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 industries telles 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 des ultrasons sur les réactions de Mannich ont été rapidement mis en œuvre afin d'améliorer le rendement et la vitesse de réaction et 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 dans la synthèse organique, car elle permet d'obtenir des composés 𝛽-aminocarbonylés importants sur le plan synthétique et biologique, qui sont des intermédiaires importants pour la construction de divers produits naturels contenant de l'azote et de produits pharmaceutiques.
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 réduisant de 13 fois le temps de réaction, qui passe de 20 heures à 1,5 heure.
L'ultrasonication améliore la réaction de Mannich en une seule fois des cétones, aldéhydes et amines catalysée par un catalyseur à base d'acide sulfamique.
Schéma adapté de Zeng et al., 2009
- Temps de réaction considérablement accéléré
- des rendements plus élevés
- Des conditions contrôlables avec précision
- contrôle de la température
- Par lots et en ligne
- chimie verte
Réaction de Mannich ultrasonique de composés 𝛽-aminocarbonylés
Acide sulfamique (NH2SO3H, SA) a été utilisé comme catalyseur vert efficace, peu coûteux, non toxique et recyclable pour la réaction de Mannich en un point, assistée par ultrasons, d'aldéhydes avec des cétones et des amines. Ce protocole à ultrasons présente les avantages d'un rendement élevé, d'une condition douce, d'une absence de pollution environnementale et de procédures de préparation simples. Plus important encore, les composés bêta-aminocarbonylés avec des amines aromatiques ortho-substituées sont obtenus pour la première fois avec des rendements acceptables ou bons grâce à cette méthodologie.
L'acide sulfamique a été examiné en tant que catalyseur et 10 % molaires d'acide sulfamique ont suffi pour conduire la réaction jusqu'à un rendement de 95 % dans un temps de réaction considérablement accéléré de 1,5 h (par rapport à l'agitation à grande vitesse, qui n'a permis d'obtenir qu'un rendement de 85 % en 20 h environ). 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 des ultrasons 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 celles obtenues par 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 d'autres intermédiaires est facilement disponible, quelle que soit la taille. – des ultrasons de laboratoire compacts 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 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 facilité d'utilisation. Les ultrasons Hielscher sont robustes et fiables, ce qui permet de les installer et de les utiliser dans des conditions difficiles. Les paramètres de fonctionnement sont facilement accessibles et sélectionnables par le biais d'un menu intuitif, auquel on peut accéder via un écran tactile couleur numérique et une télécommande à navigateur. Par conséquent, 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, avec une efficacité maximale.
Les systèmes ultrasoniques Hielscher sont utilisés dans le monde entier pour les procédés sonochimiques (sono-synthèse et sono-catalyse) et se sont révélés être des équipements fiables en mode batch et en mode continu en ligne. Les ultrasons industriels Hielscher peuvent facilement fonctionner avec des amplitudes élevées en continu (24/7/365). Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent être facilement générées en continu avec des sonotrodes standard (sondes à ultrasons / cornets). Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles. En raison de leur robustesse et de leur faible maintenance, nos ultrasons sont couramment 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 dès 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 !
Grâce à la méthode de synthèse par ultrasons, votre production chimique se distinguera par son efficacité, sa simplicité et son 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 ultrasons :
| Volume du lot | Débit | Dispositifs 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.d. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | plus grande | 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, ce qui donne des produits aminométhylés. Le dérivé iminium de l'aldéhyde sert d'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 comme une double réaction de Mannich, ce type de réaction est utilisé pour la synthèse de produits chimiques fins, de spécialités chimiques, de produits pharmaceutiques et de substances naturelles (utilisées dans les voies de biosynthèse, en particulier pour la synthèse d'alcaloïdes, de peptides et de nucléotides).
Voici quelques exemples courants de produits chimiques synthétisés par la réaction de Mannich :
- alkylamines
- les peptides, les nucléotides, les antibiotiques et les 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).
- savon et détergents : La réaction de Mannich est utilisée pour synthétiser des alkylamines, convertissant 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 alkyles substitués à chaîne ramifiée
- Cétones α,β-insaturées par dégradation thermique des produits de la réaction de Mannich (par exemple méthyl-vinyl-cétone à partir de 1-diéthylamino-butan-3-one)
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