Sonokeemiliselt täiustatud Mannichi reaktsioonid
Mannichi reaktsioon on oluline süsinik–süsinik-sideme moodustamise reaktsioon, mida kasutatakse laialdaselt sellistes tööstusharudes nagu farmaatsiatoodang ja looduslike ühendite süntees. Kuigi enamik ühe anuma (one-pot) Mannichi reaktsioone on väga aeglased, on ultraheli töötluse positiivset mõju Mannichi reaktsioonidele kiiresti rakendatud, et parandada saagist ja reaktsioonikiirust ning lühendada Mannichi reaktsioonide traditsiooniliselt pikka reaktsiooniaega lühikeseks protseduuriks.
Sonokeemia ja selle eelised Mannichi reaktsioonides
Mannichi reaktsioon on orgaanilises sünteesis üks olulisemaid süsinik–süsinik-sideme moodustamise reaktsioone, sest selle abil saadakse sünteetiliselt ja bioloogiliselt olulisi 𝛽-aminokarbonüülühendeid, mis on olulised vaheproduktid mitmesuguste lämmastikku sisaldavate looduslike ühendite ja ravimite sünteesil.
Ultraheli läbivoolusüsteem sonokeemilisteks reaktsioonideks, nt täiustatud Mannichi reaktsioonideks
Ultraheli kiiritamine ja sellest tulenevad sonokeemilised efektid kiirendavad tõestatult Mannichi reaktsioonide kineetikat drastiliselt, nt reaktsiooniaja 13-kordse lühenemisega 20h-lt 1,5h-ni.
Ultraheli töötlus parandab ketoonide, aldehüüdide ja amiinide ühe anuma Mannichi reaktsiooni, mida katalüüsib sulfamiinhappe katalüsaator.
Skeem kohandatud allikast Zeng et al., 2009
- Oluliselt kiirenenud reaktsiooniaeg
- Suuremad saagised
- Täpselt kontrollitavad tingimused
- Temperatuuri kontroll
- Partiitöötlus ja in-line
- Roheline keemia
Ultraheli Mannichi reaktsioon 𝛽-aminokarbonüülühendite saamiseks
Sulfamiinhapet (NH2SO3H, SA) kasutati tõhusa, odava, mittetoksilise ja ringlussevõetava rohelise katalüsaatorina aldehüüdide ultraheliga toetatud ühe anuma Mannichi reaktsioonis ketoonide ja amiinidega. Sellel ultraheliprotokollil on eelised: kõrge saagis, leebed tingimused, keskkonnareostuse puudumine ja lihtsad töötlusprotseduurid. Kõige olulisem on see, et selle meetodiga saadakse esmakordselt beeta-aminokarbonüülühendeid orto-asendatud aromaatsete amiinidega vastuvõetava kuni hea saagisega.
Katalüsaatorina uuriti sulfamiinhapet ning 10 mol% sulfamiinhapet oli piisav, et viia reaktsioon täielikult 95% saagiseni oluliselt kiirenenud reaktsiooniajaga 1,5h (võrreldes kiire segamisega, millega saavutati vaid 85% saagis ligikaudu 20h jooksul). See rõhutab hästi tuntud fakti, et võimas ultraheli ja sonokeemia kiirendavad orgaanilisi reaktsioone. Allolev tabel näitab ultraheli töötluse olulisi eeliseid kiire segamise ees Mannichi reaktsioonide puhul.
Tabel näitab, et ultraheliga katalüüsitud Mannichi reaktsioonid on kiire segamisega võrreldes oluliselt kiiremad ja tõhusamad.
Uuring: © Zeng et al., 2009
Suure jõudlusega sonokeemiline varustus Mannichi reaktsioonide jaoks
Sonokeemiline varustus keemiatoodete, nagu aminokarbonüülühendite ja muude vaheproduktide, sünteesiks ja katalüüsiks on hõlpsasti kättesaadav igas suuruses – kompaktsetest laborite ultrasonikaatoritest täielikult tööstuslike ultraheli reaktoriteni. Hielscher Ultrasonics projekteerib, valmistab ja turustab suure võimsusega ultrasonikaatoreid. Kõik ultraheli süsteemid valmistatakse peakontoris Teltowis Saksamaal ja tarnitakse sealt kogu maailma.
Hielscheri ultrasonikaatorite keerukas riistvara ja nutikas tarkvara on loodud tagama töökindlat toimimist, reprodutseeritavaid tulemusi ja kasutajasõbralikkust. Hielscheri ultrasonikaatorid on töökindlad ja vastupidavad, mistõttu neid saab paigaldada ja kasutada rasketes töötingimustes. Tööseadistustele pääseb hõlpsasti ligi ja neid saab seadistada intuitiivse menüü kaudu, millele pääseb ligi digitaalse värvilise puuteekraani ja brauseri kaugjuhtimise kaudu. Seetõttu salvestatakse kõik töötlustingimused, nagu netoenergia, koguenergia, amplituud, aeg, rõhk ja temperatuur, automaatselt sisseehitatud SD-kaardile. See võimaldab teil varasemaid ultraheli töötluse (sonikeerimise) käike üle vaadata ja võrrelda ning optimeerida sonokeemiliselt täiustatud reaktsioonide, nagu Mannichi reaktsioon, Diels-Alderi reaktsioon või Michaeli liitumine, sünteesi ja funktsionaliseerimist kõrgeima tõhususeni.
Hielscher Ultrasonics süsteeme kasutatakse kogu maailmas sonokeemilistes protsessides (sonosüntees ja sonokatalüüs) ning need on tõestatult töökindel varustus nii partii- kui ka pidevas in-line-režiimis. Hielscheri tööstuslikud ultrasonikaatorid suudavad hõlpsasti töötada kõrgetel amplituudidel pidevas töös (24/7/365). Standardsete sonotroodidega (ultraheli sondid / hornid) saab hõlpsasti pidevalt tekitada kuni 200µm amplituude. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Tänu oma vastupidavusele ja väikesele hooldusvajadusele paigaldatakse meie ultrasonikaatoreid sageli rasketesse rakendustesse ja nõudlikesse keskkondadesse.
Hielscheri ultraheli protsessorid sonokeemiliseks sünteesiks on juba paigaldatud üle maailma kommertsmahus. Võtke meiega kohe ühendust, et arutada oma sonokeemiliselt juhitud sünteesi Mannichi reaktsiooni kaudu! Meie kogenud töötajad jagavad hea meelega lisateavet sonokeemilise sünteesitee, ultraheli süsteemide ja hindade kohta!
Ultraheli sünteesimeetodi eelise tõttu paistab teie keemiatootmine teiste katalüütiliste sünteesiprotsessidega võrreldes silma tõhususe, lihtsuse ja madalate kuludega!
Alloleval tabelil on toodud ligikaudne meie ultrasonikaatorite töötlusvõimsus:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500mL | 10 kuni 200mL/min | UP100H |
| 10 kuni 2000mL | 20 kuni 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 kuni 20L | 0,2 kuni 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 kuni 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurem | klaster seadmetest UIP16000 |
Võtke meiega ühendust! / Küsige meilt!
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid segamiseks, dispergeerimiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks labori-, pilootskaala- ja tööstusmastaabis.
Kirjandus / viited
- 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.
Teadmist väärt fakte
Mis on Mannichi reaktsioon?
Mannichi reaktsioon põhineb mitmekomponendilisel kondensatsioonil, milles osalevad mitteenoliseeruv aldehüüd, primaarne või sekundaarne amiin ja enoliseeruv karbonüülühend ning mille tulemusel tekivad aminometüülitud tooted. Aldehüüdi iminiumderivaat toimib Mannichi reaktsioonis aktseptorina.
Mannichi reaktsiooni kasutatakse orgaanilise keemia paljudes valdkondades. Kuna Mannichi reaktsiooni saab läbi viia mugava ühe anuma reaktsioonina ning seda saab korraldada ka topeltMannichi reaktsioonidena, kasutatakse seda reaktsioonitüüpi peenkemikaalide, eriotstarbeliste kemikaalide, ravimite ja looduslike ainete sünteesiks (kasutatakse biosünteesiradades, eriti alkaloidide, peptiidide ja nukleotiidide sünteesiks).
Mannichi reaktsiooni kaudu sünteesitavate kemikaalide tavalised näited on:
- alküülamiinid
- peptiidid, nukleotiidid, antibiootikumid ja alkaloidid (nt tropinoon)
- agrokemikaalid, nagu taimekasvu regulaatorid
- värvid ja polümeerid
- katalüsaatorid
- formaldehüüdiga koe ristsidumine
- ravimid ja farmaatsiapreparaadid (nt rolitetratsükliin (tetratsükliini ja pürrolidiini Mannichi produkt), fluoksetiin (antidepressant), tramadool ja tolmetiin (põletikuvastane ravim).
- seep ja pesuvahendid: Mannichi reaktsiooni kasutatakse alküülamiinide sünteesiks, muutes mittepolaarsed süsivesinikud seebiks või pesuvahenditeks. Neid saadud ühendeid kasutatakse mitmesugustes puhastusrakendustes, autokütuse lisandites ja epoksükatetes
- polüeeteramiinid asendatud hargnenud ahelaga alküüleetritest
- α,β-küllastumata ketoonid Mannichi reaktsiooni produktide termilise lagunemise teel (nt metüülvinüülketoon 1-dietüülamino-butaan-3-oonist)
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates laborimastaabist kuni tööstusliku mastaabini.