초음파화학적으로 개선된 만니히 반응
만니히 반응은 중요한 탄소–탄소 결합 형성 반응으로, 의약품 생산과 천연물 합성 등의 산업에서 널리 사용됩니다. 대부분의 원팟 만니히 반응은 매우 느리지만, 수율과 반응 속도를 높이고 전통적으로 긴 만니히 반응 시간을 짧은 공정으로 단축하기 위해 초음파 처리가 만니히 반응에 미치는 긍정적인 효과가 신속하게 도입되었습니다.
초음파화학과 만니히 반응에서의 이점
만니히 반응은 유기 합성에서 가장 중요한 탄소–탄소 결합 형성 반응 중 하나입니다. 다양한 질소 함유 천연물과 의약품을 만드는 데 중요한 중간체인, 합성 및 생물학적으로 중요한 𝛽-아미노카르보닐 화합물을 생성하기 때문입니다.
개선된 만니히 반응 등의 초음파화학 반응을 위한 초음파 인라인 시스템
초음파 조사와 이로 인해 발생하는 초음파화학적 효과는 만니히 반응의 반응 속도를 크게 높이는 것으로 입증되었습니다. 예를 들어, 반응 시간을 20h에서 1.5h로 약 13분의 일로 단축합니다.
초음파 처리는 설팜산 촉매로 촉매되는 케톤, 알데하이드 및 아민의 원팟 만니히 반응을 개선합니다.
Zeng et al., 2009의 반응식을 수정하여 사용
- 크게 단축된 반응 시간
- 더 높은 수율
- 정밀하게 제어 가능한 조건
- 온도 제어
- 배치 및 인라인
- 녹색 화학
𝛽-아미노카르보닐 화합물의 초음파 만니히 반응
설팜산(NH2SO3H, SA)은 알데하이드와 케톤 및 아민의 초음파 보조 원팟 만니히 반응에서 효율적이고 저렴하며 독성이 없고 재활용 가능한 친환경 촉매로 사용되었습니다. 이 초음파 프로토콜은 높은 수율, 온화한 조건, 환경 오염 없음, 간단한 후처리 절차라는 이점이 있습니다. 무엇보다도 이 방법을 통해 오르토 치환 방향족 아민을 포함하는 베타-아미노카르보닐 화합물이 최초로 허용 가능한 수준에서 양호한 수준의 수율로 얻어집니다.
설팜산을 촉매로 검토한 결과, 10 mol%의 설팜산만으로도 크게 단축된 반응 시간인 1.5h 만에 반응을 완결시켜 95%의 수율을 얻기에 충분했습니다(고속 교반에서는 약 20h 동안 수율이 85%에 불과했습니다). 이는 고출력 초음파와 초음파화학이 유기 반응을 가속한다는 잘 확립된 사실을 뒷받침합니다. 아래 표는 만니히 반응에서 고속 교반에 비해 초음파 처리가 갖는 상당한 이점을 보여줍니다.
이 표는 초음파로 촉매되는 만니히 반응이 고속 교반에 비해 훨씬 빠르고 효율적임을 보여줍니다.
연구: © Zeng et al., 2009
만니히 반응을 위한 고성능 초음파화학 장비
아미노카르보닐 화합물과 기타 중간체 같은 화학 제품의 합성 및 촉매 반응을 위한 초음파화학 장비는 소형 실험실용 초음파 처리기부터 완전한 산업용 초음파 반응기까지 모든 규모로 쉽게 구할 수 있습니다. Hielscher Ultrasonics는 고출력 초음파 처리기를 설계, 제조 및 유통합니다. 모든 초음파 시스템은 독일 텔토에 있는 본사에서 제조되어 전 세계로 공급됩니다.
Hielscher 초음파 처리기의 정교한 하드웨어와 스마트 소프트웨어는 신뢰할 수 있는 작동, 재현 가능한 결과 및 사용 편의성을 보장하도록 설계되었습니다. Hielscher 초음파 처리기는 견고하고 신뢰성이 높아 가혹한 작업 조건에서도 설치 및 작동이 가능합니다. 디지털 컬러 터치 디스플레이와 브라우저 원격 제어를 통해 이용할 수 있는 직관적인 메뉴에서 작동 설정에 쉽게 접근하고 조정할 수 있습니다. 이에 따라 순에너지, 총에너지, 진폭, 시간, 압력 및 온도와 같은 모든 처리 조건이 내장 SD 카드에 자동으로 기록됩니다. 이를 통해 이전 초음파 처리 실행 내역을 검토하고 비교할 수 있으며, 만니히 반응, 딜스–알더 반응 또는 마이클 첨가 반응과 같이 초음파화학적으로 개선된 반응의 합성 및 기능화를 최고의 효율로 최적화할 수 있습니다.
Hielscher Ultrasonics 시스템은 전 세계에서 초음파화학 공정(초음파 합성 및 초음파 촉매 반응)에 사용되며, 배치 및 연속 인라인 모드에서 신뢰할 수 있는 장비임이 입증되었습니다. Hielscher 산업용 초음파 처리기는 연속 운전(24/7/365) 중에도 높은 진폭으로 쉽게 작동할 수 있습니다. 표준 소노트로드(초음파 프로브 / 혼)로 최대 200µm의 진폭을 쉽게 연속적으로 생성할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해서는 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다. 당사의 초음파 처리기는 견고하고 유지보수 요구가 적어 고강도 작업과 까다로운 환경에 흔히 설치됩니다.
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아래 표는 당사 초음파 처리기의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.
| 배치 부피 | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 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 |
| 해당 없음 | 10–100L/min | UIP16000 |
| 해당 없음 | 더 큰 유량 | 다음 장치로 구성된 클러스터: UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics는 실험실, 파일럿 및 산업 규모의 혼합, 분산, 유화 및 추출 용도를 위한 고성능 초음파 균질기를 제조합니다.
문헌 / 참고문헌
- 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.
알아두면 좋은 사실
만니히 반응이란 무엇인가요?
만니히 반응은 에놀화되지 않는 알데하이드, 일차 또는 이차 아민, 에놀화 가능한 카르보닐 화합물의 다성분 축합을 기반으로 하며, 아미노메틸화된 생성물을 생성합니다. 알데하이드의 이미늄 유도체는 만니히 반응에서 수용체로 작용합니다.
만니히 반응은 유기 화학의 여러 분야에서 사용됩니다. 만니히 반응은 편리한 원팟 반응으로 수행할 수 있고 이중 만니히 반응으로도 구성할 수 있으므로, 이러한 반응 유형은 정밀 화학 제품, 특수 화학 제품, 의약품 및 천연 물질의 합성에 사용됩니다(생합성 경로, 특히 알칼로이드, 펩타이드 및 뉴클레오타이드 합성에 사용됨).
만니히 반응으로 합성되는 화학 물질의 일반적인 예는 다음과 같습니다.
- 알킬 아민
- 펩타이드, 뉴클레오타이드, 항생제 및 알칼로이드(예: 트로피논)
- 식물 생장 조절제와 같은 농업용 화학 물질
- 도료 및 고분자
- 촉매
- 포름알데하이드를 이용한 조직 가교
- 의약품 및 약물(예: 롤리테트라사이클린(테트라사이클린과 피롤리딘의 만니히 반응 생성물), 플루옥세틴(항우울제), 트라마돌 및 톨메틴(항염증제).
- 비누 및 세제: 만니히 반응은 알킬 아민을 합성하여 비극성 탄화수소를 비누 또는 세제로 전환하는 데 사용됩니다. 이렇게 생성된 화합물은 다양한 세정 용도, 자동차 연료 처리 및 에폭시 코팅에 사용됩니다.
- 치환된 분지쇄 알킬 에테르로부터 얻는 폴리에테르아민
- 만니히 반응 생성물의 열분해로 얻는 α,β-불포화 케톤(예: 1-디에틸아미노-부탄-3-온으로부터 얻는 메틸 비닐 케톤)
Hielscher Ultrasonics는 실험실 규모부터 산업 규모까지 고성능 초음파 균질기를 제조합니다.