Sonokemijski poboljšane Mannichove reakcije
Mannichove reakcije važne su reakcije stvaranja veza ugljik–ugljik koje se široko primjenjuju u industrijskim područjima kao što su farmaceutska proizvodnja i sinteza prirodnih spojeva. Iako je većina Mannichovih reakcija u jednoj posudi vrlo spora, pozitivni učinci ultrazvučne obrade na Mannichove reakcije brzo su primijenjeni radi poboljšanja prinosa i brzine reakcije te skraćivanja tradicionalno dugog vremena reakcije na kratak postupak.
Sonokemija i njezine prednosti u Mannichovim reakcijama
Mannichova reakcija jedna je od najvažnijih reakcija stvaranja veza ugljik–ugljik u organskoj sintezi jer daje sintetski i biološki važne 𝛽-aminokarbonilne spojeve, koji su važni međuprodukti za izgradnju različitih prirodnih spojeva i farmaceutskih proizvoda koji sadržavaju dušik.
Protočni ultrazvučni sustav za sonokemijske reakcije, npr. za poboljšane Mannichove reakcije
Dokazano je da ultrazvučno ozračivanje i njime izazvani sonokemijski učinci drastično ubrzavaju kinetiku Mannichovih reakcija, npr. uz 13-struko skraćenje vremena reakcije s 20h na 1,5h.
Ultrazvučna obrada poboljšava Mannichovu reakciju ketona, aldehida i amina u jednoj posudi kataliziranu sulfaminskom kiselinom.
Shema prilagođena prema Zeng i sur., 2009
- Znatno skraćeno vrijeme reakcije
- Veći prinosi
- Uvjeti koji se mogu precizno kontrolirati
- Kontrola temperature
- Šaržna i protočna obrada
- Zelena kemija
Ultrazvučna Mannichova reakcija 𝛽-aminokarbonilnih spojeva
Sulfaminska kiselina (NH2SO3H, SA) upotrijebljena je kao učinkovit, jeftin, netoksičan zeleni katalizator koji se može reciklirati za ultrazvučno potpomognutu Mannichovu reakciju aldehida s ketonima i aminima u jednoj posudi. Prednosti ovog ultrazvučnog protokola uključuju visok prinos, blage uvjete, izostanak onečišćenja okoliša i jednostavne postupke obrade reakcijske smjese. Najvažnije je da se ovom metodologijom prvi put dobivaju beta-aminokarbonilni spojevi s orto-supstituiranim aromatskim aminima u prihvatljivim do dobrim prinosima.
Ispitana je sulfaminska kiselina kao katalizator te je 10 mol% sulfaminske kiseline bilo dovoljno da se reakcija dovede do potpunog završetka uz prinos od 95% u znatno skraćenom vremenu reakcije od 1,5h (u usporedbi s miješanjem pri velikoj brzini, kojim je postignut prinos od samo 85% za približno 20h). To naglašava dobro utvrđenu činjenicu da ultrazvuk velike snage i sonokemija ubrzavaju organske reakcije. Tablica u nastavku prikazuje znatne prednosti ultrazvučne obrade u odnosu na miješanje pri velikoj brzini za Mannichove reakcije.
Tablica pokazuje da su ultrazvučno katalizirane Mannichove reakcije znatno brže i učinkovitije u usporedbi s miješanjem pri velikoj brzini.
Studija: © Zeng i sur., 2009
Sonokemijska oprema visokih performansi za Mannichove reakcije
Sonokemijska oprema za sintezu i katalizu kemijskih proizvoda kao što su aminokarbonilni spojevi i drugi međuprodukti lako je dostupna u svim veličinama – od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do potpuno industrijskih ultrazvučnih reaktora. Hielscher Ultrasonics projektira, proizvodi i distribuira ultrazvučne uređaje velike snage. Svi ultrazvučni sustavi proizvode se u sjedištu u Teltowu u Njemačkoj, odakle se distribuiraju diljem svijeta.
Sofisticirani hardver i pametni softver ultrazvučnih uređaja Hielscher osmišljeni su kako bi jamčili pouzdan rad, ponovljive rezultate i jednostavnu uporabu. Ultrazvučni uređaji Hielscher robusni su i pouzdani, što omogućuje njihovu ugradnju i rad u teškim radnim uvjetima. Radnim postavkama može se jednostavno pristupiti i podesiti ih putem intuitivnog izbornika dostupnog na digitalnom dodirnom zaslonu u boji i putem daljinskog upravljanja u pregledniku. Stoga se svi uvjeti obrade, kao što su neto energija, ukupna energija, amplituda, vrijeme, tlak i temperatura, automatski bilježe na ugrađenu SD karticu. To vam omogućuje pregled i usporedbu prethodnih ciklusa sonikacije te optimizaciju sinteze i funkcionalizacije u sonokemijski poboljšanim reakcijama, kao što su Mannichova reakcija, Diels-Alderova reakcija ili Michaelova adicija, radi postizanja najviše učinkovitosti.
Sustavi Hielscher Ultrasonics upotrebljavaju se diljem svijeta za sonokemijske procese (sonosintezu i sonokatalizu) te su se pokazali pouzdanom opremom u šaržnom i kontinuiranom protočnom načinu rada. Industrijski ultrazvučni uređaji Hielscher mogu lako raditi pri visokim amplitudama u kontinuiranom radu (24/7/365). Amplitude do 200µm mogu se lako kontinuirano stvarati standardnim sonotrodama (ultrazvučnim sondama / rogovima). Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Zbog svoje robusnosti i malih zahtjeva za održavanjem naši se ultrazvučni uređaji često ugrađuju za zahtjevne primjene i u zahtjevnim okruženjima.
Ultrazvučni procesori Hielscher za sonokemijske sinteze već su ugrađeni diljem svijeta u komercijalnom mjerilu. Obratite nam se sada kako bismo razgovarali o vašoj sonokemijski potaknutoj sintezi putem Mannichove reakcije! Naše iskusno osoblje rado će vam pružiti više informacija o putu sonokemijske sinteze, ultrazvučnim sustavima i cijenama!
Zahvaljujući prednostima metode ultrazvučne sinteze vaša će se kemijska proizvodnja isticati učinkovitošću, jednostavnošću i niskim troškovima u usporedbi s drugim postupcima katalitičke sinteze!
Tablica u nastavku daje okvirni prikaz približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| nije primjenjivo | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| nije primjenjivo | veći | skup uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za primjene miješanja, dispergiranja, emulgiranja i ekstrakcije u laboratorijskom, pilotnom i industrijskom mjerilu.
Literatura / Reference
- 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.
Činjenice koje vrijedi znati
Što je Mannichova reakcija?
Mannichova reakcija temelji se na višekomponentnoj kondenzaciji aldehida koji ne može enolizirati, primarnog ili sekundarnog amina i karbonilnog spoja koji može enolizirati, pri čemu nastaju aminometilirani proizvodi. Iminijev derivat aldehida djeluje kao akceptor u Mannichovoj reakciji.
Mannichova reakcija upotrebljava se u mnogim područjima organske kemije. Budući da se Mannichova reakcija može provesti kao praktična reakcija u jednoj posudi, a može se izvesti i kao dvostruka Mannichova reakcija, ova vrsta reakcije upotrebljava se za sintezu finih kemikalija, specijalnih kemikalija, farmaceutskih proizvoda i prirodnih tvari (upotrebljava se u biosintetskim putovima, osobito za sintezu alkaloida, peptida i nukleotida).
Uobičajeni primjeri kemikalija sintetiziranih putem Mannichove reakcije uključuju:
- alkilamine
- peptide, nukleotide, antibiotike i alkaloide (npr. tropinon)
- agrokemikalije, kao što su regulatori rasta biljaka
- boje i polimere
- katalizatore
- umrežavanje tkiva formaldehidom
- lijekove i farmaceutske pripravke (npr. rolitetraciklin (Mannichov produkt tetraciklina i pirolidina), fluoksetin (antidepresiv), tramadol i tolmetin (protuupalni lijek).
- sapun i deterdžente: Mannichova reakcija upotrebljava se za sintezu alkilamina, pri čemu se nepolarni ugljikovodici pretvaraju u sapun ili deterdžente. Dobiveni spojevi upotrebljavaju se u različitim primjenama čišćenja, obrade automobilskih goriva i epoksidnih premaza
- polieteramine iz supstituiranih alkil-etera razgranatog lanca
- α,β-nezasićene ketone toplinskom razgradnjom produkata Mannichove reakcije (npr. metil-vinil-keton iz 1-dietilamino-butan-3-ona)
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorijskih do industrijskih veličina.