Sonokemično izboljšane Mannichove reakcije
Mannichove reakcije so pomembne reakcije tvorbe vezi ogljik–ogljik, ki se pogosto uporabljajo v panogah, kot sta farmacevtska proizvodnja in sinteza naravnih produktov. Čeprav je večina Mannichovih reakcij v eni posodi zelo počasnih, so bili pozitivni učinki sonikacije na Mannichove reakcije hitro uvedeni v prakso za izboljšanje izkoristka in hitrosti reakcije ter skrajšanje tradicionalno dolgega reakcijskega časa na kratek postopek pri Mannichovih reakcijah.
Sonokemija in njene prednosti pri Mannichovih reakcijah
Mannichova reakcija je ena najpomembnejših reakcij tvorbe vezi ogljik–ogljik v organski sintezi, saj omogoča pridobivanje sintezno in biološko pomembnih 𝛽-aminokarbonilnih spojin, ki so pomembni intermediati pri tvorbi različnih naravnih produktov in farmacevtskih učinkovin, ki vsebujejo dušik.
Pretočni ultrazvočni sistem za sonokemične reakcije, npr. za izboljšane Mannichove reakcije
Dokazano je, da ultrazvočno obsevanje in sonokemični učinki, ki pri tem nastanejo, močno pospešijo reakcijsko kinetiko pri Mannichovih reakcijah, npr. s 13-kratnim skrajšanjem reakcijskega časa z 20h na 1,5h.
Sonikacija izboljša Mannichovo reakcijo ketonov, aldehidov in aminov v eni posodi, katalizirano s sulfaminsko kislino.
Shema prilagojena po Zeng et al., 2009
- Znatno skrajšan reakcijski čas
- Višji izkoristki
- Natančno obvladljivi pogoji
- Nadzor temperature
- Šaržno in pretočno
- Zelena kemija
Ultrazvočna Mannichova reakcija 𝛽-aminokarbonilnih spojin
Sulfaminska kislina (NH2SO3H, SA) je bila uporabljena kot učinkovit, poceni, nestrupen zeleni katalizator, ki ga je mogoče reciklirati, za ultrazvočno podprto Mannichovo reakcijo aldehidov s ketoni in amini v eni posodi. Prednosti tega ultrazvočnega postopka so visok izkoristek, blagi pogoji, odsotnost onesnaževanja okolja in preprosti postopki obdelave reakcijske zmesi. Najpomembneje je, da so s to metodologijo prvič pridobljene beta-aminokarbonilne spojine z orto-substituiranimi aromatskimi amini v sprejemljivih do dobrih izkoristkih.
Preučena je bila uporaba sulfaminske kisline kot katalizatorja in 10 mol% sulfaminske kisline je zadostovalo, da je reakcija potekla do konca s 95% izkoristkom v znatno skrajšanem reakcijskem času 1,5h (v primerjavi z mešanjem pri visoki hitrosti, s katerim je bil dosežen le 85% izkoristek v približno 20h). To poudarja dobro uveljavljeno dejstvo, da visokointenzivni ultrazvok in sonokemija pospešujeta organske reakcije. Spodnja tabela prikazuje znatne prednosti sonikacije v primerjavi z mešanjem pri visoki hitrosti pri Mannichovih reakcijah.
Tabela prikazuje, da so ultrazvočno katalizirane Mannichove reakcije znatno hitrejše in učinkovitejše v primerjavi z mešanjem pri visoki hitrosti.
Študija: © Zeng et al., 2009
Visokozmogljiva sonokemična oprema za Mannichove reakcije
Sonokemična oprema za sintezo in katalizo kemičnih produktov, kot so aminokarbonilne spojine in drugi intermediati, je zlahka na voljo v vseh velikostih – od kompaktnih laboratorijskih ultrazvočnih naprav do ultrazvočnih reaktorjev za polno industrijsko uporabo. Hielscher Ultrasonics načrtuje, izdeluje in distribuira ultrazvočne naprave visoke moči. Vsi ultrazvočni sistemi so izdelani na sedežu podjetja v mestu Teltow v Nemčiji in od tam distribuirani po vsem svetu.
Napredna strojna oprema in pametna programska oprema ultrazvočnih naprav Hielscher sta zasnovani tako, da zagotavljata zanesljivo delovanje, ponovljive rezultate in prijaznost do uporabnika. Ultrazvočne naprave Hielscher so robustne in zanesljive, kar omogoča njihovo namestitev in uporabo v pogojih velikih obremenitev. Do nastavitev delovanja je mogoče preprosto dostopati in jih nastavljati prek intuitivnega menija, ki je dostopen prek digitalnega barvnega zaslona na dotik in daljinskega upravljanja prek brskalnika. Zato se vsi pogoji obdelave, kot so neto energija, skupna energija, amplituda, čas, tlak in temperatura, samodejno beležijo na vgrajeno kartico SD. To vam omogoča pregledovanje in primerjavo prejšnjih izvedb sonikacije ter optimizacijo sinteze in funkcionalizacije v sonokemično izboljšanih reakcijah, kot so Mannichova reakcija, Diels-Alderjeva reakcija ali Michaelova adicija, za doseganje najvišje učinkovitosti.
Sistemi Hielscher Ultrasonics se po vsem svetu uporabljajo za sonokemične procese (sonosintezo in sonokatalizo) in so dokazano zanesljiva oprema pri šaržnem in neprekinjenem pretočnem delovanju. Industrijske ultrazvočne naprave Hielscher lahko brez težav delujejo z visokimi amplitudami pri neprekinjenem delovanju (24/7/365). S standardnimi sonotrodami (ultrazvočnimi sondami / rogovi) je mogoče brez težav neprekinjeno ustvarjati amplitude do 200µm. Za še višje amplitude so na voljo ultrazvočne sonotrode, izdelane po meri. Zaradi robustnosti in majhnih potreb po vzdrževanju so naše ultrazvočne naprave pogosto nameščene za uporabo pri velikih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Ultrazvočni procesorji Hielscher za sonokemične sinteze so že nameščeni po vsem svetu v komercialnem obsegu. Obrnite se na nas zdaj, da se pogovorimo o vaši sonokemično gnani sintezi z Mannichovo reakcijo! Naše izkušeno osebje vam bo z veseljem posredovalo več informacij o sonokemični sintezni poti, ultrazvočnih sistemih in cenah!
S prednostmi ultrazvočne metode sinteze bo vaša kemična proizvodnja v primerjavi z drugimi postopki katalitične sinteze izstopala po učinkovitosti, preprostosti in nizkih stroških!
Spodnja tabela vam daje predstavo o približni zmogljivosti obdelave naših ultrazvočnih naprav:
| Prostornina šarže | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | večji | sklop naprav UIP16000 |
Stopite v stik z nami! / Vprašajte nas!
Hielscher Ultrasonics izdeluje visokozmogljive ultrazvočne homogenizatorje za mešanje, dispergiranje, emulgiranje in ekstrakcijo v laboratorijskem, pilotnem in industrijskem merilu.
Literatura / Viri
- 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.
Koristna dejstva
Kaj je Mannichova reakcija?
Mannichova reakcija temelji na večkomponentni kondenzaciji aldehida, ki ne more enolizirati, primarnega ali sekundarnega amina in karbonilne spojine, ki lahko enolizira, pri čemer nastanejo aminometilirani produkti. Iminijev derivat aldehida pri Mannichovi reakciji deluje kot akceptor.
Mannichova reakcija se uporablja na številnih področjih organske kemije. Ker je Mannichovo reakcijo mogoče izvesti kot priročno reakcijo v eni posodi in jo zasnovati tudi kot dvojno Mannichovo reakcijo, se ta vrsta reakcije uporablja za sintezo finih kemikalij, specialnih kemikalij, farmacevtskih učinkovin in naravnih snovi (uporablja se v biosinteznih poteh, zlasti za sintezo alkaloidov, peptidov in nukleotidov).
Pogosti primeri kemikalij, sintetiziranih z Mannichovo reakcijo, vključujejo:
- alkilamine
- peptide, nukleotide, antibiotike in alkaloide (npr. tropinon)
- agrokemikalije, kot so regulatorji rasti rastlin
- barve in polimere
- katalizatorje
- zamreževanje tkiv s formaldehidom
- zdravila in farmacevtske učinkovine (npr. rolitetraciklin (Mannichov produkt tetraciklina in pirolidina), fluoksetin (antidepresiv), tramadol in tolmetin (protivnetno zdravilo).
- milo in detergente: Mannichova reakcija se uporablja za sintezo alkilaminov, pri čemer se nepolarni ogljikovodiki pretvorijo v milo ali detergente. Nastale spojine se uporabljajo pri različnih postopkih čiščenja, obdelavi avtomobilskih goriv in v epoksidnih premazih
- polieteramine iz substituiranih alkil etrov z razvejeno verigo
- α,β-nenasičene ketone s toplotno razgradnjo produktov Mannichove reakcije (npr. metil vinil keton iz 1-dietilamino-butan-3-ona)
Hielscher Ultrasonics izdeluje visokozmogljive ultrazvočne homogenizatorje od laboratorijske do industrijske velikosti.