واکنش‌های مانیخ بهبودیافته با سونوشیمی
واکنش‌های مانیخ از واکنش‌های مهم تشکیل پیوند کربن–کربن هستند که در صنایعی مانند تولید دارو و سنتز محصولات طبیعی کاربرد گسترده‌ای دارند. اگرچه بیشتر واکنش‌های تک‌ظرفی مانیخ بسیار کند هستند، اثرات مثبت فراصوت‌دهی بر این واکنش‌ها به‌سرعت به کار گرفته شده‌اند تا بازده و سرعت واکنش افزایش یابد و زمان طولانی متداول واکنش‌های مانیخ به فرایندی کوتاه تبدیل شود.
سونوشیمی و مزایای آن در واکنش‌های مانیخ
واکنش مانیخ یکی از مهم‌ترین واکنش‌های تشکیل پیوند کربن–کربن در سنتز آلی است، زیرا ترکیبات 𝛽-آمینو‌کربونیل با اهمیت سنتزی و زیستی تولید می‌کند که واسطه‌های مهمی برای ساخت انواع محصولات طبیعی و داروهای حاوی نیتروژن هستند.
سامانهٔ فراصوتی درون‌خطی برای واکنش‌های سونوشیمیایی، برای مثال برای بهبود واکنش‌های مانیخ
ثابت شده است که تابش فراصوت و اثرات سونوشیمیایی حاصل از آن، سینتیک واکنش‌های مانیخ را به‌شدت تسریع می‌کنند؛ برای مثال، زمان واکنش با کاهش 13 برابری از 20h به 1٫5h می‌رسد.
فراصوت‌دهی، واکنش تک‌ظرفی مانیخ میان کتون‌ها، آلدهیدها و آمین‌ها را که با کاتالیزور اسید سولفامیک کاتالیز می‌شود، بهبود می‌دهد.
طرح اقتباس‌شده از Zeng et al., 2009
- کاهش چشمگیر زمان واکنش
- بازده بالاتر
- شرایط قابل‌کنترل با دقت بالا
- کنترل دما
- ناپیوسته و درون‌خطی
- شیمی سبز
واکنش فراصوتی مانیخ برای ترکیبات 𝛽-آمینو‌کربونیل
اسید سولفامیک (NH2SO3H, SA) به‌عنوان کاتالیزوری سبز، کارآمد، ارزان، غیرسمی و بازیافت‌پذیر برای واکنش تک‌ظرفی مانیخِ آلدهیدها با کتون‌ها و آمین‌ها به کمک فراصوت استفاده شد. این پروتکل فراصوتی مزایایی مانند بازده بالا، شرایط ملایم، عدم آلودگی محیط‌زیست و روش‌های سادهٔ جداسازی و آماده‌سازی محصول پس از واکنش دارد. از همه مهم‌تر، با این روش برای نخستین بار ترکیبات بتا-آمینو‌کربونیل با استفاده از آمین‌های آروماتیک دارای جانشین در موقعیت اورتو، با بازده قابل‌قبول تا خوب به دست می‌آیند.
اسید سولفامیک به‌عنوان کاتالیزور بررسی شد و 10 mol% اسید سولفامیک برای پیشبرد کامل واکنش تا بازده 95% در زمان واکنشِ به‌طور چشمگیری کوتاه‌شدهٔ 1٫5h کافی بود؛ در مقایسه، هم‌زدن پرسرعت در حدود 20h تنها به بازده 85% رسید. این موضوع بر این واقعیت تثبیت‌شده تأکید می‌کند که فراصوت پرتوان و سونوشیمی، واکنش‌های آلی را تسریع می‌کنند. جدول زیر مزایای چشمگیر فراصوت‌دهی نسبت به هم‌زدن پرسرعت را برای واکنش‌های مانیخ نشان می‌دهد.
جدول نشان می‌دهد که واکنش‌های مانیخ کاتالیزشده با فراصوت در مقایسه با هم‌زدن پرسرعت، به‌طور چشمگیری سریع‌تر و کارآمدتر هستند.
مطالعه: © Zeng et al., 2009
تجهیزات سونوشیمیایی با عملکرد بالا برای واکنش‌های مانیخ
تجهیزات سونوشیمیایی برای سنتز و کاتالیز محصولات شیمیایی مانند ترکیبات آمینو‌کربونیل و سایر واسطه‌ها، در هر مقیاسی به‌آسانی در دسترس هستند – از سونیکاتورهای آزمایشگاهی جمع‌وجور تا راکتورهای فراصوتی کاملاً صنعتی. Hielscher Ultrasonics سونیکاتورهای پرتوان را طراحی، تولید و عرضه می‌کند. همهٔ سامانه‌های فراصوتی در دفتر مرکزی این شرکت در تلتو، آلمان ساخته می‌شوند و از آنجا به سراسر جهان توزیع می‌شوند.
سخت‌افزار پیشرفته و نرم‌افزار هوشمند سونیکاتورهای Hielscher به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که عملکرد قابل‌اعتماد، نتایج تکرارپذیر و سهولت استفاده را تضمین کنند. سونیکاتورهای Hielscher مستحکم و قابل‌اعتماد هستند و می‌توان آن‌ها را در شرایط کاری سنگین نصب و استفاده کرد. تنظیمات عملیاتی را می‌توان به‌آسانی از طریق منویی با کاربری آسان مشاهده و انتخاب کرد؛ این منو از طریق نمایشگر لمسی رنگی دیجیتال و کنترل از راه دور مبتنی بر مرورگر در دسترس است. بنابراین، همهٔ شرایط پردازش مانند انرژی خالص، انرژی کل، دامنه، زمان، فشار و دما به‌طور خودکار روی کارت SD داخلی ثبت می‌شوند. این قابلیت به شما امکان می‌دهد اجراهای پیشین فراصوت‌دهی را بازبینی و مقایسه کنید و سنتز و عامل‌دارسازی را در واکنش‌های بهبودیافته با سونوشیمی، مانند واکنش مانیخ، واکنش دیلز–آلدر یا افزایش مایکل، برای دستیابی به بیشترین کارایی بهینه کنید.
سامانه‌های Hielscher Ultrasonics در سراسر جهان برای فرایندهای سونوشیمیایی (سنتز به کمک فراصوت و کاتالیز به کمک فراصوت) استفاده می‌شوند و قابلیت اعتماد آن‌ها در حالت ناپیوسته و حالت پیوستهٔ درون‌خطی به اثبات رسیده است. سونیکاتورهای صنعتی Hielscher می‌توانند به‌آسانی در کارکرد پیوسته (24/7/365) با دامنه‌های بالا کار کنند. با سونوتْرودهای استاندارد (پروب‌ها / هورن‌های فراصوتی)، می‌توان دامنه‌هایی تا 200µm را به‌آسانی و به‌صورت پیوسته ایجاد کرد. برای دامنه‌های حتی بالاتر، سونوتْرودهای فراصوتی سفارشی در دسترس هستند. به دلیل استحکام و نیاز اندک به نگهداری، سونیکاتورهای ما معمولاً برای کاربردهای سنگین و در محیط‌های دشوار نصب می‌شوند.
پردازشگرهای فراصوتی Hielscher برای سنتزهای سونوشیمیایی، هم‌اکنون در مقیاس تجاری در سراسر جهان نصب شده‌اند. همین حالا با ما تماس بگیرید تا دربارهٔ سنتز شما از طریق واکنش مانیخ با پیشبرد سونوشیمیایی گفت‌وگو کنیم! کارکنان باتجربهٔ ما با کمال میل اطلاعات بیشتری دربارهٔ مسیر سنتز سونوشیمیایی، سامانه‌های فراصوتی و قیمت‌ها در اختیار شما قرار می‌دهند!
با بهره‌مندی از روش سنتز فراصوتی، تولید مواد شیمیایی شما از نظر کارایی، سادگی و هزینهٔ پایین نسبت به سایر فرایندهای سنتز کاتالیستی برتری خواهد داشت!
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای ما را ارائه می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل‌اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل‌اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را برای کاربردهای اختلاط، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی و استخراج در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت و صنعتی تولید می‌کند.
منابع علمی / مراجع
- 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.
دانستنی‌های مفید
واکنش مانیخ چیست؟
واکنش مانیخ بر پایهٔ تراکم چندجزئیِ یک آلدهید غیرقابل‌انول‌شدن، یک آمین نوع اول یا دوم و یک ترکیب کربونیل قابل‌انول‌شدن است که محصولات آمینومتیله‌شده تولید می‌کند. مشتق ایمینیومِ آلدهید در واکنش مانیخ نقش پذیرنده را دارد.
واکنش مانیخ در بسیاری از حوزه‌های شیمی آلی کاربرد دارد. از آنجا که واکنش مانیخ را می‌توان به‌صورت یک واکنش تک‌ظرفیِ ساده اجرا کرد و همچنین به‌صورت واکنش‌های مانیخ دوگانه ترتیب داد، این نوع واکنش برای سنتز مواد شیمیایی ظریف، مواد شیمیایی ویژه، داروها و مواد طبیعی استفاده می‌شود (در مسیرهای زیست‌سنتزی، به‌ویژه برای سنتز آلکالوئیدها، پپتیدها و نوکلئوتیدها به کار می‌رود).
نمونه‌های رایج مواد شیمیایی سنتزشده از طریق واکنش مانیخ عبارت‌اند از:
- آلکیل‌آمین‌ها
- پپتیدها، نوکلئوتیدها، آنتی‌بیوتیک‌ها و آلکالوئیدها (برای مثال تروپینون)
- مواد شیمیایی کشاورزی، مانند تنظیم‌کننده‌های رشد گیاه
- رنگ‌ها و پلیمرها
- کاتالیزورها
- ایجاد پیوند عرضی در بافت با فرمالدهید
- داروها و فرآورده‌های دارویی (برای مثال رولی‌تتراسایکلین (محصول واکنش مانیخِ تتراسایکلین و پیرولیدین)، فلوکستین (ضدافسردگی)، ترامادول و تولمتین (داروی ضدالتهاب).
- صابون و شوینده‌ها: واکنش مانیخ برای سنتز آلکیل‌آمین‌ها به کار می‌رود و هیدروکربن‌های غیرقطبی را به صابون یا شوینده تبدیل می‌کند. ترکیبات حاصل در انواع کاربردهای پاک‌سازی، بهسازی سوخت خودرو و پوشش‌های اپوکسی استفاده می‌شوند
- پلی‌اترآمین‌ها از آلکیل‌اترهای جانشین‌شده با زنجیرهٔ شاخه‌دار
- کتون‌های α,β-غیراشباع از طریق تجزیهٔ حرارتی محصولات واکنش مانیخ (برای مثال متیل وینیل کتون از 1-دی‌اتیل‌آمینو-بوتان-3-اون)
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.