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.

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Ultrasonic reactors can significantly improve organocatalytic reactions such as the Mannich reaction.

Système ultrasonique en ligne pour les réactions sonochimiques, par exemple pour améliorer les réactions de Mannich.

Comme la plupart des réactions de Mannich en un pot sont lentes, avec un temps de réaction de 10 à 20 heures, voire plus, des techniques simples mais efficaces pour favoriser la réaction sont très appréciées. En particulier, la synthèse d'amines aromatiques ortho-substituées par des réactions de Mannich est connue pour sa cinétique de réaction lente.
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.

Ultrasonication and its sonochemical effects promote the one-pot Mannich reactions using sulfamic acid catalyst

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

Avantages des ultrasons sur la réaction de Mannich

  • 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

Probe-type ultrasonicators are used to improve Mannich reactions by accelerating reaction speed and increasing yield and reaction rate. The picture shows the Hielscher UP400St, a 400 watts powerful ultrasonic horn.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.

Ultrasonically catalyzed Mannich reaction is significantly faster and more efficient when compared to high-speed stirring.

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

Réaction chimique favorisée par les ultrasons à l'aide de l'ultrasoniseur à sonde UP400ST

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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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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs ultrasoniques à haute performance pour des applications de mélange, de dispersion, d'émulsification et d'extraction à l'échelle du laboratoire, du pilote et de l'industrie.



Littérature / Références

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).

High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons de haute performance à partir d'une technologie de pointe. laboratoires à taille industrielle.