Ultratovush yordamida jadallashtirilgan Michael birikish reaksiyasi

Asimmetrik Michael reaksiyalari organokatalitik reaksiyalarning bir turi boʻlib, ultratovush bilan ishlov berish ularga katta foyda keltirishi mumkin. Michael reaksiyasi yoki Michael birikishi yumshoq sharoitlarda uglerod–uglerod bogʻlari hosil qilinadigan kimyoviy sintezlarda keng qoʻllaniladi. Ultratovush bilan ishlov berish va uning sonokimyoviy taʼsirlari Michael reaksiyalarini amalga oshirish va jadallashtirishda juda samarali boʻlib, yuqoriroq unum, reaksiya vaqtining sezilarli qisqarishini taʼminlaydi hamda ayni vaqtda atrof-muhitga zarar yetkazmaydigan yashil kimyoga hissa qoʻshadi.

Sonokimyo va Michael birikishi

Sonokimyoning kimyoviy reaksiyalarga foydali taʼsiri yaxshi oʻrganilgan – u koʻpincha yuqoriroq unum, reaksiya tezligining oshishi, yumshoqroq, atrof-muhitga zarar yetkazmaydigan sharoitlar, shuningdek, xavfsiz va oddiy ishlashni taʼminlaydi. Bu sonokimyo sintetik va katalitik kimyoviy reaksiyalarni faollashtirish, jadallashtirish va amalga oshirishning samarali hamda zararsiz usuli ekanini anglatadi. Ultratovush bilan ishlov berish va sonokimyo mexanizmi akustik kavitatsiya hodisasiga asoslanadi. Bu hodisa suyuq muhitdagi pufakchalarning keskin qulashi orqali juda yuqori bosim va haroratlarning oʻziga xos sharoitlarini yuzaga keltiradi. Ultratovushli yoki akustik kavitatsiya taʼsirlari yuqori energiya kiritish orqali reaksiyalarni boshlaydi, massa almashinuvini yaxshilaydi va shu tariqa kimyoviy oʻzgarishlarni osonlashtiradi.
Michael reaksiyasi yoki Michael birikishi karbanion yoki boshqa nukleofilning elektron tortuvchi guruhni oʻz ichiga olgan α,β-toʻyinmagan karbonil birikmaga nukleofil birikishidir. Michael reaksiyasi konʼyugat birikish reaksiyalarining kengroq sinfiga kiradi. Uglerod–uglerod bogʻlarini yumshoq sharoitlarda hosil qilishning eng foydali usullaridan biri sifatida qadrlanadigan Michael birikishi turli xil moddalarning organik sintezida keng qoʻllaniladi. Michael birikishining koʻplab asimmetrik variantlari mavjud boʻlib, ular organokatalitik reaksiyalarning bir turidir.

Sonokataliz va asosli gillar katalizlaydigan imidazolning Michael birikishi

Martin-Aranda va boshqalar (2002) asosli gillar, yaʼni Li+ va Cs+ montmorillonitlari katalizlaydigan imidazolning etil akrilatga Michael birikishi orqali N-almashingan imidazol hosilalari 21 ni sintez qilishning yangi yoʻlini ishlab chiqish uchun ultratovush bilan ishlov berish va uning sonokimyoviy taʼsirlaridan foydalandilar. Ultratovushli faollashtirishda imidazol ikki asosli gil – Li+ va Cs+ montmorillonitlaridan foydalanib etil akrilat bilan kondensatsiyalandi. Li+ va Cs+ montmorillonitlari kabi ishqoriy gillar ultratovush bilan ishlov berish sharoitida faol va juda selektiv katalizatorlar boʻlib, imidazolning etil akrilatga Michael birikishiga ijobiy taʼsir koʻrsatadi. Sonokimyoviy taʼsir yordamida jadallashtirilgan kataliz boshqa anʼanaviy termik qizdirish reaksiyalariga nisbatan N-almashingan imidazol hosilalarining hosil boʻlishini jadallashtiradi va yaxshilaydi. Konversiya gillar asosligining va ultratovush bilan ishlov berish davomiyligining ortishi bilan oshadi. Cs+ montmorillonitlari qoʻllanilganda unum Li+ ga nisbatan yuqoriroq boʻldi, bu yuqoriroq asoslik bilan izohlanishi mumkin. (Quyidagi reaksiya sxemasiga qarang)

Sonokatalitik reaksiya: imidazolning etil akrilatga Michael birikishi
(sxema Mohapatra va boshqalar, 2018 manbasidan moslashtirilgan.)

Ultratovush yordamida amalga oshiriladigan yana bir Michael birikishi silika sulfat kislota yordamida jadallashtiriladigan indol katalizidir. Li va boshqalar (2006) xona haroratida β-indolilketonlarni 50–85% unum bilan olish uchun silika sulfat kislotani α,β-toʻyinmagan ketonlar bilan ultratovush bilan ishlov berish sharoitida reaksiyaga kiritdilar.

Erituvchisiz va katalizatorsiz aza-Michael reaksiyalari

Aminlarning konʼyugatsiyalangan alkenlarga konʼyugat birikishi – aza-Michael reaksiyasi deb ataladi – turli murakkab tabiiy mahsulotlar, antibiotiklar, a-aminospirtlar va xiral yordamchi moddalar sintezining muhim kimyoviy bosqichidir. Ultratovush bilan ishlov berish bunday aza-Michael birikish reaksiyasini erituvchisiz va katalizatorsiz sharoitda jadallashtira olishi koʻrsatilgan.

Suvda ultratovush taʼsirida yuzaga keltiriladigan aza-Michael reaksiyasi bir nechta aminlar va toʻyinmagan ketonlar, toʻyinmagan nitril hamda toʻyinmagan efir bilan sinovdan oʻtkazilgan. Sonokimyoviy taʼsir yordamida jadallashtirilgan reaksiya tez va oddiy tartibda yuqori unum berdi.
tadqiqot va jadval: © Bandyopadhyay va boshqalar, 2012

Ferrotsenilenonlarning alifatik aminlar bilan oson Michael birikishini xona haroratida erituvchilar va katalizatorlardan foydalanmasdan sonokimyoviy taʼsir yordamida jadallashtirilgan reaksiyada amalga oshirish mumkin. Ushbu sonokimyoviy Michael birikishi yuqori unum beradigan tez jarayonda 1-ferrotsenil-3-amino karbonil birikmalarini hosil qilishi mumkin. Bu jarayon xalkon, karboksil kislota efiri va boshqa α,β-toʻyinmagan karbonil birikmalarning aza-Michael reaksiyasida ham samaralidir. Ushbu sonokimyoviy reaksiya nafaqat juda oddiy va amalga oshirish oson, balki tez, atrof-muhitga zarar yetkazmaydigan va arzon jarayon hamdir; bular yashil kimyoning xususiyatlaridir. (Yang va boshqalar, 2005)
Banik tadqiqot guruhi ultratovush bilan ishlov berishni qoʻllagan holda bir nechta aminlarning α,β-toʻyinmagan karbonil birikmalarga aza-Michael birikish reaksiyasi uchun yana bir oddiy, bevosita, tez, suvli muhitda amalga oshiriladigan katalizatorsiz protokolni ishlab chiqdi. Bir nechta aminlarning α,β-toʻyinmagan ketonlar, efirlar va nitrillarga sonokimyoviy taʼsirda birikishi suvda ham, erituvchisiz sharoitlarda ham juda samarali amalga oshirildi. Ushbu usulda katalizatorlar yoki qattiq tayanchlardan foydalanilmadi. Suvda ultratovush taʼsirida amalga oshiriladigan usulda reaksiya tezligining sezilarli oshishi kuzatildi. Atrof-muhitga zarar yetkazmaydigan bu tartib mahsulotlarning yuqoriroq selektivlik bilan toza hosil boʻlishini taʼminladi. (Bandyopadhyay va boshqalar, 2012)

1 mL erituvchida piperidin (1 mL) va metil akrilatning (1 mL) aza-Michael reaksiyasiga erituvchilar va sonokimyoviy ishlov berishning taʼsiri.
tadqiqot va jadval: © Bandyopadhyay va boshqalar, 2012

Sonokimyoviy reaksiyalar uchun ultratovushli zondlar va reaktorlar

Hielscher ultratovush qurilmalarining ilgʻor apparat taʼminoti va aqlli dasturiy taʼminoti ishonchli sonokimyoviy ishlov berishni, masalan, organik sintez va kataliz reaksiyalarini takror hosil qilinadigan natijalar bilan hamda foydalanuvchi uchun qulay tarzda amalga oshirishni kafolatlash uchun ishlab chiqilgan.
Hielscher Ultrasonics tizimlari butun dunyoda sonokimyoviy jarayonlar, jumladan, Michael birikishlari, Mannich reaksiyasi, Diels-Alder reaksiyasi va boshqa koʻplab biriktirish reaksiyalari kabi organik sintez reaksiyalari uchun qoʻllaniladi. Yuqori sifatli kimyoviy mahsulotlarni yuqori unum bilan sintez qilishda ishonchliligi isbotlangan Hielscher ultratovush qurilmalari nafaqat laboratoriya sharoitida, balki sanoat ishlab chiqarishida ham qoʻllaniladi. Mustahkamligi va kam texnik xizmat talab qilishi sababli ultratovush qurilmalarimiz koʻpincha ogʻir yuklamali qoʻllanishlar va murakkab ish sharoitlari uchun oʻrnatiladi.
Sonokimyoviy sintezlar, kataliz, kristallanish va boshqa reaksiyalar uchun Hielscher ultratovush protsessorlari butun dunyoda tijorat miqyosida allaqachon oʻrnatilgan. Sonokimyoviy ishlab chiqarish jarayoningizni muhokama qilish uchun hoziroq biz bilan bogʻlaning! Katta tajribaga ega xodimlarimiz sonokimyoviy sintez yoʻli, ultratovush tizimlari va narxlar haqida qoʻshimcha maʼlumotni bajonidil taqdim etadilar!

Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi:

Adabiyotlar / Manbalar

• 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.