Ultraljud främjas Michael tillägg reaktion

Asymmetriska Michael reaktioner är en typ av organokatalytiska reaktioner, som kan dra stor nytta av ultraljudsbehandling. Michael-reaktionen eller Michael-tillsatsen används ofta för kemiska synteser, där kol-kolbindningar bildas under milda förhållanden. Ultraljud och dess sonokemiska effekter är mycket effektiva för att driva och främja Michael reaktioner som resulterar i högre utbyten, betydligt minskad reaktionstid och samtidigt bidrar till miljövänlig grön kemi.

Sonokemi och Michael-tillägget

Sonokemi är väl etablerad för sina positiva effekter på kemiska reaktioner – vilket ofta resulterar i högre avkastning, accelererad reaktionshastighet, mildare, miljövänligare förhållanden samt säker och enkel drift. Detta innebär att sonokemi är en effektiv och ofarlig metod för att aktivera, främja och driva syntetiska och katalytiska kemiska reaktioner. Mekanismen för ultraljudsbearbetning och sonokemi är baserad på fenomenet akustisk kavitation, som inducerar unika förhållanden med mycket höga tryck och temperaturer genom den våldsamma kollapsen av bubblor i ett flytande medium. Effekterna av ultraljud eller akustisk kavitation initierar reaktioner genom införandet av hög energi, förbättrar massöverföringen och underlättar därmed kemiska omvandlingar.
Mikaelreaktionen eller Mikael-additionen är den nukleofila tillsatsen av en karbanjon eller en annan nukleofil till en α β-omättad karbonylförening som innehåller en elektrontillbakadragande grupp. Mikaelreaktionen grupperas i den större klassen av konjugatadditioner. Uppskattad som en av de mest användbara metoderna för mild bildning av kol-kolbindningar, används Michael-tillsatsen i stor utsträckning för organisk syntes av mångfaldiga ämnen. Det finns många asymmetriska varianter av Mikael-additionen, som är en typ av organokatalytiska reaktioner.

Sonokatalys och grundläggande lerkatalyserad Mikael-tillsats av imidazol

Martin-Aranda et al. (2002) utnyttjade ultraljud och dess sonokemiska effekter för att utveckla en ny syntesväg av N-substituerade imidazolderivat 21 genom Michael-tillsats av imidazol till etylakrylat katalyserad av grundläggande leror, nämligen Li + och Cs + montmorilloniter. Med hjälp av ultraljudsaktivering kondenserades imidazol med etylakrylat med hjälp av de två grundläggande lerorna – Li+ och Cs+ montmorilloniter. Alkaliska leror som Li+ och Cs+ montmorilloniter är aktiva och mycket selektiva katalysatorer under ultraljudsbehandling, vilket visar positiva effekter på Michael-tillsatsen av imidazol till etylakrylat. Sonokemiskt främjad katalys främjar och förbättrar bildningen av N-substituerade imidasolderivat jämfört med andra konventionella termiska uppvärmningsreaktioner. Omvandlingen ökar med lerans basicitet och tiden till ultraljud. Avkastningen var högre när Cs+ montmorilloniter användes jämfört med Li+, vilket kan förklaras av den högre basiciteten. (Se reaktionsschema nedan)

Sonokatalytisk reaktion: Michael tillsats av imidazol till etylakrylat
(schema anpassat från Mohapatra et al, 2018.)

En annan ultraljudsassisterad Michael-tillsats är kiseldioxidsulfursyra som främjas katalys av indol. Li et al. (2006) reagerade kiseldioxid, svavelsyra och α,β-omättade ketoner under ultraljud för att erhålla β-indolylketoner, utbyten på 50–85% vid rumstemperatur.

Lösningsmedelsfria och katalysatorfria Aza-Michael-reaktioner

Konjugattillsats av aminer till konjugerade alkener – känd som aza-Michael-reaktion – är ett kemiskt nyckelsteg för syntesen av olika komplexa naturprodukter, antibiotika, A-aminoalkoholer och kirala hjälpmedel. Ultraljud har visat sig kunna främja en sådan aza-Michael tillsatsreaktion i en lösningsmedelsfri och katalysatorfri miljö.

Den ultraljudsinducerade aza-Michael-reaktionen i vatten har testats med flera aminer och omättade ketoner, omättad nitril och omättad ester. Den sonokemiskt främjade reaktionen gav höga utbyten i en snabb och enkel procedur.
studie och tabell: © Bandyopadhyay et al., 2012

En enkel Mikael-tillsats av ferrocenylenoner med alifatiska aminer kan köras i en sonokemiskt främjad reaktion utan användning av lösningsmedel och katalysatorer vid rumstemperatur. Detta sonokemiska Michael-tillägg har råd med 1-ferrocenyl-3-aminokarbonylföreningar i en snabb process som ger höga utbyten, vilket också är effektivt i aza-Michael-reaktionen av andra α,β-omättade karbonylföreningar såsom chalkon, karboxylester etc. Denna sonokemiska reaktion är inte bara mycket enkel och lätt att hantera, det är också en snabb, miljövänlig och billig process, som är attribut för grön kemi. (Yang et al., 2005)
Forskargruppen i Banik utvecklade en annan enkel, okomplicerad, snabb, vattenhaltig-medierad katalysator-fri protokoll för aza-Michael additionsreaktion av flera aminer till α,β-omättade karbonylföreningar som tillämpar ultraljud. Den sonokemiskt inducerade tillsatsen av flera aminer till α,β-omättade ketoner, estrar och nitriler har utförts mycket effektivt i vatten såväl som under lösningsmedelsfria förhållanden. Inga katalysatorer eller solida stöd har använts i denna metod. Anmärkningsvärd förbättring av reaktionshastigheten har observerats i vatten under ultraljudsinducerad metod. Denna miljövänliga procedur har gett en ren bildning av produkterna med ökad selektivitet. (Bandyopadhyay et al., 2012)

Effekter av lösningsmedel och sonokemisk behandling på aza-Michael-reaktionen av piperidin (1 ml) och metylakrylat (1 ml) i 1 ml lösningsmedel.
studie och tabell: © Bandyopadhyay et al., 2012

Ultraljudssonder och reaktorer för sonokemiska reaktioner

Den sofistikerade hårdvaran och smarta programvaran i Hielscher ultraljudsapparater är utformade för att garantera tillförlitlig sonokemisk bearbetning, t.ex. utföra organisk syntes och katalysreaktioner med reproducerbara resultat och på ett användarvänligt sätt.
Hielscher ultraljudssystem används över hela världen för sonokemiska processer inklusive organiska syntetiska reaktioner såsom Michael-tilläggen, Mannich-reaktionen, Diels-Alder-reaktionen och många andra kopplingsreaktioner. Hielscher ultraljudsapparater har visat sig vara tillförlitliga för syntes av höga utbyten av högkvalitativa kemiska produkter och används inte bara i laboratorier utan också i industriell produktion. På grund av deras robusthet och låga underhåll installeras våra ultraljudsapparater vanligtvis för tunga applikationer och i krävande miljöer.
Hielscher ultraljudsprocessorer för sonokemiska synteser, katalyser, kristallisation och andra reaktioner är redan installerade över hela världen i kommersiell skala. Kontakta oss nu för att diskutera din sonokemiska tillverkningsprocess! Vår erfarna personal delar gärna med sig av mer information om den sonokemiska syntesvägen, ultraljudssystem och priser!

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Litteratur / Referenser