Mannich-Reaktion

Die Mannich-Reaktion ist eine Reaktion in der Organischen Chemie, bei der eine Aminoalkylierung von α-CH-aciden Verbindungen mit Formaldehyd und Ammoniak beziehungsweise einem primären oder sekundären Amin stattfindet. Es entstehen β-Aminocarbonylverbindungen (Mannich-Basen).

Ammoniak oder ein Amin reagiert mit Formaldehyd und einer CH-aciden Verbindung zu einer β-Aminocarbonylverbindung.

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Geschichte

Die Reaktion ist nach dem Chemiker Carl Mannich benannt.

Klassifizierung

Bei der Mannich-Reaktion handelt es sich im Ganzen um eine nukleophile Addition eines anionischen Kohlenstoffs (Carbanion) an den Kohlenstoff einer Carbonylgruppe.

Die Mannich-Reaktion wird auch zu den Kondensationsreaktionen gezählt.

Edukte

In der Mannich-Reaktion werden Ammoniak oder primäre beziehungsweise sekundäre Amine zum Einen zur Aktivierung des Formaldehyds, zum Anderen zum Einführen der gewünschten chemischen Reste in das zu bildende Produkt verwendet. Tertiäre Amine können nicht für die Mannich-Reaktion verwendet werden, da sie die Entstehung des Zwischenproduktes verhindern würden. Darüber hinaus ist die Aminoalkylierung von Enaminen und Iminen möglich.

Als α-CH-acide Verbindungen (Nukleophil) können Carbonylverbindungen, Nitrile, Acetylene, Nitroalkane, α-Alkylpyridine oder ternäre Iminiumsalze dienen.

Produkt

Bei dieser Reaktion werden β-Aminocarbonylverbindungen (Mannich-Basen) gebildet.

Reaktionsbedingungen

Die Bedingungen bei der Mannich-Reaktion sind recht drastisch (hohe Temperaturen, lange Reaktionszeiten, Verwendung protischer Lösungsmittel). Dabei kommt es häufig zur Bildung unerwünschter Nebenprodukte.

Reaktionsmechanismus

Die Mannich-Reaktion kann grob in zwei Schritte eingeteilt werden:

1. Bildung der Verbindung zur Aminoalkylierung
2. Aminoalkylierung der CH-aciden Verbindung

Im ersten Reaktionsschritt reagiert das Amin mit Formaldehyd. Dabei entsteht eine zwitterionische Verbindung, deren elektrische Ladungen durch Protonenübertragung neutralisiert werden. Anschließend wird unter sauren Bedingungen eine Hydroxygruppe abgespalten und es bildet sich ein mesomerie-stabilisiertes Carbenium-Immonium-Ion.

1. Schritt: Ein sekundäres Amin reagiert mit Formaldehyd zu einem mesomerie-stabilisiertem Carbenium-Immonium-Ion.

Im zweiten Schritt der Reaktion wird unter Einwirkung einer Base aus einer CH-aciden Verbindung ein Carbanion gebildet, das nukleophil am Kohlenstoff des Carbenium-Immonium-Ions angreift.

2. Schritt: An den elektrophilen Kohlenstoff des Carbenium-Immonium-Ion greift eine CH-acide Carbonylverbindung (hier ein Malonsäureester) an. Es entsteht das aminoalkylierte Produkt.

Anwendung

Die Mannich-Reaktion findet Anwendung in der Synthese von Naturstoffen, wie beispielsweise Peptid-Nukleosid-Antibiotika und Alkaloide. Weitere Anwendungsbereiche sind der Pflanzenschutz sowie die Lack- und Polymerchemie (Farbstoffe, Reaktionsbeschleuniger, Härter und Vernetzer).

Siehe auch: Namensreaktion