Reazioni di Mannich migliorate per via sonica
Le reazioni di Mannich sono importanti reazioni di formazione di legami carbonio-carbonio, ampiamente utilizzate in settori quali la produzione farmaceutica e la sintesi di prodotti naturali. Mentre la maggior parte delle reazioni di Mannich one-pot sono molto lente, gli effetti positivi degli ultrasuoni sulle reazioni di Mannich sono stati rapidamente implementati al fine di migliorare la resa e la velocità di reazione, nonché di ridurre i tempi di reazione tradizionalmente lunghi a una procedura breve nelle reazioni di Mannich.
La sonochimica e i suoi vantaggi nelle reazioni di Mannich
La reazione di Mannich è una delle più importanti reazioni di formazione del legame carbonio-carbonio nella sintesi organica, perché permette di ottenere composti 𝛽-aminocarbonilici importanti dal punto di vista sintetico e biologico, che sono importanti intermedi per la costruzione di vari prodotti naturali e farmaceutici contenenti azoto.
Sistema in linea a ultrasuoni per reazioni stereo, ad esempio per il miglioramento delle reazioni di Mannich
È stato dimostrato che l'irradiazione a ultrasuoni e i relativi effetti sonochimici accelerano drasticamente la cinetica di reazione nelle reazioni di Mannich, ad esempio riducendo di 13 volte il tempo di reazione da 20 ore a 1,5 ore.
Gli ultrasuoni migliorano la reazione di Mannich one-pot di chetoni, aldeidi e ammine catalizzata da un catalizzatore di acido solfammico.
Schema adattato da Zeng et al., 2009
- Tempo di reazione significativamente accelerato
- Rendimenti più elevati
- Condizioni controllabili con precisione
- Controllo della temperatura
- Batch e in linea
- Chimica verde
Reazione Mannich a ultrasuoni di composti 𝛽-minocarbonilici
Acido solfammico (NH2SO3H, SA) è stato utilizzato come catalizzatore verde efficiente, economico, non tossico e riciclabile per la reazione di Mannich one-pot assistita da ultrasuoni di aldeidi con chetoni e ammine. Questo protocollo a ultrasuoni presenta i vantaggi di un'elevata resa, di condizioni blande, di assenza di inquinamento ambientale e di procedure di lavoro semplici. Soprattutto, con questa metodologia si ottengono per la prima volta composti beta-amminocarbonilici con ammine aromatiche orto-sostituite in rese accettabili o buone.
È stato esaminato l'acido solfammico come catalizzatore e il 10 mol% di acido solfammico è stato sufficiente a guidare la reazione fino a una resa del 95% in un tempo di reazione significativamente accelerato di 1,5 ore (rispetto all'agitazione ad alta velocità, che ha ottenuto solo una resa dell'85% in circa 20 ore). Ciò sottolinea il fatto consolidato che gli ultrasuoni e la sicochimica accelerano le reazioni organiche. La tabella seguente mostra i vantaggi significativi dell'ultrasuono rispetto all'agitazione ad alta velocità per le reazioni di Mannich.
La tabella mostra che le reazioni di Mannich catalizzate dagli ultrasuoni sono significativamente più veloci ed efficienti rispetto all'agitazione ad alta velocità.
Studio: © Zeng et al., 2009
Apparecchiatura sionochimica ad alte prestazioni per le reazioni di Mannich
L'apparecchiatura sonotecnica per la sintesi e la catalisi di prodotti chimici come i composti amminocarbonilici e altri intermedi è prontamente disponibile in qualsiasi dimensione. – dagli ultrasuoni compatti da laboratorio ai reattori a ultrasuoni completamente industriali. Hielscher Ultrasonics progetta, produce e distribuisce ultrasuonatori ad alta potenza. Tutti i sistemi a ultrasuoni sono prodotti nella sede centrale di Teltow, in Germania, e distribuiti da lì in tutto il mondo.
L'hardware sofisticato e il software intelligente degli ultrasonori Hielscher sono progettati per garantire un funzionamento affidabile, risultati riproducibili e facilità d'uso. Gli ultrasuonatori Hielscher sono robusti e affidabili e possono essere installati e utilizzati in condizioni di lavoro gravose. Le impostazioni operative sono facilmente accessibili e selezionabili attraverso un menu intuitivo, accessibile tramite un display digitale a colori touch-display e un telecomando browser. Tutte le condizioni di lavorazione, come energia netta, energia totale, ampiezza, tempo, pressione e temperatura, vengono automaticamente registrate su una scheda SD integrata. Ciò consente di rivedere e confrontare i precedenti cicli di sonicazione e di ottimizzare la sintesi e la funzionalizzazione di reazioni migliorate per via sicochimica, come la reazione di Mannich, la reazione di Diels-Alder o l'addizione di Michael, con la massima efficienza.
I sistemi Hielscher Ultrasonics sono utilizzati in tutto il mondo per i processi sonici (sono-sintesi e sono-catalisi) e hanno dimostrato di essere apparecchiature affidabili in modalità batch e continua in linea. Gli ultrasonici industriali Hielscher possono facilmente gestire ampiezze elevate in funzionamento continuo (24/7/365). Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente generate in modo continuo con sonotrodi standard (sonde / trombe a ultrasuoni). Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. Grazie alla loro robustezza e alla bassa manutenzione, i nostri ultrasonori sono comunemente installati per applicazioni pesanti e in ambienti difficili.
I processori a ultrasuoni di Hielscher per le sintesi chimico-soniche sono già installati in tutto il mondo su scala commerciale. Contattateci subito per discutere della vostra sintesi sonochemica tramite reazione di Mannich! Il nostro personale esperto sarà lieto di fornirvi ulteriori informazioni sul percorso della sintesi chimico-sonora, sui sistemi a ultrasuoni e sui prezzi!
Con il vantaggio del metodo di sintesi a ultrasuoni, la vostra produzione chimica eccellerà per efficienza, semplicità e basso costo rispetto ad altri processi di sintesi catalitica!
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori:
| Volume di batch | Portata | Dispositivi raccomandati |
|---|---|---|
| 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | più grande | cluster di UIP16000 |
Contattateci! / Chiedi a noi!
Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsione ed estrazione su scala di laboratorio, pilota e industriale.
Letteratura / Riferimenti
- 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.
Particolarità / Cose da sapere
Che cos'è la reazione di Mannich?
La reazione di Mannich si basa su una condensazione multicomponente di un'aldeide non enolizzabile, un'ammina primaria o secondaria e un composto carbonilico enolizzabile, che dà prodotti aminometilati. Il derivato iminiato dell'aldeide funge da accettore nella reazione di Mannich.
La reazione di Mannich è utilizzata in molti settori della chimica organica. Poiché la reazione di Mannich può essere eseguita come una comoda reazione one-pot e anche impostata come doppia reazione di Mannich, questo tipo di reazione è utilizzato per la sintesi di prodotti di chimica fine, specialità chimiche, prodotti farmaceutici e sostanze naturali (utilizzate nei percorsi biosintetici, in particolare per la sintesi di alcaloidi, peptidi e nucleotidi).
Esempi comuni di sostanze chimiche sintetizzate tramite la reazione di Mannich sono i seguenti:
- ammine alchiliche
- peptidi, nucleotidi, antibiotici e alcaloidi (ad es. tropinone)
- prodotti agrochimici, come i regolatori di crescita delle piante
- vernici e polimeri
- catalizzatori
- reticolazione tissutale in formaldeide
- farmaci e droghe farmaceutiche (ad esempio rolitetraciclina (prodotto di Mannich di tetraciclina e pirrolidina), fluoxetina (antidepressivo), tramadolo e tolmetina (antinfiammatori).
- saponi e detergenti: La reazione di Mannich viene utilizzata per sintetizzare le ammine alchiliche, convertendo gli idrocarburi non polari in saponi o detergenti. Questi composti risultanti sono utilizzati in una varietà di applicazioni di pulizia, nel trattamento dei carburanti per autoveicoli e nei rivestimenti epossidici.
- polieterammine da alchil eteri sostituiti a catena ramificata
- Chetoni α,β-insaturi per degradazione termica dei prodotti della reazione di Mannich (ad esempio metil vinil chetone da 1-dietilamino-butan-3-one)
Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni da laboratorio a dimensioni industriali.