Sonochemicky zlepšené Mannichove reakcie
Mannichova reakcia sú dôležité reakcie tvorby väzieb uhlík-uhlík, ktoré sú široko používané v priemyselných odvetviach, ako je farmaceutická výroba a syntéza prírodných produktov. Zatiaľ čo väčšina Mannichových reakcií v jednom hrnci je veľmi pomalá, pozitívne účinky ultrazvuku na Mannichove reakcie boli rýchlo implementované s cieľom zlepšiť výťažok a rýchlosť reakcie, ako aj skrátiť tradične dlhý reakčný čas až na krátky postup pri Mannichových reakciách.
Sonochémia a jej výhody v Mannichových reakciách
Mannichova reakcia je jednou z najdôležitejších reakcií tvorby väzieb uhlík-uhlík v organickej syntéze, pretože poskytuje synteticky a biologicky dôležité β-aminokarbonylové zlúčeniny, ktoré sú dôležitými medziproduktmi pre stavbu rôznych prírodných produktov a liečiv obsahujúcich dusík.
Ultrazvukový inline systém pre sonochemické reakcie, napr. pre zlepšenie Mannichových reakcií
Ultrazvukové ožarovanie a tým generované sonochemické účinky preukázateľne urýchľujú reakčnú kinetiku v Mannichových reakciách, napr. s 13-násobným znížením reakčného času z 20 hodín na 1,5 hodiny.
Ultrazvuk zlepšuje Mannichovu reakciu ketónov, aldehydov a amínov katalyzovaných katalyzátorom kyseliny sulfámovej.
Schéma prevzatá podľa Zeng et al., 2009
- Výrazne zrýchlený reakčný čas
- vyššie výnosy
- Presne kontrolovateľné podmienky
- regulácia teploty
- Dávkové a in-line
- Zelená chémia
Ultrazvuková Mannichova reakcia β-aminokarbonylových zlúčenín
Kyselina sulfámová (NH2TAK3H, SA) bol použitý ako účinný, lacný, netoxický a recyklovateľný zelený katalyzátor pre ultrazvukom podporovanú Mannichovu reakciu aldehydov s ketónmi a amínmi v jednom hrnci. Tento ultrazvukový protokol má výhody vysokého výnosu, mierneho stavu, žiadneho znečistenia životného prostredia a jednoduchých postupov spracovania. Najdôležitejšie je, že beta-aminokarbonylové zlúčeniny s ortosubstituovanými aromatickými amínmi sa touto metodikou po prvýkrát získavajú v prijateľných až dobrých výťažkoch.
Skúmala sa kyselina sulfámová ako katalyzátor a 10 mol % kyseliny sulfámovej stačilo na úplné spustenie reakcie na 95 % výťažok pri výrazne zrýchlenom reakčnom čase 1,5 hodiny (v porovnaní s vysokorýchlostným miešaním, ktoré dosiahlo iba 85 % výťažok za cca 20 hodín). To podčiarkuje dobre zavedený fakt, že výkonový ultrazvuk a sonochémia urýchľujú organické reakcie. Nasledujúca tabuľka ukazuje významné výhody ultrazvuku oproti vysokorýchlostnému miešaniu pre Mannichove reakcie.
Tabuľka ukazuje, že ultrazvukom katalyzované Mannichove reakcie sú výrazne rýchlejšie a efektívnejšie v porovnaní s vysokorýchlostným miešaním.
Štúdia: © Zeng et al., 2009
Vysokovýkonné sonochemické zariadenie pre Mannichove reakcie
Sonochemické zariadenie na syntézu a katalýzu chemických produktov, ako sú aminokarbonylové zlúčeniny a iné medziprodukty, je ľahko dostupné v akejkoľvek veľkosti – od kompaktných laboratórnych ultrazvukov až po plne priemyselné ultrazvukové reaktory. Spoločnosť Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje vysokovýkonné ultrazvukové prístroje. Všetky ultrazvukové systémy sa vyrábajú v centrále v nemeckom Teltowe a odtiaľ sú distribuované po celom svete.
Sofistikovaný hardvér a inteligentný softvér ultrazvukových prístrojov Hielscher sú navrhnuté tak, aby zaručovali spoľahlivú prevádzku, reprodukovateľné výsledky a užívateľskú prívetivosť. Ultrazvukové prístroje Hielscher sú robustné a spoľahlivé, čo umožňuje inštaláciu a prevádzku v náročných podmienkach. Prevádzkové nastavenia sú ľahko prístupné a vytočené pomocou intuitívneho menu, ku ktorému je možné pristupovať prostredníctvom digitálneho farebného dotykového displeja a diaľkového ovládača prehliadača. Preto sa všetky podmienky spracovania, ako je čistá energia, celková energia, amplitúda, čas, tlak a teplota, automaticky zaznamenávajú na vstavanú SD kartu. To vám umožní revidovať a porovnávať predchádzajúce sonikácie a optimalizovať syntézu a funkcionalizáciu sonochemicky vylepšených reakcií, ako je Mannichova reakcia, Diels-Alderova reakcia alebo Michaelov prídavok k najvyššej účinnosti.
Ultrazvukové systémy Hielscher sa používajú na celom svete pre sonochemické procesy (sonosyntéza a sonokatalýza) a osvedčili sa ako spoľahlivé zariadenia v dávkovom a kontinuálnom in-line režime. Priemyselné ultrazvuky Hielscher môžu ľahko prevádzkovať vysoké amplitúdy v nepretržitej prevádzke (24/7/365). Amplitúdy až 200 μm je možné ľahko kontinuálne generovať pomocou štandardných sonotród (ultrazvukové sondy / rohy). Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy. Vďaka svojej robustnosti a nízkej údržbe sa naše ultrazvukové prístroje bežne inštalujú pre náročné aplikácie a v náročných prostrediach.
Ultrazvukové procesory Hielscher pre sonochemické syntézy sú už inštalované po celom svete v komerčnom meradle. Kontaktujte nás teraz a prediskutujte svoju syntézu sonochemického pohonu prostredníctvom Mannichovej reakcie! Naši skúsení zamestnanci sa radi podelia o ďalšie informácie o ceste sonochemickej syntézy, ultrazvukových systémoch a cenách!
Vďaka výhode metódy ultrazvukovej syntézy bude vaša chemická výroba vynikať účinnosťou, jednoduchosťou a nízkymi nákladmi v porovnaní s inými procesmi katalytickej syntézy!
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml/min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20 l | 00,2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 až 100 l/min | UIP16000 |
| N.A. | väčší | Zhluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory na miešanie, disperziu, emulgáciu a extrakciu v laboratórnom, pilotnom a priemyselnom meradle.
Literatúra / Referencie
- 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, ktoré stoja za to vedieť
Čo je Mannichova reakcia?
Mannichova reakcia je založená na viaczložkovej kondenzácii neenolizovateľného aldehydu, primárneho alebo sekundárneho amínu a enolizovateľnej karbonylovej zlúčeniny, čím vznikajú aminometylované produkty. Iminiový derivát aldehydu funguje ako akceptor v Mannichovej reakcii.
Mannichova reakcia sa používa v mnohých oblastiach organickej chémie. Keďže Mannichovu reakciu možno spustiť ako pohodlnú reakciu v jednom hrnci a tiež nastaviť ako dvojité Mannichove reakcie, tento typ reakcie sa používa na syntézu jemných chemikálií, špeciálnych chemikálií, liečiv a prírodných látok (používa sa v biosyntetických dráhach, najmä na syntézu alkaloidov, peptidov a nukleotidov).
Bežné príklady chemikálií syntetizovaných Mannichovou reakciou zahŕňajú:
- Alkyloamíny
- peptidy, nukleotidy, antibiotiká a alkaloidy (napr. tropinón)
- agrochemikálie, ako sú regulátory rastu rastlín
- Farby a polyméry
- katalyzátory
- Zosieťovanie tkaniva formaldehydu
- lieky a farmaceutické lieky (napr. rolitetracyklín (Mannichov produkt tetracyklínu a pyrrolidínu), fluoxetín (antidepresívum), tramadol a tolmetín (protizápalové liečivo).
- mydlo a čistiace prostriedky: Mannichova reakcia sa používa na syntézu alkylamínov, pričom sa nepolárne uhľovodíky premieňajú na mydlo alebo detergenty. Tieto výsledné zlúčeniny sa používajú v rôznych čistiacich aplikáciách, úpravách automobilových palív a epoxidových náteroch
- polyéteramíny z substituovaných alkyléterov s rozvetveným reťazcom
- α,β-nenasýtené ketóny tepelnou degradáciou produktov Mannichovej reakcie (napr. metylvinylketón z 1-dietylamino-bután-3-ónu)
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do priemyselná veľkosť.