ソノケミカルによるマンニッヒ反応の改良
マンニッヒ反応は重要な炭素-炭素結合形成反応であり、医薬品製造や天然物の合成などの産業で広く利用されている。ワンポットでのマンニッヒ反応のほとんどは非常に時間がかかるが、マンニッヒ反応における超音波のプラスの効果は、収率と反応速度を向上させるだけでなく、マンニッヒ反応における従来の長い反応時間を短い手順に短縮するために、迅速に実施されている。
マンニッヒ反応におけるソノケミストリーとその利点
マンニッヒ反応は、有機合成において最も重要な炭素-炭素結合形成反応の一つであり、合成学的にも生物学的にも重要なῖ-アミノカルボニル化合物が得られるからである。
マンニッヒ反応の改善など、超音波化学反応用の超音波インラインシステム
超音波照射とそれによって生じるソノケミカル効果は、マンニッヒ反応の反応速度を劇的に加速することが証明されており、例えば反応時間は20時間から1.5時間に13倍短縮された。
超音波処理により、スルファミン酸触媒を用いたケトン、アルデヒド、アミンのワンポット マンニッヒ反応が改善された。
スキームはZeng et al.
- 反応時間の大幅な短縮
- 高収量
- 正確に制御可能な条件
- 温度調節
- バッチおよびインライン
- グリーンケミストリー
アミノカルボニル化合物の超音波マンニッヒ反応
スルファミン酸 (NH2SO3H,SA）を、アルデヒドとケトンおよびアミンの超音波アシスト・ワンポット・マンニッヒ反応のための、効率的で安価、無毒でリサイクル可能なグリーン触媒として使用した。この超音波プロトコルは、高収率、温和な条件、環境汚染なし、簡単な作業手順という利点を持つ。最も重要なことは、オルト置換芳香族アミンを有するβ-アミノカルボニル化合物が、この方法論によって初めて許容範囲から良好な収率で得られたことである。
触媒としてスルファミン酸を検討したところ、10 mol%のスルファミン酸で十分であり、1,5時間という大幅に加速された反応時間で95%の収率まで反応を完全に促進することができた（高速撹拌では約20時間で85%の収率しか得られなかったのと比較）。これは、パワー超音波とソノケミストリーが有機反応を促進するという、確立された事実を明確に示している。下の表は、マンニッヒ反応における高速撹拌に対する超音波処理の大きな利点を示している。
この表は、超音波触媒によるマンニッヒ反応は、高速攪拌と比較して著しく速く効率的であることを示している。
研究：© Zeng et al, 2009
マンニッヒ反応のための高性能ソノケミカル装置
アミノカルボニル化合物やその他の中間体のような化学製品の合成や触媒反応のためのソノケミカル装置は、どのようなサイズでも容易に入手可能である。 – コンパクトなラボ用超音波発生装置から完全工業用超音波リアクターまで。Hielscher Ultrasonics社は、ハイパワー超音波発生装置の設計、製造、販売を行っている。すべての超音波システムはドイツのテルトウ本社で製造され、そこから世界中に販売されています。
Hielscher社の超音波装置は、洗練されたハードウェアとスマートなソフトウェアにより、信頼性の高い操作、再現性の高い結果、使いやすさを保証するように設計されています。Hielscher社製超音波発生装置は堅牢で信頼性が高く、過酷な条件下での設置や操作が可能です。操作設定は、デジタルカラータッチディスプレイとブラウザリモコンからアクセスできる直感的なメニューから簡単にアクセスし、呼び出すことができます。そのため、正味エネルギー、総エネルギー、振幅、時間、圧力、温度など、すべての処理条件が内蔵SDカードに自動的に記録されます。これにより、以前の超音波処理を修正・比較したり、マンニッヒ反応、ディールスアルダー反応、マイケル付加反応など、超音波化学的に改良された反応の合成や官能基化を最高の効率で最適化することができます。
Hielscher 社の超音波装置は、世界中で超音波化学プロセス（超音波合成と超音波触媒）に使用されており、バッチおよび連続インラインモードで信頼性の高い装置であることが証明されています。ヒールシャーの工業用超音波装置は、連続運転（24時間365日）でも高振幅を容易に運転できます。標準的なソノトロード（超音波プローブ/ホーン）を使用すれば、最大200µmの振幅を簡単に連続発生できます。さらに高い振幅を得るには、カスタマイズされた超音波ソノトロードをご利用いただけます。頑丈でメンテナンスが容易なため、当社の超音波発生装置は、過酷な用途や過酷な環境下でも一般的に設置されています。
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超音波合成法の利点により、他の触媒合成プロセスと比較して、貴社の化学生産は効率性、簡便性、低コストで優れている！
下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：
| バッチ量 | 流量 | 推奨デバイス |
|---|---|---|
| 1〜500mL | 10～200mL/分 | UP100H |
| 10〜2000mL | 20～400mL/分 | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1～20L | 0.2～4L/分 | UIP2000hdT |
| 10～100L | 2～10L/分 | UIP4000hdT |
| n.a. | 10～100L/分 | uip16000 |
| n.a. | より大きい | クラスタ uip16000 |
お問い合わせ/ お問い合わせ
Hielscher Ultrasonics社は、ラボスケール、パイロットスケール、工業スケールの混合アプリケーション、分散、乳化、抽出用の高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。
文献・参考文献
- 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.
知っておくべき事実
マンニッヒ反応とは何か？
マンニッヒ反応は、非エノール化可能なアルデヒド、第一級または第二級アミン、エノール化可能なカルボニル化合物の多成分縮合に基づいており、アミノメチル化生成物が得られる。アルデヒドのイミニウム誘導体はマンニッヒ反応のアクセプターとして機能する。
マンニッヒ反応は有機化学の多くの分野で用いられている。マンニッヒ反応は便利なワンポット反応として実行でき、またダブルマンニッヒ反応としても設定できるため、この反応タイプはファインケミカル、特殊化学品、医薬品、天然物質（生合成経路、特にアルカロイド、ペプチド、ヌクレオチドの合成に使用される）の合成に使用される。
マンニッヒ反応によって合成される化学物質の一般的な例としては、以下のようなものがある：
- アルキルアミン
- ペプチド、ヌクレオチド、抗生物質、アルカロイド（トロピノンなど）
- 植物成長調整剤などの農薬
- 塗料とポリマー
- 触媒
- ホルムアルデヒド組織架橋
- 医薬品や医薬品（ロリテトラサイクリン（テトラサイクリンとピロリジンのマンニッヒ生成物）、フルオキセチン（抗うつ剤）、トラマドール、トルメチン（抗炎症剤）など）。
- 石鹸と洗剤 マンニッヒ反応は、アルキルアミンを合成し、非極性炭化水素を石鹸や洗浄剤に変換するために使用される。これらの化合物は、様々な洗浄用途、自動車燃料処理、エポキシコーティングに使用される。
- 置換分岐鎖アルキルエーテルからのポリエーテルアミン
- マンニッヒ反応生成物の熱分解によるα,β-不飽和ケトン（1-ジエチルアミノ-ブタン-3-オンからのメチルビニルケトンなど）
