Phản ứng Mannich được cải thiện bằng hóa siêu âm
Phản ứng Mannich là những phản ứng tạo liên kết carbon–carbon quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong các ngành như sản xuất dược phẩm và tổng hợp các sản phẩm tự nhiên. Mặc dù hầu hết các phản ứng Mannich một bình đều diễn ra rất chậm, các tác động tích cực của xử lý siêu âm đối với phản ứng Mannich đã nhanh chóng được ứng dụng nhằm cải thiện hiệu suất và tốc độ phản ứng, đồng thời rút ngắn thời gian phản ứng vốn kéo dài thành một quy trình ngắn.
Hóa siêu âm và lợi ích đối với phản ứng Mannich
Phản ứng Mannich là một trong những phản ứng tạo liên kết carbon–carbon quan trọng nhất trong tổng hợp hữu cơ, vì phản ứng này tạo ra các hợp chất 𝛽-aminocarbonyl có ý nghĩa quan trọng về mặt tổng hợp và sinh học. Đây là những chất trung gian quan trọng để tạo nên nhiều sản phẩm tự nhiên và dược phẩm chứa nitơ.
Hệ thống siêu âm trên đường ống cho các phản ứng hóa siêu âm, ví dụ để cải thiện phản ứng Mannich
Chiếu xạ siêu âm và các hiệu ứng hóa siêu âm được tạo ra đã được chứng minh là làm tăng mạnh tốc độ phản ứng Mannich, ví dụ rút ngắn thời gian phản ứng 13 lần từ 20h xuống 1,5h.
Xử lý siêu âm cải thiện phản ứng Mannich một bình của xeton, aldehyde và amin được xúc tác bằng axit sulfamic.
Sơ đồ được điều chỉnh từ Zeng và cộng sự, 2009
- Thời gian phản ứng được rút ngắn đáng kể
- Hiệu suất cao hơn
- Các điều kiện có thể được kiểm soát chính xác
- Kiểm soát nhiệt độ
- Xử lý theo mẻ và trên đường ống
- Hóa học xanh
Phản ứng Mannich tạo các hợp chất 𝛽-aminocarbonyl bằng siêu âm
Axit sulfamic (NH2SO3H, SA) được sử dụng làm chất xúc tác xanh hiệu quả, rẻ tiền, không độc hại và có thể tái sử dụng cho phản ứng Mannich một bình có hỗ trợ siêu âm giữa aldehyde với xeton và amin. Quy trình siêu âm này có các ưu điểm là hiệu suất cao, điều kiện phản ứng ôn hòa, không gây ô nhiễm môi trường và quy trình xử lý sau phản ứng đơn giản. Quan trọng nhất, lần đầu tiên phương pháp này cho phép thu được các hợp chất beta-aminocarbonyl với amin thơm có nhóm thế ở vị trí ortho ở mức hiệu suất từ chấp nhận được đến tốt.
Axit sulfamic đã được khảo sát với vai trò chất xúc tác, và 10 mol% axit sulfamic là đủ để đưa phản ứng đến hoàn tất với hiệu suất 95% trong thời gian phản ứng được rút ngắn đáng kể còn 1,5h (so với khuấy tốc độ cao, chỉ đạt hiệu suất 85% trong khoảng 20h). Điều này nhấn mạnh thực tế đã được xác lập rõ ràng rằng siêu âm công suất và hóa siêu âm làm tăng tốc các phản ứng hữu cơ. Bảng dưới đây cho thấy những ưu điểm đáng kể của xử lý siêu âm so với khuấy tốc độ cao đối với phản ứng Mannich.
Bảng cho thấy các phản ứng Mannich được xúc tác bằng siêu âm diễn ra nhanh hơn và hiệu quả hơn đáng kể so với khuấy tốc độ cao.
Nghiên cứu: © Zeng và cộng sự, 2009
Thiết bị hóa siêu âm hiệu năng cao cho phản ứng Mannich
Thiết bị hóa siêu âm phục vụ tổng hợp và xúc tác các sản phẩm hóa học như hợp chất aminocarbonyl và các chất trung gian khác luôn có sẵn ở mọi quy mô – từ máy siêu âm phòng thí nghiệm nhỏ gọn đến thiết bị phản ứng siêu âm hoàn toàn ở quy mô công nghiệp. Hielscher Ultrasonics thiết kế, sản xuất và phân phối các máy siêu âm công suất cao. Tất cả các hệ thống siêu âm đều được sản xuất tại trụ sở chính ở Teltow, Đức và từ đó được phân phối trên toàn thế giới.
Phần cứng tinh vi và phần mềm thông minh của máy siêu âm Hielscher được thiết kế để bảo đảm vận hành đáng tin cậy, kết quả có thể tái lập cũng như tính dễ sử dụng. Máy siêu âm Hielscher bền chắc và đáng tin cậy, cho phép lắp đặt và vận hành trong điều kiện làm việc nặng. Có thể dễ dàng truy cập và điều chỉnh các cài đặt vận hành qua menu trực quan trên màn hình cảm ứng màu kỹ thuật số và giao diện điều khiển từ xa qua trình duyệt. Do đó, tất cả các điều kiện xử lý như năng lượng thuần, tổng năng lượng, biên độ, thời gian, áp suất và nhiệt độ đều được tự động ghi lại trên thẻ SD tích hợp. Điều này cho phép bạn xem lại và so sánh các lần xử lý siêu âm trước đó, đồng thời tối ưu hóa quá trình tổng hợp và chức năng hóa trong các phản ứng được cải thiện bằng hóa siêu âm như phản ứng Mannich, phản ứng Diels-Alder hoặc phản ứng cộng Michael để đạt hiệu quả cao nhất.
Các hệ thống Hielscher Ultrasonics được sử dụng trên toàn thế giới cho các quá trình hóa siêu âm (tổng hợp bằng siêu âm và xúc tác bằng siêu âm) và đã được chứng minh là thiết bị đáng tin cậy trong chế độ xử lý theo mẻ và liên tục trên đường ống. Máy siêu âm công nghiệp Hielscher có thể dễ dàng vận hành ở biên độ cao trong chế độ hoạt động liên tục (24/7/365). Có thể dễ dàng tạo liên tục các biên độ lên đến 200µm bằng các đầu sonotrode tiêu chuẩn (đầu dò / đầu phát siêu âm). Đối với các biên độ cao hơn nữa, có sẵn các đầu sonotrode siêu âm được tùy chỉnh. Nhờ độ bền chắc và nhu cầu bảo trì thấp, máy siêu âm của chúng tôi thường được lắp đặt cho các ứng dụng làm việc nặng và trong môi trường khắc nghiệt.
Các thiết bị xử lý siêu âm Hielscher dành cho tổng hợp hóa siêu âm đã được lắp đặt trên toàn thế giới ở quy mô thương mại. Hãy liên hệ với chúng tôi ngay để trao đổi về quá trình tổng hợp của bạn được thúc đẩy bằng hóa siêu âm thông qua phản ứng Mannich! Đội ngũ giàu kinh nghiệm của chúng tôi sẽ rất vui được chia sẻ thêm thông tin về lộ trình tổng hợp hóa siêu âm, các hệ thống siêu âm và giá cả!
Với lợi thế của phương pháp tổng hợp bằng siêu âm, hoạt động sản xuất hóa chất của bạn sẽ vượt trội về hiệu quả, tính đơn giản và chi phí thấp so với các quy trình tổng hợp có xúc tác khác!
Bảng dưới đây cho biết công suất xử lý gần đúng của các máy siêu âm của chúng tôi:
| Thể tích mẻ | Lưu lượng | Thiết bị được khuyến nghị |
|---|---|---|
| 1 đến 500mL | 10 đến 200mL/min | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 đến 20L | 0,2 đến 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 đến 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lớn hơn | cụm gồm UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Đặt câu hỏi cho chúng tôi!
Hielscher Ultrasonics sản xuất máy đồng hóa siêu âm hiệu năng cao cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ hóa và chiết xuất ở quy mô phòng thí nghiệm, thí điểm và công nghiệp.
Tài liệu / Tài liệu tham khảo
- 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.
Những điều cần biết
Phản ứng Mannich là gì?
Phản ứng Mannich dựa trên phản ứng ngưng tụ nhiều thành phần giữa một aldehyde không có khả năng enol hóa, một amin bậc một hoặc bậc hai và một hợp chất carbonyl có khả năng enol hóa, tạo ra các sản phẩm được aminomethyl hóa. Dẫn xuất iminium của aldehyde đóng vai trò chất nhận trong phản ứng Mannich.
Phản ứng Mannich được sử dụng trong nhiều lĩnh vực hóa học hữu cơ. Do phản ứng Mannich có thể được thực hiện thuận tiện trong một bình và cũng có thể được thiết lập dưới dạng phản ứng Mannich kép, loại phản ứng này được sử dụng để tổng hợp hóa chất tinh khiết, hóa chất chuyên dụng, dược phẩm và các chất tự nhiên (được sử dụng trong các con đường sinh tổng hợp, đặc biệt để tổng hợp alkaloid, peptide và nucleotide).
Các ví dụ phổ biến về hóa chất được tổng hợp thông qua phản ứng Mannich bao gồm:
- alkyl amin
- peptide, nucleotide, kháng sinh và alkaloid (ví dụ tropinone)
- hóa chất nông nghiệp, chẳng hạn như chất điều hòa sinh trưởng thực vật
- sơn và polyme
- chất xúc tác
- tạo liên kết chéo trong mô bằng formaldehyde
- thuốc và dược phẩm (ví dụ rolitetracycline (sản phẩm Mannich của tetracycline và pyrrolidine), fluoxetine (thuốc chống trầm cảm), tramadol và tolmetin (thuốc chống viêm).
- xà phòng và chất tẩy rửa: Phản ứng Mannich được sử dụng để tổng hợp alkyl amin, chuyển đổi hydrocarbon không phân cực thành xà phòng hoặc chất tẩy rửa. Các hợp chất thu được này được sử dụng trong nhiều ứng dụng làm sạch, xử lý nhiên liệu ô tô và lớp phủ epoxy
- polyetheramin từ các alkyl ether mạch nhánh có nhóm thế
- xeton α,β-không bão hòa bằng cách phân hủy nhiệt các sản phẩm của phản ứng Mannich (ví dụ methyl vinyl ketone từ 1-diethylamino-butan-3-one)
Hielscher Ultrasonics sản xuất máy đồng hóa siêu âm hiệu năng cao với quy mô từ phòng thí nghiệm đến công nghiệp.