Sonochemicznie ulepszone reakcje Mannicha
Reakcje Mannicha są ważnymi reakcjami tworzenia wiązań węgiel-węgiel, które są szeroko stosowane w przemyśle, takim jak produkcja farmaceutyczna i synteza produktów naturalnych. Podczas gdy większość reakcji Mannicha w jednym garnku jest bardzo powolna, pozytywne efekty ultradźwięków w reakcjach Mannicha zostały szybko wdrożone w celu poprawy wydajności i szybkości reakcji, a także w celu skrócenia tradycyjnie długiego czasu reakcji do krótkiej procedury w reakcjach Mannicha.
Sonochemia i jej zalety w reakcjach Mannicha
Reakcja Mannicha jest jedną z najważniejszych reakcji tworzenia wiązań węgiel-węgiel w syntezie organicznej, ponieważ daje syntetycznie i biologicznie ważne związki 𝛽-aminokarbonylowe, które są ważnymi półproduktami do budowy różnych produktów naturalnych zawierających azot i farmaceutyków.
Udowodniono, że promieniowanie ultradźwiękowe i generowane w ten sposób efekty sonochemiczne drastycznie przyspieszają kinetykę reakcji w reakcjach Mannicha, np. z 13-krotnym zmniejszeniem z 20 godzin do 1,5 godziny w czasie reakcji.

Ultradźwięki poprawiają jednopotową reakcję Mannicha ketonów, aldehydów i amin katalizowaną przez katalizator kwasu sulfaminowego.
Schemat zaadaptowany z Zeng et al., 2009
- Znacznie przyspieszony czas reakcji
- Wyższe zyski
- Precyzyjnie kontrolowane warunki
- kontrola temperatury
- Batch i in-line
- zielona chemia
Ultradźwiękowa reakcja Mannicha związków 𝛽-aminokarbonylowych
Kwas sulfaminowy (NH2SO3H, SA) zastosowano jako wydajny, niedrogi, nietoksyczny i nadający się do recyklingu zielony katalizator do wspomaganej ultradźwiękami jednopunktowej reakcji Mannicha aldehydów z ketonami i aminami. Ten protokół ultradźwiękowy ma zalety wysokiej wydajności, łagodnego stanu, braku zanieczyszczenia środowiska i prostych procedur obróbki. Co najważniejsze, związki beta-aminokarbonylowe z orto-podstawionymi aminami aromatycznymi uzyskuje się z akceptowalną lub dobrą wydajnością za pomocą tej metodologii po raz pierwszy.
Zbadano kwas sulfaminowy jako katalizator, a 10 mol% kwasu sulfaminowego było wystarczające, aby doprowadzić reakcję całkowicie do 95% wydajności w znacznie przyspieszonym czasie reakcji wynoszącym 1,5 godziny (w porównaniu do mieszania z dużą prędkością, które osiągnęło tylko 85% wydajności w około 20 godzin). Podkreśla to dobrze ugruntowany fakt, że ultradźwięki mocy i sonochemia przyspieszają reakcje organiczne. Poniższa tabela pokazuje znaczące zalety ultradźwięków w porównaniu z szybkim mieszaniem w reakcjach Mannicha.
Wysokowydajny sprzęt sonochemiczny do reakcji Mannicha
Sprzęt sonochemiczny do syntezy i katalizy produktów chemicznych, takich jak związki aminokarbonylowe i inne półprodukty, jest łatwo dostępny w każdym rozmiarze. – od kompaktowych ultrasonografów laboratoryjnych po w pełni przemysłowe reaktory ultradźwiękowe. Hielscher Ultrasonics projektuje, produkuje i dystrybuuje ultrasonografy dużej mocy. Wszystkie systemy ultradźwiękowe są produkowane w siedzibie głównej w Teltow w Niemczech i stamtąd dystrybuowane na całym świecie.
Zaawansowany sprzęt i inteligentne oprogramowanie ultrasonografów Hielscher zostały zaprojektowane tak, aby zagwarantować niezawodne działanie, powtarzalne wyniki, a także łatwość obsługi. Ultradźwięki Hielscher są solidne i niezawodne, co pozwala na instalację i obsługę w ciężkich warunkach. Ustawienia operacyjne są łatwo dostępne i wybierane za pomocą intuicyjnego menu, do którego można uzyskać dostęp za pomocą cyfrowego kolorowego wyświetlacza dotykowego i pilota zdalnego sterowania. W związku z tym wszystkie warunki przetwarzania, takie jak energia netto, energia całkowita, amplituda, czas, ciśnienie i temperatura są automatycznie rejestrowane na wbudowanej karcie SD. Pozwala to na rewizję i porównanie poprzednich przebiegów sonikacji oraz optymalizację syntezy i funkcjonalizacji sonochemicznie ulepszonych reakcji, takich jak reakcja Mannicha, reakcja Dielsa-Aldera lub addycja Michaela do najwyższej wydajności.
Systemy Hielscher Ultrasonics są stosowane na całym świecie w procesach sonochemicznych (sono-synteza i sono-kataliza) i okazały się niezawodnym sprzętem w trybie wsadowym i ciągłym w linii. Przemysłowe ultrasonografy Hielscher mogą z łatwością pracować z wysokimi amplitudami w trybie ciągłym (24/7/365). Amplitudy do 200 µm można łatwo generować w sposób ciągły za pomocą standardowych sonotrod (sondy ultradźwiękowe? rogi). Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są dostosowane sonotrody ultradźwiękowe. Ze względu na swoją wytrzymałość i niskie koszty utrzymania, nasze ultradźwięki są powszechnie instalowane w ciężkich zastosowaniach i wymagających środowiskach.
Procesory ultradźwiękowe Hielscher do syntez sonochemicznych są już instalowane na całym świecie na skalę komercyjną. Skontaktuj się z nami już teraz, aby omówić sonochemicznie napęd syntezy poprzez reakcję Mannicha! Nasz doświadczony personel z przyjemnością podzieli się dodatkowymi informacjami na temat ścieżki syntezy sonochemicznej, systemów ultradźwiękowych i cen!
Dzięki zaletom metody syntezy ultradźwiękowej, produkcja chemiczna będzie wyróżniać się wydajnością, prostotą i niskimi kosztami w porównaniu z innymi procesami syntezy katalitycznej!
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:
Wielkość partii | natężenie przepływu | Polecane urządzenia |
---|---|---|
1 do 500mL | 10-200mL/min | UP100H |
10 do 2000mL | 20-400mL/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
10-100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
b.d. | 10-100L/min | UIP16000 |
b.d. | większe | klaster UIP16000 |
Skontaktuj się z nami!? Zapytaj nas!
Literatura? Referencje
- 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.
Fakty, które warto znać
Czym jest reakcja Mannicha?
Reakcja Mannicha opiera się na wieloskładnikowej kondensacji nieenolizowalnego aldehydu, pierwszo- lub drugorzędowej aminy i enolizowalnego związku karbonylowego, w wyniku której powstają aminometylowane produkty. Pochodna iminowa aldehydu działa jako akceptor w reakcji Mannicha.
Reakcja Mannicha jest stosowana w wielu dziedzinach chemii organicznej. Ponieważ reakcję Mannicha można przeprowadzić jako wygodną reakcję jednomisową, a także jako podwójną reakcję Mannicha, ten typ reakcji jest wykorzystywany do syntezy drobnych chemikaliów, specjalistycznych chemikaliów, farmaceutyków i substancji naturalnych (stosowanych w szlakach biosyntezy, zwłaszcza do syntezy alkaloidów, peptydów i nukleotydów).
Typowe przykłady związków chemicznych syntetyzowanych w reakcji Mannicha obejmują:
- aminy alkilowe
- peptydy, nukleotydy, antybiotyki i alkaloidy (np. tropinon)
- agrochemikalia, takie jak regulatory wzrostu roślin
- farby i polimery
- katalizatory
- sieciowanie tkanek formaldehydem
- leki i farmaceutyki (np. rolitetracyklina (produkt Mannicha z tetracykliny i pirolidyny), fluoksetyna (lek przeciwdepresyjny), tramadol i tolmetin (lek przeciwzapalny).
- mydło i detergenty: Reakcja Mannicha jest wykorzystywana do syntezy amin alkilowych, przekształcając niepolarne węglowodory w mydło lub detergenty. Powstałe w ten sposób związki są wykorzystywane w różnych zastosowaniach czyszczących, obróbce paliw samochodowych i powłokach epoksydowych
- polieteroaminy z podstawionych rozgałęzionych eterów alkilowych
- α,β-nienasycone ketony poprzez termiczną degradację produktów reakcji Mannicha (np. keton metylowo-winylowy z 1-dietyloamino-butan-3-onu)

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do rozmiar przemysłowy.