Ultraljud främjade Michael Addition Reaktion

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

Sonochemistry och Michael addition

Sonochemistry är väletablerat för sina fördelaktiga effekter på kemiska reaktioner – ofta resulterar i högre utbyten, accelererad reaktionshastighet, mildare, miljövänligare förhållanden samt räddning och enkel drift. Detta innebär att sonochemistry är en effektiv och harmlös metod för att aktivera, främja och driva syntetiska och katalytiska kemiska reaktioner. Mekanismen för ultraljud bearbetning och sonochemistry 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, förbättra massöverföring och därigenom underlätta kemiska omvandlingar.
Michael-reaktionen eller Michael-tillägget är det nukleofila tillägget av en karbanion eller en annan nukleofil till en α β-omättad kolylförening som innehåller en elektron-utdragningsgrupp. Michael-reaktionen är grupperad i den större klassen av konjugattillskott. Michael-tillägget värderas som en av de mest användbara metoderna för mild bildning av kol-kolbindningar och används ofta för organisk syntes av många olika ämnen. Många asymmetriska varianter av Michael-tillägget finns, som är en typ av organocatalytiska reaktioner.

Sonocatalys och grundläggande lera katalyserad Michael Tillägg av Imidazole

Martin-Aranda et al. (2002) utnyttjade ultraljud och dess sonokemiska effekter för att utveckla en ny syntesväg av N-ersatta imidazolderivat 21 genom Michael-tillsats av imidazol till etylakrylat katalyserad av grundläggande leror, nämligen Li + och Cs + montmorilloniter. Med hjälp av ultraljud aktivering kondenserades imidazol med etyl akrylat 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 tillägg av imidazol till etyl akrylat. Sonochemically främjade katalys främjar och förbättrar bildandet av N-ersatta imidazolderivat jämfört med andra konventionella värme värmereaktioner. Omvandlingen ökar med grunderna i leror och tiden till ultraljud. Avkastningen var högre när Cs+ montmorilloniter användes i jämförelse med Li+, vilket kan förklaras på grund av den högre grundligheten. (Se reaktionssystemet nedan)

Sonocatalytisk reaktion: Michaels tillsats av imidazol till etylakrylat
(system anpassat från Mohapatra et al., 2018.)

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

Lösningsmedelsfria och katalysatorfria Aza-Michael-reaktioner

Konjugattillskott 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 assistenter. Ultraljud har visat sig kunna främja en sådan aza-Michael tillägg reaktion i en lösningsmedel-fri och katalysator-fri inställning.

Den ultraljud-inducerade aza-Michael reaktionen i vatten har testats med flera aminer och omättade ketoner, omättad nitril och omättad ester. Sonochemically främjade reaktionen gav höga utbyten i ett snabbt och enkelt förfarande.
studie och tabell: © Bandyopadhyay et al., 2012

En facile Michael tillägg av ferrocenylenones med alifatiska aminer kan köras i en sonochemically främjas reaktion utan användning av lösningsmedel och katalysatorer vid rumstemperatur. Detta sonokemiska Michael-tillägg har råd med 1-ferrocenyl-3-amino carbonylföreningar i en snabb process som ger höga utbyten, vilket också är effektivt i aza-Michael-reaktionen hos andra α β-omättade kolylföreningar som chalcone, 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 ett annat enkelt, enkelt, snabbt, vattenmedierat katalysatorfritt protokoll för aza-Michael-tilläggsreaktionen av flera aminer till α β-omättade kolylföreningar som applicerar 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 fasta stöd har använts i denna metod. Anmärkningsvärd förbättring av reaktionsfrekvensen har observerats i vatten under ultraljud-inducerad metod. Detta miljövänliga förfarande har gett ren bildande av produkterna med förbättrad selektivitet. (Bandyopadhyay et al., 2012)

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

Ultraljud sonder och reaktorer för sonokemiska reaktioner

Den sofistikerade hårdvaran och smarta programvaran hos Hielscher ultrasonicators är utformade för att garantera tillförlitlig sonokemisk bearbetning, t.ex. utför organisk syntes och katalysreaktioner med reproducerbara resultat och på användarvänligt sätt.
Hielscher Ultrasonics system används över hela världen för sonokemiska processer inklusive organiska syntetiska reaktioner såsom Michael tillägg, Mannich reaktion, Diels-Alder reaktion och många andra kopplingsreaktioner. Visat sig vara tillförlitlig för syntesen av höga utbyten av högkvalitativa kemiska produkter, Hielscher ultrasonicators används inte bara i laboratoriemiljöer utan också i industriell produktion. På grund av deras robusthet och låga underhåll installeras våra ultraljudsatorer ofta för tunga applikationer och i krävande miljöer.
Hielscher ultraljud processorer för sonokemiska synteser, katalyser, kristallisering och andra reaktioner är redan installerade över hela världen på kommersiell skala. Kontakta oss nu för att diskutera din sonokemiska tillverkningsprocess! Vår väl erfarna personal kommer gärna att dela mer information om den sonokemiska syntesvägen, ultraljudssystem och prissättning!

Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera:

Litteratur / Referenser