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만니히 반응

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1. 개요

만니히 반응은 아민, 포름알데히드, 카르보닐 화합물을 이용한 유기 반응으로, β-아미노 카르보닐 화합물을 생성한다. 반응 메커니즘은 아민과 포름알데히드로부터 이민 이온 형성을 시작으로, 에놀 형태의 카르보닐 화합물이 이민 이온을 공격하는 두 단계로 진행된다. 비대칭 만니히 반응은 키랄 촉매를 사용하여 입체 선택성을 높일 수 있으며, 다양한 의약품, 고분자, 농약 등의 합성에 널리 활용된다.

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만니히 반응
명명법 및 역사
명칭 유래독일의 화학자 칼 만니히의 이름에서 유래
최초 보고1912년 칼 만니히가 안티피린, 포름알데히드, 아민의 반응을 통해 최초로 보고
반응 메커니즘
단계 1아민 또는 암모니아가 포름알데히드와 반응하여 이민 이온 형성
단계 2이민 이온이 카르보닐 화합물의 엔올 형태와 반응
단계 3만니히 염기 형성
반응 조건 및 촉매
일반적인 조건산성 또는 염기성 조건에서 진행
촉매산 촉매: 염산, 황산 등
염기 촉매: 수산화나트륨, 수산화칼륨 등
반응물
필수 반응물알데히드 (일반적으로 포름알데히드)
아민 또는 암모니아
카르보닐 화합물 (엔올화 가능한 수소를 가진 화합물)
응용
의약 화학약물 합성 중간체로 활용
고분자 화학고분자 합성의 빌딩 블록으로 사용
유기 합성다양한 유기 화합물 합성
변형
아자-디엘스-알더 반응만니히 반응과 유사하게 이민을 사용하는 디엘스-알더 반응
엔 반응엔 반응을 통해 만니히 생성물 형성
참고 문헌
주요 참고 문헌March's Advanced Organic Chemistry (6th ed., pp. 1292–1295)
Archiv der Pharmazie, 250(1), 647–667 (1912)
Organic Reactions, 1, 303–341 (2011)
추가 참고 문헌Advanced Organic Chemistry: Part B: Reactions and Synthesis (5th ed., pp. 140–142)

2. 반응 메커니즘

만니히 반응은 아민의 카르보닐 화합물에 대한 친핵성 부가 반응으로 이민 이온을 생성하고, 카르보닐 화합물에서 생성된 에놀이 이민 이온에 친핵성 부가 반응하는 2단계로 진행된다.[5][6]

2. 1. 이민 이온 형성

만니히 반응의 반응 메커니즘은 아민과 포름알데하이드로부터 이민 이온이 형성되면서 시작된다.[4]


2. 2. 친핵성 첨가 반응

만니히 반응의 반응 메커니즘은 아민과 포름알데히드로부터 이민 이온이 만들어지는 것으로 시작한다.[4]

카르보닐 작용기를 가진 화합물(이 경우 케톤)은 케토-에놀 호변이성질화를 거쳐 에놀 형태로 바뀐 후, 이민 이온을 공격한다.





메틸 케톤에서, 에놀화와 만니히 부가는 두 번 일어날 수 있으며, 그 후 β-제거 반응을 통해 β-아미노 엔온 유도체를 생성한다.[5][6]

만니히 반응은 아래의 2단계로 진행된다.

# 아민의 카르보닐 화합물에 대한 친핵성 첨가 반응에 의한 이민 이온 생성

# 카르보닐 화합물로부터 생성된 에놀의 이민 이온에 대한 친핵성 첨가 반응

3. 비대칭 만니히 반응

(''S'')-프롤린은 키랄 촉매로서 비대칭 만니히 반응을 촉매한다. 더 큰 알데하이드 치환체를 가질수록 효과가 커지며, syn 부가물에 대해 입체선택성을 나타내고, (''S'', ''S'') 부가물에 대해 거울상 선택성을 나타낸다.[7] 치환된 프롤린은 (''R'', ''S'') anti 부가물을 촉매할 수 있다.[8]

비대칭 만니히 반응 (Cordova (2002) 및 Mitsumori (2006) 참조)


만니히 반응으로 두 개의 불균등 탄소가 새롭게 생성되므로 네 종류의 입체 이성질체가 생성될 수 있다. 그러나 L-프롤린촉매로 첨가하면 불균등 탄소를 선택적으로 제어할 수 있다(R1=Me, R2=COOEt, 99% ee).[15] L-프롤린은 신형(syn)의 불균등 만니히 반응을 일으킨다.

피롤리딘 유도체를 촉매로 첨가하면 반대로 안티형(anti) 만니히 반응이 일어난다. 반응은 L-프롤린을 첨가한 경우와 마찬가지로 선택적으로 진행된다(R1=Me, R2=COOEt, >99% ee).[16]

3. 1. L-프롤린 촉매

(''S'')-프롤린은 키랄 촉매로서 비대칭 만니히 반응을 촉매한다. 이는 더 큰 알데히드 치환체를 가질수록 효과가 커지며, syn 부가물에 대해 입체선택성을 나타내며, (''S'', ''S'') 부가물에 대해 거울상 선택성을 나타낸다.[7] 치환된 프롤린은 대신 (''R'', ''S'') anti 부가물을 촉매할 수 있다.[8]

만니히 반응에 의해 두 개의 불균등 탄소가 새롭게 생성되므로 4종류의 입체 이성질체가 생성물로 생각할 수 있다. 그러나 촉매로 L-프롤린을 첨가하면 고 선택적으로 불균등 탄소의 제어를 할 수 있다(R1=Me, R2=COOEt, 99% ee).[15] L-프롤린의 경우, 신형의 불균등 만니히 반응이 일어난다.

피롤리딘 유도체를 촉매로 첨가한 경우에는 반대로 안티형의 만니히 반응이 일어난다. 반응은 L-프롤린을 첨가한 경우와 마찬가지로 고 선택적으로 진행된다(R1=Me, R2=COOEt, >99% ee).[16]

3. 2. 피롤리딘 유도체 촉매

(''S'')-프롤린은 키랄 촉매로서 비대칭 만니히 반응을 촉매한다. 더 큰 알데하이드 치환체를 가질수록 효과가 커지며, syn 부가물에 대해 입체선택성을 나타내고, (''S'', ''S'') 부가물에 대해 거울상 선택성을 나타낸다.[7] 치환된 프롤린은 대신 (''R'', ''S'') anti 부가물을 촉매할 수 있다.[8]

만니히 반응으로 두 개의 불균등 탄소가 새롭게 생성되므로 네 종류의 입체 이성질체가 생성물로 나올 수 있다. 그러나 촉매L-프롤린을 첨가하면 불균등 탄소를 선택적으로 제어할 수 있다(R1=Me, R2=COOEt, 99% ee).[15] L-프롤린의 경우, 신형(syn)의 불균등 만니히 반응이 일어난다.

피롤리딘 유도체를 촉매로 첨가한 경우에는 반대로 안티형(anti)의 만니히 반응이 일어난다. 반응은 L-프롤린을 첨가한 경우와 마찬가지로 선택적으로 진행된다(R1=Me, R2=COOEt, >99% ee).[16]

4. 응용

만니히 반응은 알킬 아민, 펩타이드, 뉴클레오타이드, 항생물질, 알칼로이드(예: 트로피논[4]) 합성과 농약, 식물 생장 조절제[9], 고분자, 촉매 제조, 포름알데히드를 이용한 조직 가교 등 유기 화학의 여러 분야에서 사용된다. 또한 비누, 세제(특히 자동차 연료 첨가제)[10], 치환된 분지형 알킬 에테르로부터의 폴리에테르아민 합성[11][12], 만니히 반응 생성물의 열분해를 통한 α,β-불포화 케톤 생성(예: 1-다이에틸아미노-뷰테인-3-온으로부터 메틸 비닐 케톤 생성)[13][14]에도 응용된다.

4. 1. 의약품

만니히 반응은 롤리테트라사이클린(테트라사이클린과 피롤리딘의 만니히 생성물), 플루옥세틴(항우울제), 트라마돌(진통제), 톨메틴(소염제) 등 여러 의약품 합성에 사용된다.[4]

4. 2. 기타 응용

만니히 반응은 유기 화학의 여러 분야에서 사용된다. 다음은 그 예시이다.

참조

[1] 서적 March's Advanced Organic Chemistry John Wiley & Sons
[2] 간행물 Ueber ein Kondensationsprodukt aus Formaldehyd, Ammoniak und Antipyrin https://zenodo.org/r[...]
[3] 간행물 The Mannich Reaction
[4] 서적 Advanced Organic Chemistry: Part B: Reactions and Synthesis Springer
[5] 간행물 Mobile keto allyl systems. 18. Synthesis and chemistry of N-substituted and N,N-disubstituted 2-benzoyl-1-amino-3-propenes 1980-11
[6] 간행물 A Facile One-Pot Synthesis of 1-Aryl-2-(dimethylaminomethyl)prop-2-en-1-ones from Aryl Methyl Ketones 1998-05
[7] 간행물 A highly enantioselective route to either enantiomer of both α- and β-amino acid derivatives
[8] 간행물 Direct asymmetric anti-Mannich-type reactions catalyzed by a designed amino acid
[9] 간행물 Synthesis of new indolecarboxylic acids related to the plant hormone indoleacetic acid http://www.scielo.br[...]
[10] 학술회의 A Study of Fuel Additives for Direct Injection Gasoline (DIG) Injector Deposit Control http://papers.sae.or[...] CEC and SAE International 2000-06-19
[11] 간행물 Quantitation of polyetheramines as the active components of detergent additives in gasoline by the ninhydrin reaction https://www.scienced[...] 2023-04-15
[12] 간행물 Aftermarket Fuel Additives and their Effects on GDI Injector Performance and Particulate Emissions https://doi.org/10.4[...] SAE International 2022-08-30
[13] Ullmann Ketones
[14] OrgSynth 1-Diethylamino-3-butanone (2-Butanone, 4-diethylamino-)
[15] 간행물 The Direct Organocatalytic Asymmetric Mannich Reaction: Unmodified Aldehydes as Nucleophiles
[16] 간행물 Direct Asymmetric anti-Mannich-Type Reactions Catalyzed by a Designed Amino Acid
[17] 서적 March's Advanced Organic Chemistry https://archive.org/[...] John Wiley & Sons
[18] 문서 Original translated from German Wiki
[19] 저널 인용 Ueber ein Kondensationsprodukt aus Formaldehyd, Ammoniak und Antipyrin https://zenodo.org/r[...]
[20] 저널 인용 The Mannich Reaction



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