Réactions de Mannich améliorées par voie sonochimique
La réaction de Mannich est une importante réaction de formation de liaisons carbone-carbone, largement utilisée dans des secteurs tels que la production pharmaceutique et la synthèse de produits naturels. Alors que la plupart des réactions de Mannich en un pot sont très lentes, les effets positifs de l'ultrasonication sur les réactions de Mannich ont été rapidement mis en œuvre afin d'améliorer le rendement et la vitesse de réaction ainsi que de réduire le temps de réaction traditionnellement long à une procédure courte dans les réactions de Mannich.
La sonochimie et ses avantages dans les réactions de Mannich
La réaction de Mannich est l'une des plus importantes réactions de formation de liaisons carbone-carbone en synthèse organique, car elle permet d'obtenir des composés 𝛽-aminocarbonyles importants sur le plan synthétique et biologique, qui sont des intermédiaires importants pour la construction de divers produits naturels et pharmaceutiques contenant de l'azote.
Système ultrasonique en ligne pour les réactions sonochimiques, par exemple pour améliorer les réactions de Mannich.
Il est prouvé que l'irradiation ultrasonique et les effets sonochimiques ainsi générés accélèrent considérablement la cinétique des réactions de Mannich, par exemple en divisant par 13 le temps de réaction, qui passe de 20h à 1,5h.
L'ultrasonication améliore la réaction de Mannich en un seul pot de cétones, d'aldéhydes et d'amines catalysée par un catalyseur à base d'acide sulfamique.
Schéma adapté de Zeng et al., 2009
- Temps de réaction considérablement accéléré
- Les rendements plus élevés
- Des conditions contrôlables avec précision
- contrôle de la température
- batch et en ligne
- Chimie verte
Réaction ultrasonique de Mannich sur des composés 𝛽-aminocarbonylés
Acide sulfamique (NH2ALORS3H, SA) a été utilisé comme un catalyseur vert efficace, peu coûteux, non toxique et recyclable pour la réaction de Mannich en un pot, assistée par ultrasons, d'aldéhydes avec des cétones et des amines. Ce protocole à ultrasons présente les avantages suivants : rendement élevé, conditions douces, absence de pollution de l'environnement et procédures de mise en œuvre simples. Plus important encore, les composés bêta-aminocarbonylés avec des amines aromatiques ortho-substituées sont obtenus avec des rendements acceptables à bons par cette méthodologie pour la première fois.
L'acide sulfamique en tant que catalyseur a été examiné et 10 % molaire d'acide sulfamique était suffisant pour conduire la réaction complètement à un rendement de 95 % dans un temps de réaction significativement accéléré de 1,5h (par rapport à l'agitation à grande vitesse, qui a atteint seulement un rendement de 85 % en environ 20h). Cela souligne le fait bien établi que les ultrasons puissants et la sonochimie accélèrent les réactions organiques. Le tableau ci-dessous montre les avantages significatifs de l'ultrasonication par rapport à l'agitation à grande vitesse pour les réactions de Mannich.
Le tableau montre que les réactions de Mannich catalysées par les ultrasons sont nettement plus rapides et plus efficaces que l'agitation à grande vitesse.
Étude : © Zeng et al., 2009
Équipement sonochimique haute performance pour les réactions de Mannich
L'équipement sonochimique pour la synthèse et la catalyse de produits chimiques tels que les composés aminocarbonylés et autres intermédiaires est facilement disponible, quelle que soit la taille de l'entreprise. – des ultrasons compacts de laboratoire aux réacteurs ultrasoniques entièrement industriels. Hielscher Ultrasonics conçoit, fabrique et distribue des ultrasons de grande puissance. Tous les systèmes à ultrasons sont fabriqués au siège social de Teltow, en Allemagne, et distribués à partir de là dans le monde entier.
Le matériel sophistiqué et le logiciel intelligent des ultrasons Hielscher sont conçus pour garantir un fonctionnement fiable, des résultats reproductibles et une grande convivialité. Les ultrasons Hielscher sont robustes et fiables, ce qui permet de les installer et de les faire fonctionner dans des conditions de service intense. Les paramètres de fonctionnement sont facilement accessibles et réglés par le biais d'un menu intuitif, qui peut être consulté sur un écran tactile couleur numérique et une télécommande par navigateur. Ainsi, toutes les conditions de traitement telles que l'énergie nette, l'énergie totale, l'amplitude, le temps, la pression et la température sont automatiquement enregistrées sur une carte SD intégrée. Cela vous permet de réviser et de comparer les cycles de sonication précédents et d'optimiser la synthèse et la fonctionnalisation des réactions améliorées par sonochimie, telles que la réaction de Mannich, la réaction de Diels-Alder ou l'addition de Michael, pour une efficacité maximale.
Les systèmes à ultrasons Hielscher sont utilisés dans le monde entier pour les procédés sonochimiques (sono-synthèse et sono-catalyse) et ont fait la preuve de leur fiabilité en mode batch et continu en ligne. Les ultrasons industriels Hielscher peuvent facilement faire fonctionner des amplitudes élevées en mode continu (24/7/365). Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent être facilement générées en continu avec des sonotrodes standard (sondes ultrasoniques / cornes). Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes à ultrasons personnalisées sont disponibles. En raison de leur robustesse et de leur faible maintenance, nos ultrasons sont généralement installés pour des applications lourdes et dans des environnements exigeants.
Les processeurs à ultrasons Hielscher pour les synthèses sonochimiques sont déjà installés dans le monde entier à l'échelle commerciale. Contactez nous maintenant pour discuter de votre synthèse sonochimique par réaction de Mannich ! Notre personnel expérimenté se fera un plaisir de vous donner plus d'informations sur la voie de la synthèse sonochimique, les systèmes à ultrasons et les prix !
Avec l'avantage de la méthode de synthèse par ultrasons, votre production chimique excellera en efficacité, simplicité et faible coût par rapport aux autres procédés de synthèse catalytique !
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators:
| lot Volume | Débit | Appareils recommandés |
|---|---|---|
| 1 à 500 ml | 10 à 200 ml / min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 20L | 00,2 à 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 à 100l | 2 à 10 L / min | UIP4000hdT |
| n / a. | 10 à 100 litres / min | UIP16000 |
| n / a. | plus grand | groupe de UIP16000 |
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Littérature / Références
- 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.
Qu'il faut savoir
Qu'est-ce que la réaction de Mannich ?
La réaction de Mannich est basée sur une condensation à plusieurs composants d'un aldéhyde non énolisable, d'une amine primaire ou secondaire et d'un composé carbonyle énolisable, qui donne des produits aminométhylés. Le dérivé iminium de l'aldéhyde fonctionne comme accepteur dans la réaction de Mannich.
La réaction de Mannich est utilisée dans de nombreux domaines de la chimie organique. Étant donné que la réaction de Mannich peut être exécutée comme une réaction pratique en un seul point et également configurée comme une réaction de Mannich double, ce type de réaction est utilisé pour la synthèse de produits chimiques fins, de produits chimiques spécialisés, de produits pharmaceutiques et de substances naturelles (utilisées dans les voies de biosynthèse, notamment pour la synthèse d'alcaloïdes, de peptides et de nucléotides).
Parmi les exemples courants de produits chimiques synthétisés par la réaction de Mannich, citons les suivants :
- les alkylamines
- peptides, nucléotides, antibiotiques et alcaloïdes (par exemple, la tropinone)
- les produits agrochimiques, tels que les régulateurs de croissance des plantes
- peintures et polymères
- catalyseurs
- réticulation des tissus au formaldéhyde
- les médicaments et les produits pharmaceutiques (par exemple, la rolitétracycline (produit de Mannich de la tétracycline et de la pyrrolidine), la fluoxétine (antidépresseur), le tramadol et la tolmétine (anti-inflammatoire).
- le savon et les détergents : La réaction de Mannich est utilisée pour synthétiser des alkylamines, transformant des hydrocarbures non polaires en savon ou en détergents. Les composés qui en résultent sont utilisés dans diverses applications de nettoyage, dans le traitement des carburants automobiles et dans les revêtements époxy.
- polyétheramines à partir d'éthers d'alkyle à chaîne ramifiée substitués
- Cétones α,β-insaturées par dégradation thermique des produits de la réaction de Mannich (par exemple, méthylvinylcétone à partir de 1-diéthylamino-butan-3-one).
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