واکنش مایکل — به زبان ساده

واکنش مایکل یا واکنش افزایشی مایکل، به واکنش افزایشی نوکلئوفیلی یک کربانیون یا دیگر نوکلئوفیل‌ها به ترکیب گروه عاملی کربونیل غیراشباع آلفا-بتا می‌گویند. به عبارت دیگر، مکانیسم واکنش مایکل شامل پروتون‌گیری از ترکیب کربونیل آلفا-بتا بوسیله یک باز است. در اثر این اتفاق، یک کربانیون تولید می‌شود که به دلیل داشتن گروه «الکترون کِشنده» (Electron withdrawing)، پایدار خواهد بود. این واکنش در ابتدا توسط «آرتور مایکل» (Arthur Micheal) تعریف شد. واکنش مایکل به دسته‌ای از واکنش‌های پرکاربرد در تشکیل پیوندهای کربن-کربن تعلق دارد.

واکنش مایکل در شیمی آلی

گروه‌های «سیانو» (Cyano) و «آسیل»‌ (Acyl)، گروه‌های جانشین مناسبی بر روی نوکلئوفیل هستند تا به عنوان یک «دهنده مایکل» (Micheal Donor) عمل کنند چراکه هیدروژن گروه متیلن را به هیدروژنی اسیدی تبدیل می‌کنند که سبب تشکیل کربانیون به هنگام واکنش با یک باز می‌شوند.

فیلم آموزش شیمی آلی ۱ در فرادرس

کلیک کنید

گروه جانشین در آلکن فعال‌شده می‌تواند یک کتون یا گروه نیترو باشد و این گروه جانشین، موسوم به «پذیرنده مایکل» (Micheal Acceptor) است. شکل کلی واکنش افزایشی مایکل در تصویر زیر آورده شده است:

در تصویر زیر، برخی از نمونه‌های واکنش مایکل را مشاهده می‌کنید:

تاریخچه واکنش مایکل

تحقیقی که توسط آرتور مایکل در سال ۱۸۸۷ در دانشگاه «تافتس» (Tufts) انجام شد در خصوص واکنش واکنش اتیل-۲و۳-دی‌‌برموپروپیونات با دی‌اتیل سدیم مالونات بود که مشتقات سیکلوپروپان را تولید می‌کردند. مایکل همان فرآورده را با جایگزینی ۲-برمواکرلیک اسید اتیل‌استر با پروپیونات تولید کرد و متوجه شد که این واکنش تنها زمانی انجام می‌گیرد که واکنشی افزایشی در پیوند دوگانه اکرلیک اسید داشته باشیم. او در ادامه، اولین اداکت (فزون‌ورده) مایکل را با واکنش دی‌اتیل مالونات و اتیل استرِ «سینامیک اسید» (Cinnamic Acid) تولید کرد.

در همان سال، «رینر لودویگ کلایزن» (Rainer Ludwig Claisen) ادعا کرد که قبل از مایکل این اختراع را انجام داده است. او و همکارش، فرآورده‌های افزایشی به پیوند دوگانه را به عنوان «فرآورده‌های جانبی» (Side-products) در سال 1883 به هنگام تحقیق بر روی واکنش‌های میعانی مالونیک اسید با آلدهیدها مشاهده کرده بودند که البته ادعای آن‌ها نتیجه‌ای در بر نداشت.

مکانیسم واکنش مایکل

مکانیسم واکنش مایکل شامل سه مرحله است که در ادامه به توضیح آن خواهیم پرداخت.

مرحله اول

در مرحله اول مکانیسم واکنش مایکل، گروه شامل کربونیل، توسط باز مورد حمله قرار می‌گیرد. در نتیجه این اتفاق، هیدروژن آلفا در گروه کربونیل بوسیله باز پروتون‌گیری و سبب تشکیل کربانیون می‌شود که دارای یون‌های انولات در ۲ ساختار از ۳ ساختار رزونانس است.

مرحله دوم

گروه‌های الکترون کِشنده،‌ سبب پایداری کربانیون می‌شوند. در این مرحله، یون انولات و کربانیون با یکدیگر وارد واکنش می‌شوند و یک پیوند کربن-کربن ایجاد می‌کنند. در این مرحله، یک واکنش افزایشی ۱و۴ خواهیم داشت.

مرحله سوم

ترکیبی که در مرحله قبل به تولید رسید، پروتون‌دهی می‌شود و فرآورده مورد نظر را تولید می‌کند. واکنش افزایشی مایکل در تصویر زیر به همراه شکست و تشکیل پیوندها، آورده شده است.

در نتیجه، ترکیب ۱و۵ دی‌کربونیل در اثر واکنش افزایشیِ انولاتِ ترکیب کربونیل به کربونیل آلفا-بتا، تولید می‌شود. فرآورده مورد نظر، موسوم به «اداکت مایکل»‌ (Micheal Adduct) یا فزون‌ورده مایکل است.

واکنش افزایشی موکایاما-مایکل

«واکنش افزایشی موکایاما-مایکل» (Mukaiyama-Micheal Addition)، نوع دیگری از واکنش مایکل است که در آن، یک «سیلیل انول اتر» (Silyl Enol Ether) به عنوان نوکلئوفیل استفاده می‌شود. سیلیل انول اترها، دسته‌ای از ترکیبات آلی هستد که گروه عاملی شامل انولات متصل به گروه اورگانوسیلیکونی (آلی-سیلیسیم) دارند. این اتصال توسط اتم اکسیژن تامین می‌شود. کاتالیزور مورد استفاده در این نوع واکنش، به طور معمول تیتانیوم تتراکلرید است.

واکنش مایکل نامتقارن

واکنش مایکل نامتقارن، شامل سنتز «انانتیوگزین» (Enantioselective) فرآورده است. چنین واکنش‌هایی می‌توانند از طریق انتقال فاز کایرال صورت بگیرند. از نمونه‌های واکنش مایکل نامتقارن می‌توان به تولید نمک‌های نوع چهارم یون آمونیم اشاره کرد.

جمع بندی واکنش مایکل

همانطور که در طول متن بررسی کردیم، واکنش مایکل یک واکنش افزایشی نوکلئوفیلی است که شامل افزایش یک کربانیون (یا هر هسته‌دوست مناسب دیگر) به ترکیب کربونیل غیراشباع آلفا-بتا است. این ترکیب باید شامل یک گروه عاملی الکترون کِشنده باشد. چنین واکنشی برای تشکیل پیوندهای کربن-کربن جدید بسیار مهم هستند.

فیلم مجموعه آموزش دروس شیمی – از دروس دانشگاهی تا کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

دهنده مایکل و پذیرنده مایکل

در واکنش مایکل به نوکلئوفیل، «دهنده مایکل» (Michael Donor) می‌گویند. گروه‌های جانشین موجود در دهنده مایکل به طور معمول الکترون کِشنده هستند. «پذیرنده مایکل» (Michael Acceptor) به گروه‌های جانشین موجود بر روی ترکیبات فعال غیراشباع می‌گویند. از نمونه‌های پذیرنده مایکل می‌توان به گروه‌های کتون و نیترو اشاره کرد.

برخی از نمونه‌های واکنش مایکل

واکنش بین «دی‌اتیل مالونات» (Diethyl Malonate) با «دی‌اتیل فومارات» (Diethyl Fumarate)، به کمک واکنش مایکل انجام می‌شود. از نمونه‌های دیگر این واکنش باید به سنتز داروی «وارفارین» (Warfarin) اشاره کرد که برای اولین بار در سال 1944 معرفی شد.