Ultrazvočno promovirana reakcija dodajanja Michaela

Asimetrične Michaelove reakcije so vrsta organokatalitnih reakcij, ki lahko močno koristijo ultrazvočnemu razbijanju. Michaelova reakcija ali Michaelov dodatek se pogosto uporablja za kemijske sinteze, kjer se v blagih pogojih tvorijo vezi ogljik-ogljik. Ultrasonication in njegovi sonokemični učinki so zelo učinkoviti pri spodbujanju in spodbujanju Michaelovih reakcij, kar ima za posledico višje donose, znatno skrajšani reakcijski čas in hkrati prispeva k okolju prijazni zeleni kemiji.

Sonokemija in Michaelov dodatek

Sonokemija je dobro uveljavljena zaradi svojih koristnih učinkov na kemijske reakcije – Pogosto imajo za posledico višje donose, pospešeno hitrost reakcije, blažje, okolju prijazne pogoje ter varčevanje in enostavno upravljanje. To pomeni, da je sonokemija učinkovita in neškodljiva metoda za aktiviranje, spodbujanje in vodenje sintetičnih in katalitskih kemijskih reakcij. Mehanizem ultrazvočne obdelave in sonokemije temelji na pojavu akustične kavitacije, ki povzroča edinstvene pogoje zelo visokih tlakov in temperatur z nasilnim propadom mehurčkov v tekočem mediju. Učinki ultrazvočne ali akustične kavitacije sprožijo reakcije z uvedbo visoke energije, izboljšajo prenos mase in s tem olajšajo kemične transformacije.
Michaelova reakcija ali Michaelov dodatek je nukleofilni dodatek karbaniona ali drugega nukleofila α.β-nenasičeni karbonilni spojini, ki vsebuje skupino, ki umika elektrone. Michaelova reakcija je združena v večji razred konjugiranih dodatkov. Michaelov dodatek, ki je cenjen kot ena najbolj uporabnih metod za blago tvorbo vezi ogljik-ogljik, se pogosto uporablja za organsko sintezo mnogovrstnih snovi. Obstaja veliko asimetričnih različic Michaelovega dodatka, ki so vrsta organokatalitskih reakcij.

Sonocataliza in bazična glina katalizirala Michael Dodatek imidazola

(2002) so izkoristili ultrazvočne učinke in njene sonokemične učinke, da bi razvili novo sintezo N-substituiranih derivatov imidazola 21 z Michaelovim dodatkom imidazola etilakalatu, kataliziranemu z bazičnimi glinami, in sicer Li+ in Cs + montmorilloniti. Z ultrazvočno aktivacijo je bil imidazol kondenziran z etil akrilatom z uporabo dveh osnovnih glin – Li+ in Cs+ montmorilloniti. Alkalne gline, kot so Li + in Cs + montmoriloniti, so aktivni in zelo selektivni katalizatorji pod ultrazvočnim razbijanjem, s čimer kažejo pozitivne učinke na Michael dodatek imidazola etil akrilatu. Sonokemično spodbujana kataliza spodbuja in izboljšuje tvorbo N-substituiranih derivatov imidazola v primerjavi z drugimi običajnimi reakcijami toplotnega segrevanja. Pretvorba se povečuje z bazičnostjo gline in časom do ultrazvoka. Donos je bil večji, ko so bili uporabljeni montmoriloniti Cs+ v primerjavi z Li+, kar je mogoče razložiti zaradi večje bazičnosti. (Glej spodnjo reakcijsko shemo)

Sonocatalitična reakcija: Michaelov dodatek imidazola etil akrilatu
(shema, prilagojena po Mohapatra et al, 2018.)

Še en ultrazvočni dodatek Michaela je silicijev žveplov kislin, ki spodbuja katalizo indola. Li et al. (2006) so reagirali s silicijevo žveplovo kislino in α,β-nenasičenimi ketoni pod ultrazvočno razbijanjem, da bi dobili donos β-indolilketonov 50–85% pri sobni temperaturi.

Aza-Michaelove reakcije brez topil in brez katalizatorja

Konjugirano dodajanje aminov konjugiranim alkenom – znan kot reakcija aza-Michael – je kemični ključni korak za sintezo različnih kompleksnih naravnih proizvodov, antibiotikov, a-aminoalkoholov in kiralnih pomožnih snovi. Ultrasonication je pokazal, da lahko spodbuja takšno reakcijo aza-Michael v okolju brez topil in brez katalizatorja.

Ultrazvočno povzročena aza-michaelova reakcija v vodi je bila preizkušena z več amini in nenasičenimi ketoni, nenasičenim nitrilom in nenasičenim estrom. Sonokemično spodbujana reakcija je dala visoke donose v hitrem in preprostem postopku.
študija in tabela: © Bandyopadhyay et al., 2012

Lahek Michael dodatek ferocenenonov z alifatskimi amini se lahko izvede v sonokemično spodbujani reakciji brez uporabe topil in katalizatorjev pri sobni temperaturi. Ta sonokemični dodatek Michaela si lahko privošči 1-ferocenil-3-amino karbonilne spojine v hitrem procesu, ki daje visoke donose, kar je učinkovito tudi pri aza-Michael reakciji drugih α,β-nenasičenih karbonilnih spojin, kot so halkon, karboksilni ester itd. Ta sonokemična reakcija ni le zelo preprosta in enostavna za uporabo, temveč je tudi hiter, okolju prijazen in poceni proces, ki so atributi zelene kemije. (Yang et al., 2005)
Raziskovalna skupina Banik je razvila še en preprost, neposreden, hiter protokol brez katalizatorja, ki ga posreduje voda, za aza-Michaelovo reakcijo dodajanja več aminov v α.β-nenasičene karbonilne spojine z uporabo ultrazvočnih spojin. Sonokemično inducirano dodajanje več aminov α.β-nenasičenim ketonom, estrom in nitrilom je bilo izvedeno zelo učinkovito v vodi in v pogojih brez topil. Pri tej metodi niso bili uporabljeni katalizatorji ali trdni nosilci. Izjemno povečanje hitrosti reakcije so opazili v vodi z ultrazvočno metodo. Ta okolju neškodljiv postopek je zagotovil čisto oblikovanje izdelkov z večjo selektivnostjo. (Bandyopadhyay et al., 2012)

Učinki topil in sonokemične obdelave na aza-Michaelovo reakcijo piperidina (1 ml) in metil akrilata (1 ml) v 1 ml topila.
študija in tabela: © Bandyopadhyay et al., 2012

Ultrazvočne sonde in reaktorji za sonokemične reakcije

Prefinjena strojna in pametna programska oprema Hielscherjevih ultrazvočnih aparatov sta zasnovani tako, da zagotavljajo zanesljivo sonokemično obdelavo, npr. izvajanje reakcij organske sinteze in katalize s ponovljivimi rezultati in na uporabniku prijazen način.
Hielscherjevi ultrazvočni sistemi se uporabljajo po vsem svetu za sonokemične procese, vključno z organskimi sintetskimi reakcijami, kot so Michaelovi dodatki, Mannichova reakcija, Diels-Alderjeva reakcija in številne druge spojne reakcije. Ultrazvočni aparati Hielscher, ki so se izkazali za zanesljive za sintezo visokih donosov visokokakovostnih kemičnih izdelkov, se ne uporabljajo samo v laboratorijskih okoljih, ampak tudi v industrijski proizvodnji. Zaradi svoje robustnosti in nizkega vzdrževanja so naši ultrazvočni aparati običajno nameščeni za težke aplikacije in v zahtevnih okoljih.
Hielscher ultrazvočni procesorji za sonokemične sinteze, katalize, kristalizacijo in druge reakcije so že nameščeni po vsem svetu v komercialnem obsegu. Kontaktirajte nas zdaj, da se pogovorite o vašem sonokemičnem proizvodnem procesu! Naše izkušeno osebje bo z veseljem delilo več informacij o poti sonokemične sinteze, ultrazvočnih sistemih in cenah!

Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:

Literatura / Reference