Reacciones Mannich mejoradas sonoquímicamente

Las reacciones de Mannich son importantes reacciones de formación de enlaces carbono-carbono, muy utilizadas en industrias como la farmacéutica y la síntesis de productos naturales. Mientras que la mayoría de las reacciones de Mannich de una sola olla son muy lentas, los efectos positivos de la ultrasonicación en las reacciones de Mannich se han aplicado rápidamente con el fin de mejorar el rendimiento y la velocidad de reacción, así como para reducir el tiempo de reacción tradicionalmente largo a un procedimiento corto en las reacciones de Mannich.

La sonoquímica y sus ventajas en las reacciones de Mannich

La reacción de Mannich es una de las reacciones de formación de enlaces carbono-carbono más importantes en síntesis orgánica, ya que da lugar a compuestos 𝛽-aminocarbonílicos sintética y biológicamente importantes, que son intermedios importantes para la construcción de diversos productos naturales y farmacéuticos que contienen nitrógeno.

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Los reactores ultrasónicos pueden mejorar significativamente las reacciones organocatalíticas, como la reacción de Mannich.

Sistema ultrasónico en línea para reacciones sonoquímicas, por ejemplo, para mejorar las reacciones de Mannich.

Dado que la mayoría de las reacciones de Mannich de una sola cacerola son lentas, con un tiempo de reacción de 10-20 h o incluso más, son muy apreciadas las técnicas sencillas pero eficaces para promover la reacción. La síntesis de aminas aromáticas ortosustituidas mediante reacciones de Mannich es especialmente conocida por su lenta cinética de reacción.
Se ha demostrado que la irradiación ultrasónica y los efectos sonoquímicos así generados aceleran drásticamente la cinética de reacción en las reacciones de Mannich, por ejemplo, con una reducción de 13 veces, de 20h a 1,5h, en el tiempo de reacción.

La ultrasonicación y sus efectos sonoquímicos promueven las reacciones de Mannich de una sola olla utilizando catalizador de ácido sulfámico

La ultrasonicación mejora la reacción Mannich en una sola olla de cetonas, aldehídos y aminas catalizada por un catalizador de ácido sulfámico.
Esquema adaptado de Zeng et al., 2009

Beneficios de los ultrasonidos en la reacción de Mannich

  • Tiempo de reacción significativamente acelerado
  • mayor rendimiento
  • Condiciones controlables con precisión
  • control de temperatura
  • Por lotes y en línea
  • química verde

Reacción Mannich ultrasónica de compuestos 𝛽-aminocarbonílicos

Los ultrasonicadores de tipo sonda se utilizan para mejorar las reacciones de Mannich acelerando la velocidad de reacción y aumentando el rendimiento y la velocidad de reacción. La imagen muestra el Hielscher UP400St, una potente sonda ultrasónica de 400 vatios.Ácido sulfámico (NH2SO3H, SA) como catalizador verde eficiente, barato, no tóxico y reciclable para la reacción Mannich asistida por ultrasonidos de aldehídos con cetonas y aminas. Este protocolo de ultrasonidos presenta las ventajas de un alto rendimiento, condiciones suaves, ausencia de contaminación ambiental y procedimientos de trabajo sencillos. Lo más importante es que, por primera vez, se obtienen compuestos de beta-aminocarbonilo con aminas aromáticas ortosustituidas en rendimientos aceptables a buenos mediante esta metodología.
Se examinó el ácido sulfámico como catalizador y un 10 mol% de ácido sulfámico fue suficiente para conducir la reacción completamente a un rendimiento del 95% en un tiempo de reacción significativamente acelerado de 1,5h (en comparación con la agitación a alta velocidad, que sólo alcanzó un rendimiento del 85% en aproximadamente 20h). Esto subraya el hecho bien establecido de que los ultrasonidos de potencia y la sonoquímica aceleran las reacciones orgánicas. La tabla siguiente muestra las ventajas significativas de la ultrasonicación sobre la agitación a alta velocidad para las reacciones de Mannich.

La reacción de Mannich catalizada por ultrasonidos es mucho más rápida y eficaz que la agitación a alta velocidad.

La tabla muestra que las reacciones de Mannich catalizadas por ultrasonidos son significativamente más rápidas y eficientes en comparación con la agitación a alta velocidad.
Estudio: © Zeng et al., 2009

Dispersión ultrasónica de nano-sílice: El homogeneizador ultrasónico UP400St de Hielscher dispersa nanopartículas de sílice de forma rápida y eficiente en una nano-dispersión uniforme.

Dispersión ultrasónica de nanosílice con el ultrasonicador UP400St

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Equipo sonoquímico de alto rendimiento para reacciones Mannich

Los equipos de sonoquímica para la síntesis y catálisis de productos químicos como los compuestos de aminocarbonilo y otros productos intermedios están disponibles en cualquier tamaño. – desde compactos ultrasonidos de laboratorio hasta reactores ultrasónicos totalmente industriales. Hielscher Ultrasonics diseña, fabrica y distribuye ultrasonidos de alta potencia. Todos los sistemas de ultrasonidos se fabrican en la sede central de Teltow (Alemania) y desde allí se distribuyen a todo el mundo.
El sofisticado hardware y el software inteligente de los ultrasonicadores Hielscher están diseñados para garantizar un funcionamiento fiable, resultados reproducibles y facilidad de uso. Los ultrasonicadores de Hielscher son robustos y fiables, lo que permite instalarlos y utilizarlos en condiciones de uso intensivo. Se puede acceder fácilmente a los ajustes operativos y marcarlos a través de un menú intuitivo, al que se puede acceder mediante una pantalla táctil digital en color y un mando a distancia con navegador. Por tanto, todas las condiciones de procesamiento, como la energía neta, la energía total, la amplitud, el tiempo, la presión y la temperatura, se registran automáticamente en una tarjeta SD integrada. Esto le permite revisar y comparar ejecuciones de sonicación anteriores y optimizar la síntesis y funcionalización de reacciones mejoradas sonoquímicamente como la reacción de Mannich, la reacción de Diels-Alder o la adición de Michael con la máxima eficiencia.
Los sistemas de ultrasonidos de Hielscher se utilizan en todo el mundo para procesos sonoquímicos (sonosíntesis y sonocatálisis) y han demostrado ser equipos fiables en modo discontinuo y continuo en línea. Los ultrasonidos industriales Hielscher pueden trabajar fácilmente con altas amplitudes en funcionamiento continuo (24/7/365). Amplitudes de hasta 200µm pueden ser fácilmente generadas de forma continua con sonotrodos estándar (sondas ultrasónicas / bocinas). Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. Debido a su robustez y bajo mantenimiento, nuestros ultrasonicadores se instalan habitualmente para aplicaciones de servicio pesado y en entornos exigentes.
Los procesadores ultrasónicos de Hielscher para síntesis sonoquímicas ya están instalados en todo el mundo a escala comercial. Póngase en contacto con nosotros para hablar de su síntesis sonoquímica mediante la reacción de Mannich. Nuestro experimentado personal estará encantado de proporcionarle más información sobre la vía de síntesis sonoquímica, los sistemas ultrasónicos y los precios.
Con la ventaja del método de síntesis por ultrasonidos, su producción química destacará por su eficacia, sencillez y bajo coste en comparación con otros procesos de síntesis catalítica.

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
1 a 500 mL 10 a 200 mL/min. UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000hdT
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

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Este clip de vídeo muestra el homogeneizador ultrasónico UP100H de Hielscher, un ultrasonicador muy utilizado para la preparación de muestras en laboratorios.

Homogeneizador ultrasónico UP100H

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Los homogeneizadores ultrasónicos de alto cizallamiento se utilizan en procesos de laboratorio, de sobremesa, piloto e industriales.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.



Literatura / Referencias

Información interesante

¿Qué es la reacción de Mannich?

La reacción de Mannich se basa en una condensación multicomponente de un aldehído no enolizable, una amina primaria o secundaria y un compuesto carbonílico enolizable, que da lugar a productos aminometilados. El derivado de iminio del aldehído funciona como aceptor en la reacción de Mannich.

La reacción de Mannich se utiliza en muchas áreas de la química orgánica. Dado que la reacción de Mannich puede ejecutarse como una cómoda reacción de una sola olla y también configurarse como reacciones de Mannich dobles, este tipo de reacción se utiliza para la síntesis de química fina, especialidades químicas, productos farmacéuticos y sustancias naturales (utilizadas en vías biosintéticas, especialmente para la síntesis de alcaloides, péptidos y nucleótidos).
Algunos ejemplos comunes de sustancias químicas sintetizadas mediante la reacción de Mannich son:

  • alquilaminas
  • péptidos, nucleótidos, antibióticos y alcaloides (por ejemplo, tropinona)
  • productos agroquímicos, como reguladores del crecimiento de las plantas
  • pinturas y polímeros
  • catalizadores
  • reticulación tisular con formaldehído
  • medicamentos y fármacos (por ejemplo, rolitetraciclina (producto de Mannich de la tetraciclina y la pirrolidina), fluoxetina (antidepresivo), tramadol y tolmetina (antiinflamatorio).
  • jabón y detergentes: La reacción de Mannich se utiliza para sintetizar alquilaminas, convirtiendo hidrocarburos no polares en jabón o detergentes. Estos compuestos resultantes se utilizan en diversas aplicaciones de limpieza, tratamientos de combustibles de automoción y revestimientos epoxídicos
  • polieteraminas a partir de éteres alquílicos de cadena ramificada sustituidos
  • α,β-cetonas insaturadas por degradación térmica de productos de reacción de Mannich (por ejemplo, metilvinilcetona a partir de 1-dietilamino-butan-3-ona)

Ultrasonidos de alto rendimiento La gama de productos de Hielscher cubre todo el espectro, desde el ultrasonicador compacto de laboratorio, pasando por las unidades de sobremesa, hasta los sistemas de ultrasonidos totalmente industriales.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.


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