واکنش مایکل در شیمی چیست؟

شیمی دنیایی از واکنش های شیمیایی است. در تمام لحظه هایی که سپری می شوند انواعی از واکنش های شیمیایی در حال انجامند. در این میان واکنش های مرتبط با شیمی آلی نیز از جایگاه ویژه ای برخوردارند. یکی از واکنش های مهم شیمی آلی، واکنش مایکل است. واکنش مایکل یک نوع واکنش افزایشی و هسته دوست است. طی افزایش مایکل، یک کربانیون (هسته دوست) با کربونیل های آلفا و بتای غیر اشباع در حضور باز وارد واکنش می گردد. کاربرد واکنش مایکل در تشکیل پیوند کربن-کربن به صورت ملایم است. واکنش مایکل نخستین بار توسط شخصی به نام آرتور مایکل کشف گردید. اهمیت و کاربرد وسیع واکنش مایکل یک دلیل مهم دارد. درواقع تنوع زیاد هسته دوست ها موجب کاربرد گسترده اش شده است. همچنين هر آلکن فعال شده ای قادر است به عنوان یک پذيرنده مايکل عمل کند.

نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی بسیاری از مفاهیم و واکنش های علم شیمی پرداخته است. مفاهیمی مانند مول، جرم، عدد اتمی، طیف سنجی جرمی و… بررسی شده اند. در ادامه با بررسی و شناخت واکنش مایکل و اهمیت آن در شیمی همراه ما باشید.

پیشینه واکنش مایکل

در سال ۱۸۸۷ تحقیقی توسط آرتور مایکل در دانشگاه  (Tufts) صورت پذیرفت. در این تحقیقات و انجام واکنش های مختلف این دانشمند موفق به کشف این نوع واکنش افزایشی گردید. این واکنش به نام آروتور مایکل ثبت شده است. مایکل شیمیدانی آمریکایی بوده و سال های فعالیت او ۱۸۷۰ تا ۱۹۳۰ بوده است. او ثروتمند و مستقل بود و بیشتر پژوهش های خود را در آزمایشگاه شخصیش انجام می داد.

البته دانشمندی به نام رینر لودویگ کلایزندر همان سال مدعی شد  که قبل از مایکل توانسته است این واکنش افزایش هسته دوستی را کشف نماید. به گفته او و همکارش در سال ۱۸۸۳ آن ها فرآورده‌ های افزایشی به پیوند دوگانه را تحت عنوان فرآورده ‌های جانبی (Side-products) در آزمایش بر روی واکنش‌ های میعانی مالونیک اسید با آلدهید ها کشف نموده بودند. این ادعای آن‌ ها نتیجه ‌ای در بر نداشت و کشف و معرفی این واکنش به نام مایکل ثبت گردید.

چگونگی انجام واکنش مایکل

گروه‌هایی مانند سیانو (Cyano) و آسیل ‌ (Acyl)جانشین های مناسبی بر روی نوکلئوفیل هستند. این گروه ها به عنوان یک دهنده مایکل عمل می کنند. زیرا هیدروژن گروه متیلن را به هیدروژنی اسیدی تبدیل کرده و سبب تشکیل کربانیون به هنگام واکنش با یک باز می‌شوند. گروه جانشین در آلکن فعال ‌شده می‌ تواند یک کتون یا گروه نیترو باشد. این گروه جانشین، پذیرنده مایکل نام دارد. در واکنش افزايش مايکل استفاده از مقدار کمی باز يا اسيد به عنوان کاتاليزور مي تواند انجام واکنش را تسریع کند.

انواع واکنش مایکل

واکنش مایکل در حلال

از تمام حلال هايی که برای واکنش مايکل می توان به کار برد، به متانول، اتانول، دی اتيل اتر، تتراهيدروفوران، بنزن، زايلن، دياکسان و ترکيبی از اين حلال ها می توان اشاره کرد. واکنش افزايش مايکل اغلب در حلال های پروتيک بهتر صورت می پذیرد. انتقال سريع پروتون و پايداری بار حد واسط در اين حلال ها از دلایل بهتر بودن آن هاست. البته واکنش افزايش مايکل در حلال های غيرپروتيک نيز می تواند محصولاتی با راندمان بالا را توليد نمايد. انتخاب حلال، به انحلال پذيری کاتاليزور، حلالیت دهنده ها و پذيرنده های مايکل و حساسيت واکنشگرها نسبت به يک حلال خاص بستگی خواهد داشت.

واکنش مایکل بدون حلال

بيشتر حلال هایی که در واکنش های شيميايی مورد استفاده قرار می گیرند، مضر هستند. اغلب حلال ها سمی و گران قیمت نيز هستند. حلال ها بخصوص حلال های غيرپروتيک دمای جوش بالایی دارند و به سختی می توان آن ها را از محيط  واکنش حذف نمود. بنابراین واکنش های بدون حلال نه تنها از نظر زيست محيطی اهميت زيادی دارند، بلکه در بازده واکنش، انتخاب پذيری و ساده بودن روش ها نيز مفید عمل می کنند. افزايش مايکل ايندول ها و پيرول ها با نيتروالفين هايی که کمبود الکترون دارند در شرايط بدون حلال با سولفاميک اسيد کاتاليز شده اند.

بررسی مکانیسم واکنش مایکل

واکنش مایکل در سه مرحله انجام می شود. این سه بخش در ادامه بررسی شده اند.

مرحله اول: مکانیسم واکنش مایکل به این صورت است که گروه شامل کربونیل، توسط باز مورد حمله قرار می ‌گیرد. در نتیجه هیدروژن آلفا در گروه کربونیلی توسط باز گرفته شده و کربانیون تشکیل می گردد. کربانیون حاصل دارای یون‌های انولات در ۲ ساختار از ۳ ساختار رزونانس است. این انولات ها باز های ضعیف هستند و با کتون های آلفا و بتا-غیر اشباع از طریق افزایش مزدوج واکنش می دهند.

مرحله دوم: کربانیون اغلب دارای گروه های الکترون کشنده است که باعث پایداری آن می‌ شود. در این مرحله، کربانیون با کتون های آلفا و بتای غیر اشباع وارد واکنش شده و یک پیوند کربن-کربن ایجاد می‌ کند. در این مرحله، یک واکنش افزایشی رخ خواهد داد.

مرحله سوم: ترکیبی که در مرحله قبل به تولید شد پروتون‌ دهی شده و فرآورده افزایشی نهایی تولید می شود.

انواع واکنش مایکل

واکنش موسوم به موکایاما-مایکل در انواع واکنش مایکل طبقه بندی می شود. در این واکنش از یک سیلیل انول اتر به عنوان نوکلئوفیل استفاده می‌شود. سیلیل انول اترها انواعی از ترکیبات آلی هستند که در گروه عاملی خود سیلیسیم دارند. درواقع این ترکیبات شامل انولات متصل به گروه آلی-سیلیسیم هستند. این اتصالات سیلیسیومی توسط اتم اکسیژن تامین می‌گردند. اغلب در این واکنش ها از کاتالیزور تیتانیوم تتراکلرید استفاده می گردد.

واکنش آزامایکل

از مهم ترين واکنش ها در سنتز ترکيبات آلی واکنش افزايشی آزامايکل است و برای تشکيل پيوند  C-N  به کار می رود. سنتز استرهای β –آمينوآريل های مشتق شده توسط تابش ريزموج در شرايط بدون حلال در واکنش مايکل را تسريع می شود. β -آمينواستر ها و مشتقات آن ها کاربرد وسیعی در صنعت داروسازی دارند.

واکنش مایکل نا متقارن

در توليد آلکن ها در واکنش E2، آلکن پر شاخه تر بيشتر توليد  می شود. بنابراين پيوند دوگانه در يک محل خاص از مولکول بيشتر توليد می شود. به اين نوع از واکنش ها که در آن واکنشگرها نواحی از مولکول را بيشتر ترجيح می‌دهند، واکنش‌های ناحیه گزین می ‌نامند. درواقع از دو گروه عاملی واکنش ‌پذیر در نواحی مختلف مولکول تنها يکی وارد واکنش می شود. البته محصولات ناحيه گزين می‌توانند با تغيير مقادير واکنش‌دهنده‌ ها نيز سنتز شوند.

به سنتز انانتیومر گزین فرآورده واکنش مایکل نامتقارن می گویند. این واکنش‌ها از طریق انتقال فاز کایرال صورت می پذیرند. تولید نمک‌ های نوع چهارم یون آمونیم از نمونه‌ های واکنش مایکل نامتقارن است.

آلفا و بتا به چه معناست

الفبای یونانی در شیمی کاربرد های فراوانی دارند. حروف یونانی اغلب برای مشخص نمودن انواع کربن ها در آلدهید ها و کتون ها مورد استفاده قرار می گیرند. گروه کربونیل در این ترکیبات به عنوان مرجع انتخاب می شود. اولین کربن متصل به آن را آلفا و بعدی بتا نام‌گذاری می شود. به گروه های متصل نیز حروف یونانی مشابه با کربنی که به آن متصل هستند داده می شود.

آشنایی با بخش های دهنده و پذیرنده مایکل

در  این واکنش به نوکلئوفیل دهنده مایکل گفته می شود. گروه‌ های جانشین که در دهنده مایکل وجود دارند، اغلب الکترون کشنده هستند. به گروه‌ های جانشین موجود بر روی ترکیبات فعال غیر اشباع نیز پذیرنده مایکل  گفته می شود. از پذیرنده های مایکل می ‌توان به نيتريل ها، استرها، فسفات ها، سولفون ها، اسيد ها، آلدهيد ها، آميد ها، ترکيبات نيترو و کتون ها و … اشاره کرد.

سخن آخر

در این مقاله به واکنش مایکل و مکانیسم انجام آن اشاره شد. واکنش مایکل یا افزایش مایکل واکنشی افزایشی است. در این واکنش یک کربانیون به ترکیب کربونیلی آلفا بتای غیر اشباع در محیط بازی افزوده می شود. این واکنش برای تشکیل پیوندهای کربن-کربن بسیار حائز اهمیت است. البته لازم به ذکر است که این واکنش به دلیل شرایط خاصی که دارد برای طیف گسترده ای از ترکیبات قابل انجام است. شناخت واکنش های شیمیایی و کاربرد های مختلف آن می تواند مسیر پیشرفت علم و تکنولوژی را هموار نماید.

واکنش های مایکل در صنعت داروسازی کاربرد های فراوانی داشته و با شناخت درست آن می توان به تولید دارو و بهبود سلامت جوامع کمک نمود. واکنش های دیگری نیز در شیمی وجود دارند که به دلیل کاربردشان از اهمیت بالایی برخوردارند. در نشریه علمی جهان شیمی فیزیک با ما همراه باشید تا با کاربرد های گسترده شیمی در زندگی بیشتر آشنا شوید.