Sonohemijski poboljšane Mannichove reakcije
Mannichova reakcija je važna reakcija stvaranja veze ugljik–ugljik koja se široko koristi u industrijama kao što su farmaceutska proizvodnja i sinteza prirodnih proizvoda. Iako je većina jednolončanih Mannichovih reakcija vrlo spora, pozitivni učinci ultrazvučne obrade na Mannichove reakcije brzo su primijenjeni kako bi se poboljšali prinos i brzina reakcije te kako bi se tradicionalno dugo vrijeme reakcije skratilo na kratak postupak u Mannichovim reakcijama.
Sonohemija i njene prednosti u Mannichovim reakcijama
Mannichova reakcija jedna je od najvažnijih reakcija stvaranja veze ugljik–ugljik u organskoj sintezi, jer daje sintetski i biološki važne 𝛽-aminokarbonilne spojeve, koji su važni međuprodukti za izgradnju raznih prirodnih proizvoda i farmaceutika koji sadrže dušik.
Ultrazvučni inline sistem za sonohemijske reakcije, npr. za poboljšane Mannichove reakcije
Dokazano je da ultrazvučno zračenje i njime nastali sonohemijski učinci drastično ubrzavaju kinetiku reakcije u Mannichovim reakcijama, npr. s 13-strukim skraćenjem vremena reakcije sa 20h na 1,5h.
Ultrazvučna obrada poboljšava jednolončanu Mannichovu reakciju ketona, aldehida i amina katalizovanu katalizatorom sulfaminskom kiselinom.
Shema prilagođena prema Zeng et al., 2009
- Značajno skraćeno vrijeme reakcije
- Veći prinosi
- Precizno kontrolisani uslovi
- Kontrola temperature
- Šaržno i inline
- Zelena hemija
Ultrazvučna Mannichova reakcija 𝛽-aminokarbonilnih spojeva
Sulfaminska kiselina (NH2SO3H, SA) korištena je kao efikasan, jeftin, netoksičan i reciklabilan zeleni katalizator za jednolončanu Mannichovu reakciju aldehida s ketonima i aminima potpomognutu ultrazvukom. Ovaj ultrazvučni protokol ima prednosti visokog prinosa, blagih uslova, nepostojanja zagađenja okoliša i jednostavnih postupaka obrade. Što je najvažnije, beta-aminokarbonilni spojevi s orto-supstituisanim aromatskim aminima ovom su metodologijom po prvi put dobiveni u prihvatljivim do dobrim prinosima.
Ispitana je sulfaminska kiselina kao katalizator, a 10 mol% sulfaminske kiseline bilo je dovoljno da se reakcija potpuno dovede do prinosa od 95% u značajno ubrzanom vremenu reakcije od 1,5h (u poređenju s miješanjem velikom brzinom, kojim je postignut prinos od samo 85% za otprilike 20h). Ovo naglašava dobro utvrđenu činjenicu da snažni ultrazvuk i sonohemija ubrzavaju organske reakcije. Tabela ispod prikazuje značajne prednosti ultrazvučne obrade u odnosu na miješanje velikom brzinom kod Mannichovih reakcija.
Tabela pokazuje da su ultrazvučno katalizovane Mannichove reakcije značajno brže i efikasnije u poređenju s miješanjem velikom brzinom.
Studija: © Zeng et al., 2009
Sonohemijska oprema visokih performansi za Mannichove reakcije
Sonohemijska oprema za sintezu i katalizu hemijskih proizvoda kao što su aminokarbonilni spojevi i drugi međuprodukti lako je dostupna u svim veličinama – od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do potpuno industrijskih ultrazvučnih reaktora. Hielscher Ultrasonics projektuje, proizvodi i distribuira ultrazvučne uređaje velike snage. Svi ultrazvučni sistemi proizvode se u sjedištu u Teltowu u Njemačkoj i odatle se distribuiraju širom svijeta.
Sofisticiran hardver i pametan softver Hielscher ultrazvučnih uređaja osmišljeni su da garantuju pouzdan rad, ponovljive rezultate i jednostavnost korištenja. Hielscher ultrazvučni uređaji su robusni i pouzdani, što omogućava njihovu ugradnju i rad u uslovima teškog opterećenja. Radnim postavkama može se lako pristupiti i podešavati ih putem intuitivnog menija, kojem se pristupa preko digitalnog kolor ekrana osjetljivog na dodir i daljinskog upravljanja putem preglednika. Stoga se svi uslovi obrade kao što su neto energija, ukupna energija, amplituda, vrijeme, pritisak i temperatura automatski bilježe na ugrađenu SD karticu. To vam omogućava da pregledate i uporedite prethodne cikluse ultrazvučne obrade (sonikacije) te da optimizirate sintezu i funkcionalizaciju sonohemijski poboljšanih reakcija kao što su Mannichova reakcija, Diels-Alderova reakcija ili Michaelova adicija do najviše efikasnosti.
Hielscher Ultrasonics sistemi koriste se širom svijeta za sonohemijske procese (sono-sintezu i sono-katalizu) i dokazano su pouzdana oprema u šaržnom i kontinuiranom inline režimu. Hielscher industrijski ultrazvučni uređaji mogu lako raditi s visokim amplitudama u kontinuiranom radu (24/7/365). Amplitude do 200µm mogu se lako kontinuirano generisati standardnim sonotrodama (ultrazvučne sonde / rogovi). Za još više amplitude dostupne su sonotrode izrađene po narudžbi. Zbog svoje robusnosti i niskog održavanja, naši ultrazvučni uređaji se obično ugrađuju za primjene u teškim uslovima rada i u zahtjevnim okruženjima.
Hielscher ultrazvučni procesori za sonohemijske sinteze već su instalirani širom svijeta u komercijalnom obimu. Kontaktirajte nas odmah kako bismo razgovarali o vašoj sonohemijski vođenoj sintezi putem Mannichove reakcije! Naše iskusno osoblje rado će podijeliti više informacija o sonohemijskom putu sinteze, ultrazvučnim sistemima i cijenama!
Zahvaljujući prednosti ultrazvučne metode sinteze, vaša hemijska proizvodnja istaknut će se efikasnošću, jednostavnošću i niskim troškovima u poređenju s drugim procesima katalitičke sinteze!
Tabela ispod daje vam okvirnu informaciju o približnom kapacitetu obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Zapremina šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za primjene miješanja, disperzije, emulgovanja i ekstrakcije u laboratorijskom, pilot i industrijskom razmjeru.
Literatura / Reference
- Zeng H., Li H., Shao H. (2009): One-pot three-component Mannich-type reactions using sulfamic acid catalyst under ultrasound irradiation. Ultrasonics Sonochemistry16(6), 2009. 758-762.
- 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.
- Bravo, José; Lopez, Ignacio; Cintas, Pedro; Silvero, Guadalupe; Arévalo, María (2006): Sonochemical cycloadditions in ionic liquids. Lessons from model cases involving common dienes and carbonyl dienophiles. Ultrasonics Sonochemistry 13, 2006. 408-414.
- 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.
Zanimljivosti koje vrijedi znati
Šta je Mannichova reakcija?
Mannichova reakcija zasniva se na višekomponentnoj kondenzaciji neenolizirajućeg aldehida, primarnog ili sekundarnog amina i enolizirajućeg karbonilnog spoja, čime se dobijaju aminometilovani proizvodi. Iminijev derivat aldehida djeluje kao akceptor u Mannichovoj reakciji.
Mannichova reakcija koristi se u mnogim oblastima organske hemije. Budući da se Mannichova reakcija može provesti kao praktična jednolončana reakcija i također postaviti kao dvostruke Mannichove reakcije, ovaj tip reakcije koristi se za sintezu finih hemikalija, specijalnih hemikalija, farmaceutika i prirodnih supstanci (koje se koriste u biosintetskim putevima, posebno za sintezu alkaloida, peptida i nukleotida).
Uobičajeni primjeri hemikalija sintetiziranih putem Mannichove reakcije uključuju:
- alkil amine
- peptide, nukleotide, antibiotike i alkaloide (npr. tropinon)
- agrohemikalije, kao što su regulatori rasta biljaka
- boje i polimere
- katalizatore
- umrežavanje tkiva formaldehidom
- lijekove i farmaceutske preparate (npr. rolitetraciklin (Mannichov proizvod tetraciklina i pirolidina), fluoksetin (antidepresiv), tramadol i tolmetin (protuupalni lijek).
- sapune i deterdžente: Mannichova reakcija koristi se za sintezu alkil amina, pretvarajući nepolarne ugljikovodike u sapun ili deterdžente. Dobiveni spojevi koriste se u raznim primjenama čišćenja, aditivima za automobilska goriva i epoksidnim premazima
- poliesteramine od supstituisanih alkil etera razgranatog lanca
- α,β-nezasićene ketone termičkom razgradnjom proizvoda Mannichove reakcije (npr. metil vinil keton iz 1-dietilamino-butan-3-ona)
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi, od laboratorijske do industrijske veličine.