Sonochemicznie udoskonalone reakcje Mannicha
Reakcje Mannicha są ważnymi reakcjami tworzenia wiązań węgiel-węgiel, które są szeroko stosowane w przemyśle farmaceutycznym oraz w syntezie produktów naturalnych. Podczas gdy większość jednogarnkowych reakcji Mannicha jest bardzo powolna, pozytywny wpływ ultradźwięków na reakcje Mannicha został szybko zaimplementowany w celu poprawy wydajności i szybkości reakcji, jak również 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 pozwala na otrzymanie ważnych z punktu widzenia syntezy i biologii związków 𝛽-aminokarbonylowych, które są ważnymi półproduktami do budowy różnych produktów naturalnych i farmaceutyków zawierających azot.
Udowodniono, że naświetlanie ultradźwiękami i generowane w ten sposób efekty sonochemiczne drastycznie przyspieszają kinetykę reakcji w reakcjach Mannicha, np. 13-krotnie skracając czas reakcji z 20h do 1,5h.

Ultradźwięki poprawiają przebieg reakcji Mannicha z udziałem ketonów, aldehydów i amin, katalizowanej kwasem sulfamowym.
Schemat zaadaptowany z Zeng et al., 2009
- Znacznie przyspieszony czas reakcji
- wyższe plony
- Precyzyjnie regulowane warunki
- kontrola temperatury
- partii i in-line
- Zielona Chemia
Ultradźwiękowa reakcja Mannicha związków 𝛽-aminokarbonylowych
Kwas sulfamowy (NH2WIĘC3H, SA) został użyty jako wydajny, tani, nietoksyczny i nadający się do recyklingu zielony katalizator do wspomaganej ultradźwiękami reakcji Mannicha typu one-pot aldehydów z ketonami i aminami. Zaletami tego ultradźwiękowego protokołu są: wysoka wydajność, łagodne warunki, brak zanieczyszczenia środowiska i proste procedury robocze. Co najważniejsze, związki beta-aminokarbonylowe z orto-podstawionymi aminami aromatycznymi są otrzymywane z akceptowalną lub dobrą wydajnością za pomocą tej metodologii po raz pierwszy.
Zbadano rolę kwasu sulfamowego jako katalizatora i okazało się, że 10 mol% kwas sulfamowy wystarcza do całkowitego napędzenia reakcji do 95% wydajności w znacznie przyspieszonym czasie reakcji 1,5h (w porównaniu do mieszania z dużą prędkością, które pozwoliło uzyskać tylko 85% wydajności w czasie ok. 20h). Podkreśla to dobrze znany fakt, że ultradźwięki o dużej mocy i sonochemia przyspieszają reakcje organiczne. Poniższa tabela pokazuje znaczącą przewagę ultradźwięków nad szybkim mieszaniem w reakcjach Mannicha.
Wysokowydajne urządzenia sonochemiczne do reakcji Mannicha
Urządzenia sonochemiczne do syntezy i katalizy produktów chemicznych, takich jak związki aminokarbonylowe i inne półprodukty są łatwo dostępne w każdym rozmiarze. – Od kompaktowych ultradźwiękowców laboratoryjnych do w pełni przemysłowych reaktorów ultradźwiękowych. Hielscher Ultrasonics projektuje, produkuje i dystrybuuje ultradźwięki o wysokiej mocy. Wszystkie systemy ultradźwiękowe są produkowane w głównej siedzibie firmy w Teltow w Niemczech i stamtąd rozprowadzane na cały świat.
Zaawansowany sprzęt i inteligentne oprogramowanie ultradźwiękowców firmy Hielscher gwarantują niezawodną pracę, powtarzalne wyniki oraz łatwość obsługi. Ultradźwiękowce Hielscher są solidne i niezawodne, co pozwala na ich instalację i eksploatację w ciężkich warunkach. Ustawienia robocze są łatwo dostępne i wybierane za pomocą intuicyjnego menu, które jest dostępne poprzez cyfrowy kolorowy wyświetlacz dotykowy i zdalne sterowanie przez przeglądarkę. Wszystkie warunki przetwarzania, takie jak energia netto, energia całkowita, amplituda, czas, ciśnienie i temperatura są automatycznie zapisywane na wbudowanej karcie SD. Pozwala to na weryfikację i porównanie poprzednich przebiegów sonikacji oraz na optymalizację syntezy i funkcjonalizacji sonochemicznie ulepszonych reakcji, takich jak reakcja Mannicha, reakcja Dielsa-Aldera lub addycja Michaela z najwyższą wydajnością.
Systemy ultradźwiękowe firmy Hielscher są stosowane na całym świecie w procesach sonochemicznych (sono-synteza i sono-kataliza) i sprawdzają się jako niezawodne urządzenia w trybie wsadowym i ciągłym w linii produkcyjnej. Ultradźwiękowe urządzenia przemysłowe firmy Hielscher mogą bez problemu pracować z wysokimi amplitudami w trybie ciągłym (24/7/365). Amplitudy do 200 µm mogą być bez problemu generowane w sposób ciągły przy użyciu standardowych sonotrod (sond ultradźwiękowych / tub). Dla jeszcze większych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do potrzeb klienta. Ze względu na swoją solidność i niskie koszty utrzymania, nasze sonotrody ultradźwiękowe są powszechnie instalowane do ciężkich zastosowań i w wymagających środowiskach.
Procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher do syntez sonochemicznych są już zainstalowane na całym świecie w skali komercyjnej. Skontaktuj się z nami już teraz, aby omówić Twój projekt sonochemicznej syntezy poprzez reakcję Mannicha! Nasi doświadczeni pracownicy chętnie podzielą się z Państwem informacjami na temat przebiegu syntezy sonochemicznej, systemów ultradźwiękowych i cen!
Z zaletą ultradźwiękowej metody syntezy, Twoja produkcja chemiczna będzie wyróżniać się wydajnością, prostotą i niskimi kosztami w porównaniu z innymi procesami syntezy katalitycznej!
Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:
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 / materiały źródłowe
- 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 Warto wiedzieć
Co to jest reakcja Mannicha?
Reakcja Mannicha opiera się na wieloskładnikowej kondensacji nieenolizowalnego aldehydu, pierwszo- lub drugorzędowej aminy i enolizowalnego związku karbonylowego, w wyniku której otrzymuje się produkty aminometylowane. Iminowa pochodna aldehydu funkcjonuje jako akceptor w reakcji Mannicha.
Reakcja Mannicha jest wykorzystywana w wielu dziedzinach chemii organicznej. Ponieważ reakcja Mannicha może być prowadzona jako wygodna reakcja typu one-pot, a także jako podwójna reakcja Mannicha, ten typ reakcji jest stosowany w syntezie chemikaliów szlachetnych, specjalistycznych, farmaceutycznych i substancji naturalnych (wykorzystywanych w szlakach biosyntezy, szczególnie w syntezie alkaloidów, peptydów i nukleotydów).
Typowe przykłady związków chemicznych syntetyzowanych w reakcji Mannicha obejmują:
- aminy alkilowe
- peptydy, nukleotydy, antybiotyki i alkaloidy (np. tropinon)
- środki agrochemiczne, takie jak regulatory wzrostu roślin
- farby i polimery
- katalizatory
- sieciowanie tkanek formaldehydem
- leki i środki farmaceutyczne (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, przekształcających niepolarne węglowodory w mydło lub detergenty. Powstałe w ten sposób związki są wykorzystywane w wielu zastosowaniach związanych z czyszczeniem, obróbką paliwa samochodowego i powłokami epoksydowymi.
- polieteroaminy z podstawionych eterów alkilowych o rozgałęzionym łańcuchu
- α,β-nienasycone ketony poprzez degradację termiczną produktów reakcji Mannicha (np. keton metylowo-winylowy z 1-dietyloamino-butan-3-onu)

Firma Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do wielkość przemysłowa.