Reaksioni i adicionit të Michael i nxitur me ultratinguj

Reaksionet asimetrike të Michael janë një lloj reaksionesh organokatalitike që mund të përfitojnë shumë nga trajtimi me ultratinguj. Reaksioni i Michael ose adicioni i Michael përdoret gjerësisht për sinteza kimike, ku lidhjet karbon–karbon formohen në kushte të buta. Trajtimi me ultratinguj dhe efektet e tij sonokimike janë shumë efikase në zhvillimin dhe nxitjen e reaksioneve të Michael, duke sjellë rendimente më të larta, kohë reaksioni dukshëm më të shkurtër dhe duke kontribuar njëkohësisht në kiminë e gjelbër miqësore me mjedisin.

Sonokimia dhe adicioni i Michael

Sonokimia është e mirënjohur për efektet e saj të dobishme në reaksionet kimike – shpesh duke sjellë rendimente më të larta, shpejtësi më të madhe të reaksionit, kushte më të buta e miqësore me mjedisin, si dhe funksionim të sigurt e të thjeshtë. Kjo do të thotë se sonokimia është një metodë efikase dhe e padëmshme për të aktivizuar, nxitur dhe zhvilluar reaksione kimike sintetike dhe katalitike. Mekanizmi i përpunimit me ultratinguj dhe i sonokimisë bazohet në fenomenin e kavitacionit akustik, i cili krijon kushte unike me presione dhe temperatura shumë të larta përmes shembjes së vrullshme të flluskave në një mjedis të lëngshëm. Efektet e kavitacionit ultrasonik ose akustik nisin reaksionet duke futur energji të lartë dhe përmirësojnë transferimin e masës, duke lehtësuar kështu shndërrimet kimike.
Reaksioni i Michael ose adicioni i Michael është adicioni nukleofilik i një karbanioni ose i një nukleofili tjetër te një përbërje karbonilike α,β-e-pangopur që përmban një grup tërheqës të elektroneve. Reaksioni i Michael përfshihet në klasën më të gjerë të adicioneve të konjuguara. I vlerësuar si një nga metodat më të dobishme për formimin e lidhjeve karbon–karbon në kushte të buta, adicioni i Michael përdoret gjerësisht për sintezën organike të substancave të shumta. Ekzistojnë shumë variante asimetrike të adicionit të Michael, të cilat janë një lloj reaksionesh organokatalitike.

Sonokataliza dhe adicioni i Michael i imidazolit i katalizuar nga argjila bazike

Martin-Aranda et al. (2002) shfrytëzuan trajtimin me ultratinguj dhe efektet e tij sonokimike për të zhvilluar një rrugë të re sinteze të derivateve 21 të imidazolit të N-zëvendësuar përmes adicionit të Michael të imidazolit tek akrilati i etilit, të katalizuar nga argjila bazike, konkretisht montmorilonite Li+ dhe Cs+. Me aktivizim ultrasonik, imidazoli u kondensua me akrilatin e etilit duke përdorur dy argjilat bazike – montmorilonitet Li+ dhe Cs+. Argjilat alkaline si montmorilonitet Li+ dhe Cs+ janë katalizatorë aktivë dhe shumë selektivë gjatë trajtimit me ultratinguj, duke treguar kështu efekte pozitive në adicionin e Michael të imidazolit tek akrilati i etilit. Kataliza e nxitur sonokimikisht nxit dhe përmirëson formimin e derivateve të imidazolit të N-zëvendësuar në krahasim me reaksione të tjera konvencionale me ngrohje termike. Konvertimi rritet me bazicitetin e argjilave dhe me kohëzgjatjen e trajtimit me ultratinguj. Rendimenti ishte më i lartë kur u përdorën montmorilonite Cs+ në krahasim me Li+, gjë që mund të shpjegohet nga baziciteti më i lartë. (Shihni skemën e reaksionit më poshtë)

Reaksion sonokatalitik: adicioni i Michael i imidazolit tek akrilati i etilit
(skemë e përshtatur nga Mohapatra et al, 2018.)

Një tjetër adicion i Michael i asistuar nga ultratingujt është kataliza e indolit e nxitur nga acidi sulfurik i mbështetur në silicë. Li et al. (2006) vunë në reaksion acidin sulfurik të mbështetur në silicë dhe ketonet α,β-të-pangopura gjatë trajtimit me ultratinguj për të përftuar β-indolilketone me rendimente prej 50–85% në temperaturën e dhomës.

Reaksione aza-Michael pa tretës dhe pa katalizatorë

Adicioni i konjuguar i aminave tek alkenet e konjuguara – i njohur si reaksioni aza-Michael – është një hap kimik kyç për sintezën e produkteve të ndryshme natyrore komplekse, antibiotikëve, a-aminoalkooleve dhe ndihmësve kiralë. Është treguar se trajtimi me ultratinguj është në gjendje të nxitë një reaksion të tillë adicioni aza-Michael në kushte pa tretës dhe pa katalizatorë.

Reaksioni aza-Michael i induktuar nga ultratingujt në ujë është testuar me disa amina dhe ketone të pangopura, nitril të pangopur dhe ester të pangopur. Reaksioni i nxitur sonokimikisht dha rendimente të larta me një procedurë të shpejtë dhe të thjeshtë.
studimi dhe tabela: © Bandyopadhyay et al., 2012

Një adicion i lehtë i Michael i ferrocenilenoneve me amina alifatike mund të kryhet në një reaksion të nxitur sonokimikisht pa përdorimin e tretësve dhe katalizatorëve në temperaturën e dhomës. Ky adicion sonokimik i Michael mund të japë përbërje karbonilike 1-ferrocenil-3-amino në një proces të shpejtë me rendimente të larta, i cili është gjithashtu efikas në reaksionin aza-Michael të përbërjeve të tjera karbonilike α,β-të-pangopura, si kalkoni, esteri karboksilik etj. Ky reaksion sonokimik është jo vetëm shumë i thjeshtë dhe i lehtë për t’u kryer, por edhe një proces i shpejtë, miqësor me mjedisin dhe me kosto të ulët, cilësi këto të kimisë së gjelbër. (Yang et al., 2005)
Grupi kërkimor i Banik zhvilloi një tjetër protokoll të thjeshtë, të drejtpërdrejtë, të shpejtë, në mjedis ujor dhe pa katalizatorë për reaksionin e adicionit aza-Michael të disa aminave te përbërjet karbonilike α,β-të-pangopura, duke zbatuar trajtimin me ultratinguj. Adicioni i induktuar sonokimikisht i disa aminave te ketonet, esteret dhe nitrilet α,β-të-pangopura është kryer me shumë efikasitet si në ujë, ashtu edhe në kushte pa tretës. Në këtë metodë nuk janë përdorur katalizatorë ose mbështetës të ngurtë. Me metodën e induktuar nga ultratingujt është vërejtur një rritje e dukshme e shpejtësisë së reaksionit në ujë. Kjo procedurë e padëmshme për mjedisin ka mundësuar formimin e pastër të produkteve me selektivitet të përmirësuar. (Bandyopadhyay et al., 2012)

Efektet e tretësve dhe të trajtimit sonokimik në reaksionin aza-Michael të piperidinës (1 mL) dhe akrilatit të metilit (1 mL) në 1 mL tretës.
studimi dhe tabela: © Bandyopadhyay et al., 2012

Sonda dhe reaktorë ultrasonikë për reaksione sonokimike

Pajisjet fizike të sofistikuara dhe softueri inteligjent i pajisjeve me ultratinguj Hielscher janë projektuar për të garantuar përpunim sonokimik të besueshëm, p.sh. kryerjen e reaksioneve të sintezës organike dhe të katalizës me rezultate të riprodhueshme dhe në një mënyrë të lehtë për përdoruesin.
Sistemet Hielscher Ultrasonics përdoren në mbarë botën për procese sonokimike, duke përfshirë reaksione të sintezës organike si adicionet e Michael, reaksioni i Mannich, reaksioni Diels-Alder dhe shumë reaksione të tjera çiftëzimi. Të provuara si të besueshme për sintezën me rendimente të larta të produkteve kimike me cilësi të lartë, pajisjet me ultratinguj Hielscher përdoren jo vetëm në kushte laboratorike, por edhe në prodhimin industrial. Falë qëndrueshmërisë së tyre dhe nevojës së ulët për mirëmbajtje, pajisjet tona me ultratinguj instalohen zakonisht për zbatime me ngarkesë të rëndë dhe në mjedise me kërkesa të larta.
Procesorët me ultratinguj Hielscher për sinteza sonokimike, kataliza, kristalizim dhe reaksione të tjera janë instaluar tashmë në mbarë botën në shkallë tregtare. Na kontaktoni tani për të diskutuar procesin tuaj të prodhimit sonokimik! Stafi ynë me përvojë të gjerë do t’ju japë me kënaqësi më shumë informacion mbi rrugën e sintezës sonokimike, sistemet me ultratinguj dhe çmimet!

Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të pajisjeve tona me ultratinguj:

Literatura / Referencat

• 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.