Réactions de Mannich améliorées par sonochimie
Les réactions de Mannich sont d’importantes réactions de formation de liaisons carbone–carbone, largement utilisées dans des industries telles que la production pharmaceutique et la synthèse de produits naturels. Alors que la plupart des réactions de Mannich monotopes sont très lentes, les effets positifs de l’ultrasonication sur les réactions de Mannich ont rapidement été mis à profit 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 fournit des composés 𝛽-aminocarbonylés importants sur les plans synthétique et biologique, qui sont des intermédiaires importants pour la construction de divers produits naturels et produits pharmaceutiques azotés.
Système à ultrasons en ligne pour réactions sonochimiques, p. ex. pour des réactions de Mannich améliorées
Il est prouvé que l’irradiation ultrasonore et les effets sonochimiques ainsi générés accélèrent considérablement la cinétique de réaction des réactions de Mannich, p. ex. avec une réduction d’un facteur 13 du temps de réaction, de 20h à 1,5h.
L’ultrasonication améliore la réaction de Mannich monotope 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
- Rendements plus élevés
- Conditions contrôlables avec précision
- Contrôle de la température
- En mode batch et en ligne
- Chimie verte
Réaction de Mannich par ultrasons de composés 𝛽-aminocarbonylés
L’acide sulfamique (NH2SO3H, SA) a été utilisé comme catalyseur vert efficace, peu coûteux, non toxique et recyclable pour la réaction de Mannich monotope assistée par ultrasons d’aldéhydes avec des cétones et des amines. Ce protocole par ultrasons présente les avantages d’un rendement élevé, de conditions douces, d’une absence de pollution environnementale et de procédures de traitement simples. Plus important encore, des composés bêta-aminocarbonylés avec des amines aromatiques ortho-substituées sont obtenus pour la première fois avec des rendements acceptables à bons grâce à cette méthodologie.
L’acide sulfamique a été examiné comme catalyseur et 10 mol% d’acide sulfamique ont suffi pour mener la réaction complètement à un rendement de 95% en un temps de réaction considérablement accéléré de 1,5h (par rapport à l’agitation à grande vitesse, qui n’a atteint qu’un rendement de 85% en env. 20h). Cela souligne le fait bien établi que les ultrasons de puissance 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 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
Les équipements sonochimiques pour la synthèse et la catalyse de produits chimiques tels que les composés aminocarbonylés et d’autres intermédiaires sont facilement disponibles dans toutes les tailles – des ultrasonicateurs de laboratoire compacts aux réacteurs à ultrasons entièrement industriels. Hielscher Ultrasonics conçoit, fabrique et distribue des ultrasonicateurs de haute puissance. Tous les systèmes à ultrasons sont fabriqués au siège de Teltow, en Allemagne, et distribués de là dans le monde entier.
Le matériel sophistiqué et le logiciel intelligent des ultrasonicateurs Hielscher sont conçus pour garantir un fonctionnement fiable, des résultats reproductibles ainsi qu’une grande convivialité. Les ultrasonicateurs Hielscher sont robustes et fiables, ce qui permet de les installer et de les faire fonctionner dans des conditions intensives. Les paramètres de fonctionnement sont facilement accessibles et réglables via un menu intuitif, accessible par un écran tactile couleur numérique et par commande à distance via 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 de réactions améliorées par sonochimie, telles que la réaction de Mannich, la réaction de Diels-Alder ou l’addition de Michael, jusqu’à une efficacité maximale.
Les systèmes Hielscher Ultrasonics sont utilisés dans le monde entier pour des procédés sonochimiques (sono-synthèse et sono-catalyse) et ont fait leurs preuves en tant qu’équipements fiables en mode batch et en mode continu en ligne. Les ultrasonicateurs industriels Hielscher peuvent facilement fonctionner à des amplitudes élevées en fonctionnement continu (24/7/365). Des amplitudes allant jusqu’à 200µm peuvent être facilement générées en continu avec des sonotrodes standard (sondes / cornes à ultrasons). Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes à ultrasons personnalisées sont disponibles. En raison de leur robustesse et de leur faible entretien, nos ultrasonicateurs sont couramment installés pour des applications intensives 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 dès maintenant pour discuter de votre synthèse pilotée par sonochimie via la réaction de Mannich ! Notre personnel expérimenté se fera un plaisir de vous fournir davantage d’informations sur la voie de synthèse sonochimique, les systèmes à ultrasons et les tarifs !
Grâce à l’avantage de la méthode de synthèse par ultrasons, votre production chimique excellera en efficacité, en simplicité et en faible coût par rapport à d’autres procédés de synthèse catalytique !
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicateurs :
| Volume de lot | Débit | Appareils recommandés |
|---|---|---|
| 1 à 500mL | 10 à 200mL/min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 à 20L | 0,2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | plus grand | groupe de UIP16000 |
Contactez-nous ! / Posez-nous vos questions !
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons haute performance pour les applications de mélange, la dispersion, l’émulsification et l’extraction à l’échelle du laboratoire, pilote et industrielle.
Bibliographie / 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.
Faits à savoir
Qu’est-ce que la réaction de Mannich ?
La réaction de Mannich repose sur une condensation multicomposant d’un aldéhyde non énolisable, d’une amine primaire ou secondaire et d’un composé carbonylé énolisable, qui donne des produits aminométhylés. Le dérivé iminium de l’aldéhyde joue le rôle d’accepteur dans la réaction de Mannich.
La réaction de Mannich est utilisée dans de nombreux domaines de la chimie organique. Comme la réaction de Mannich peut être réalisée sous forme de réaction monotope pratique et également mise en œuvre sous forme de doubles réactions de Mannich, ce type de réaction est utilisé pour la synthèse de produits de chimie fine, de produits chimiques de spécialité, de produits pharmaceutiques et de substances naturelles (utilisation dans des voies de biosynthèse, notamment pour la synthèse d’alcaloïdes, de peptides et de nucléotides).
Parmi les exemples courants de produits chimiques synthétisés par réaction de Mannich, on trouve :
- alkylamines
- peptides, nucléotides, antibiotiques et alcaloïdes (p. ex. tropinone)
- produits agrochimiques, tels que les régulateurs de croissance des plantes
- peintures et polymères
- catalyseurs
- réticulation tissulaire au formaldéhyde
- médicaments et produits pharmaceutiques (p. ex. rolitétracycline (le produit de Mannich de la tétracycline et de la pyrrolidine), fluoxétine (antidépresseur), tramadol et tolmétine (anti-inflammatoire).
- savons et détergents : la réaction de Mannich est utilisée pour synthétiser des alkylamines, convertissant des hydrocarbures non polaires en savons ou détergents. Les composés ainsi obtenus sont utilisés dans diverses applications de nettoyage, traitements de carburants automobiles et revêtements époxy
- polyétheramines à partir d’éthers alkyliques à chaîne ramifiée substitués
- cétones α,β-insaturées par dégradation thermique de produits de la réaction de Mannich (p. ex. méthylvinylcétone à partir de la 1-diéthylamino-butan-3-one)
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons haute performance, de l’échelle du laboratoire à l’échelle industrielle.