Ультразвукова реакція приєднання Майкла

Асиметричні реакції Майкла є різновидом органокаталітичних реакцій, які можуть отримати значну користь від ультразвуку. Реакція Міхаеля або добавка Майкла широко використовується для хімічних синтезів, де в м'яких умовах утворюються вуглець-вуглецеві зв'язки. Ультразвук та його сонохімічні ефекти є високоефективними для стимулювання та стимулювання реакцій Майкла, що призводить до підвищення врожайності, значного скорочення часу реакції та водночас сприяє створенню екологічно чистої зеленої хімії.

Сонохімія та доповнення Майкла

Сонохімія добре відома своїм благотворним впливом на хімічні реакції – Це часто призводить до підвищення врожайності, прискореної швидкості реакції, більш м'яких, екологічно чистих умов, а також економії та простоти експлуатації. Це означає, що сонохімія є ефективним і нешкідливим методом для активації, стимулювання та керування синтетичними та каталітичними хімічними реакціями. Механізм ультразвукової обробки та сонохімії заснований на явищі акустичної кавітації, яка індукує унікальні умови дуже високого тиску та температури через бурхливе колапсування бульбашок у рідкому середовищі. Ефекти ультразвукової або акустичної кавітації ініціюють реакції шляхом введення високої енергії, покращують масообмін, тим самим полегшуючи хімічні перетворення.
Реакція Майкла або добавка Майкла — це нуклеофільне приєднання карбаніона або іншого нуклеофіла до α,β-ненасиченої карбонільної сполуки, яка містить групу, що відводить електрони. Реакцію Майкла відносять до більшого класу спряжених доданків. Цінується як один з найбільш корисних методів для м'якого утворення вуглець-вуглецевих зв'язків, добавка Майкла широко використовується для органічного синтезу різноманітних речовин. Існує багато асиметричних варіантів добавки Майкла, які є різновидом органокаталітичних реакцій.

Сонокаталіз і каталіз основної глини Майкла з додаванням імідазолу

Martin-Aranda et al. (2002) скористалися перевагами ультразвуку та його сонохімічних ефектів, щоб розробити новий шлях синтезу N-заміщених похідних імідазолу 21 шляхом додавання Майкла імідазолу до етилакрилату, каталізованого основними глинами, а саме монтморилонітами Li+ та Cs+. За допомогою ультразвукової активації імідазол конденсували з етилакрилатом за допомогою двох основних глин – Монтморилоніты Li+ і Cs+. Лужні глини, такі як монтморилоніти Li+ і Cs+, є активними і дуже селективними каталізаторами при ультразвуку, тим самим демонструючи позитивний вплив на додавання імідазолу до етилакрилату. Сонохімічно стимульований каталіз сприяє і покращує утворення N-заміщених похідних імідазолу в порівнянні з іншими звичайними реакціями термічного нагрівання. Конверсія зростає зі збільшенням основності глин і часу до ультразвуку. Вихід був вищим при використанні монтморилонітів Cs+ порівняно з Li+, що можна пояснити більш високою основністю. (Див. схему реакції нижче)

Сонокаталітична реакція: додавання імідазолу до етилакрилату
(Схема адаптована з Mohapatra et al, 2018.)

Ще одним доповненням Майкла за допомогою ультразвуку є каталіз індолу, що сприяє розвитку діоксиду сірчаної кислоти. Li et al. (2006) реагували на кремнезем, сірчану кислоту та α,β-ненасичені кетони під ультразвуковим впливом, щоб отримати вихід β-індолілкетонів 50–85% при кімнатній температурі.

Реакції Аза-Майкла без розчинників і каталізаторів

Кон'юговане приєднання амінів до спряжених алкенів – відома як реакція аза-Майкла – є хімічним ключовим етапом для синтезу різних складних природних продуктів, антибіотиків, а-аміноспиртів і допоміжних хіральних речовин. Було показано, що ультразвук здатний сприяти такій реакції приєднання аза-Майкла в умовах без розчинників і каталізаторів.

Індукована ультразвуком реакція аза-Майкла у воді була протестована з кількома амінами та ненасиченими кетонами, ненасиченим нітрилом та ненасиченим ефіром. Сонохімічно пропагована реакція давала високі врожаї за швидкою і простою процедурою.
дослідження і таблиця: © Bandyopadhyay та ін., 2012

Легке додавання фероценіленонів з аліфатичними амінами може бути запущено в сонохімічно стимульованій реакції без використання розчинників і каталізаторів при кімнатній температурі. Ця сонохимическая добавка може дозволити собі 1-фероценіл-3-амінокарбонільні сполуки в швидкому процесі, що дає високі виходи, що також ефективно в реакції аза-Майкл інших α,β-ненасичених карбонільних сполук, таких як халькон, карбоксильний ефір тощо. Ця сонохімічна реакція не тільки дуже проста і зручна у використанні, вона також є швидким, екологічно чистим і недорогим процесом, який є атрибутами зеленої хімії. (Ян та ін., 2005)
Дослідницька група Баніка розробила ще один простий, зрозумілий, швидкий, опосередкований водою безкаталізаторний протокол для реакції приєднання аза-Міхаеля декількох амінів до α,β-ненасичених карбонільних сполук із застосуванням ультразвуку. Сонохімічно індуковане додавання декількох амінів до α,β-ненасичених кетонів, ефірів і нітрилів було проведено дуже ефективно як у воді, так і в умовах, вільних від розчинників. У цьому методі не використовувалися каталізатори або тверді опори. Значне збільшення швидкості реакції спостерігалося у воді при ультразвуковому методі. Ця екологічно безпечна процедура забезпечила чисте формування продуктів з підвищеною селективністю. (Бандьопадхьяй та ін., 2012)

Вплив розчинників та сонохімічної обробки на аза-міхаельську реакцію піперидину (1 мл) та метилакрилату (1 мл) в 1 мл розчинника.
дослідження і таблиця: © Bandyopadhyay та ін., 2012

Ультразвукові зонди та реактори для сонохімічних реакцій

Складне апаратне забезпечення та інтелектуальне програмне забезпечення ультразвукових систем Hielscher розроблені для гарантування надійної сонохімічної обробки, наприклад, виконання реакцій органічного синтезу та каталізу з відтворюваними результатами та зручним для користувача способом.
Ультразвукові системи Hielscher використовуються в усьому світі для сонохімічних процесів, включаючи органічні синтетичні реакції, такі як добавки Міхаеля, реакція Манніха, реакція Дільса-Альдера та багато інших реакцій сполучення. Ультразвукові апарати Hielscher, які довели свою надійність для синтезу високих виходів високоякісних хімічних продуктів, використовуються не тільки в лабораторних умовах, але і на промисловому виробництві. Завдяки своїй надійності та невибагливому обслуговуванню наші ультразвукові пристрої зазвичай встановлюються для важких умов експлуатації та в складних умовах.
Ультразвукові процесори Hielscher для сонохімічних синтезів, каталізів, кристалізації та інших реакцій вже встановлені по всьому світу в промислових масштабах. Зв'яжіться з нами зараз, щоб обговорити ваш процес виробництва сонохімічних речовин! Наш досвідчений персонал буде радий поділитися додатковою інформацією про шлях сонохімічного синтезу, ультразвукові системи та ціни!

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:

Література / Список літератури