Michael-additio

Michael-additio eli Michael-reaktio on stabiloidun karbanionin (esimerkiksi enolaatin) additioreaktio α,β-tyydyttymättömän karbonyyliyhdisteen tai vastaavankaltaisen yhdisteen kanssa. Reaktio kuuluu konjugaattiadditioihin eli 1,4-additiohin. Michael-additio on hyvin yleisesti käytetty tapa muodostaa hiili-hiili-sidoksia orgaanisessa synteesissä.

Historia

Michael-additio on nimetty kehittäjänsä yhdysvaltalaisen kemistin Arthur Michaelin mukaan. Michaelin innoituksena reaktion keksimiseen oli vuonna 1884 julkaistu M. Conradin ja M. Guthzeitin artikkeli, jossa he raportoivat syklopropaanijohdannaisen synteesin käyttäen etyyli-2,3-dibromipropionaattia ja dietyylimalonaatin natriumsuolaa. Michael huomasi, että hän sai syntetisoitua saman yhdisteen käyttäen dietyylimalonaatin natriumsuolaa ja toisena lähtöaineena 2-bromiakryylihapon etyyliesteriä. Tämä tulos julkaistiin vuonna 1887. Hän päätteli, että saman tuotteen muodostuminen viittaa additioreaktioon, jossa toisena osapuolena on enolaatti, joka reagoi bromiakryylihapon esterin konjugoituneen systeemin kanssa.
Michael kykeni tutki reaktioita erityisesti tyydyttymättömien esterien ja enolaattien välisiä reaktioita. Yksi tärkeimmistä reaktioista oli dietyylimalonaatin ja etyylikinnamaatin välinen reaktio. Tuotteina muodostui näiden kahden esterin kondensaatiotuote ja tämän Michael katsoi varmistavan päättelynsä oikeaksi. Hän tutki myös etyylikinnamaatin, dietyylisitrakonaatin (sitrakonihapon dietyyliesterin) tai asetoasetaatin natriumsuolan välistä reaktiota.

Mekanismi

Michael-additiossa nukleofiilina toimii stabiloitu anioni. Tällainen voi olla esimerkiksi enolaatti, joka on tyypillisesti muodostunut β-diketonista, kuten asetyyliasetonista, malonihapon esteristä, kuten dietyylimalonaatista tai β-ketoesteristä. Karbanionia stabiloivat myös nitro- tai nitriiliryhmät. Näitä yhdisteitä kutsutaan Michael-donoreiksi. Michael-donorin kanssa reagoivaa yhdistettä nimitetään Michael-akseptoriksi. Se sisältää konjugoidun systeemin ja voi olla esimerkiksi α,β-tyydyttymätön ketoni, aldehydi, esteri, nitriili tai nitroyhdiste.
Michal-additio on tyypillisesti emäskatalysoitu ja eräissä tapauksissa se voi olla myös happokatalysoitu. Emäs poistaa donoriyhdisteeltä happaman protonin, jolloin muodostuu enolaattianioni. Enolaatti reagoi akseptorimolekyylin hiili-hiili-kaksoissidoksen kanssa ja varsinainen tuote muodostuu protonoitumisen seurauksena.
Muodostuvan tuotteen stereokemia on riippuvainen enolaatin stereokemiasta. Jos enolaatti on E-konfiguraatiossa, muodostuvan tuotteen stereokemia on syn, ja jos enolaatin konfiguraatio on Z, muodostuu anti-konfiguraation omaava tuote. Michael-additiosta on olemassa asymmetrisiä, stereoselektiivisiä versioita. Selektiivisyys voidaan saada aikaiseksi käyttämällä kiraalista apuainetta, joka voi olla johdettu esimerkiksi proliinista tai voidaan käyttää myös optisesti aktiivisia luonnonyhdisteitä, kuten sparteiinia.

Mukaiyama-Michael-additio

Michael-additiota muistuttavia reaktioita voi tapahtua spesifisillä enolaattiekvivalenteilla. Silyylienolieettereitä käytettäessä reaktiota kutsutaan Mukaiyama-Michael additioksi ja katalyyttinä käytetään usein Lewis-happoa, kuten titaanitetrakloridia.  Tässä reaktiossa muodostuva tuote on tyypillisesti anti-diastereomeeri ja selektiivisyyttä voidaan lisätä käyttämällä katalyyttinä esimerkiksi titaani-isopropoksidia.