscher разработаны для обеспечения надежной сонохимической обработки, например, выполнения реакций органического синтеза и катализа с воспроизводимыми результатами и удобным для пользователя способом.
Ультразвуковые системы Hielscher используются во всем мире для сонохимических процессов, включая органические синтетические реакции, такие как добавки Михаэля, реакция Манниха, реакция Дильса-Альдера и многие другие реакции сопряжения. Доказанная надежность для синтеза высоких выходов высококачественной химической продукции, ультразвуковые аппараты Hielscher используются не только в лабораторных условиях, но и в промышленном производстве. Благодаря своей прочности и неприхотливости в обслуживании наши ультразвуковые аппараты обычно устанавливаются для тяжелых условий эксплуатации и в сложных условиях.
Ультразвуковые процессоры Hielscher для сонохимического синтеза, катализа, кристаллизации и других реакций уже установлены во всем мире в промышленных масштабах. Свяжитесь с нами сейчас, чтобы обсудить ваш процесс сонохимического производства! Наш опытный персонал будет рад поделиться дополнительной информацией о пути сонохимического синтеза, ультразвуковых системах и ценах!

В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:

Литература / Литература