Trennung von Aldehyden und reaktive Ketone von Mischungen mit einem Bisulfit-Extraktion-Protokoll

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist die Entfernung von Aldehyden und reaktiven Ketonen aus Gemischen durch Flüssig-Flüssig-Extraktion direkt mit gesättigtem Natriumbisulfit in einem mischbaren Lösungsmittel. Diese Methode kann helfen, Gemische in ihre einzelnen Bestandteile zu reinigen. Insbesondere kann dieses Verfahren verwendet werden, um Verbindungen, die funktionelle Aldehyd- oder Ketongruppen enthalten, von anderen Verbindungen zu trennen.

Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie extrem einfach durchzuführen ist und sehr hohe Trenn- und Rückgewinnungsraten bietet. Nach erfolglosen Versuchen, übrig gebliebenen Aldehydreaktanten mittels Säulenchromatographie aus dem Reaktionsprodukt zu entfernen, haben wir das Kontaminat spezifisch mit Bisulfit zu einem geladenen Addukt umgesetzt, das durch Flüssig-Flüssig-Extraktion entfernt werden kann. Maria Boucher und Max Furigay, die als Forschungsstudenten in meinem Labor arbeiten, werden das Verfahren vorführen.

Die Trennung von aromatischen Aldehyden aus einem Gemisch wird hier demonstriert, für die Trennung von Benzylbutyrat aus einem Eins-zu-Eins-Gemisch mit Anisaldehyd. Während dieses Verfahrens kann Natriumbisulfit Schwefeldioxidgas erzeugen, daher sollte dieses Protokoll mit einer angemessenen Belüftung durchgeführt werden, z. B. in einem Abzug. Lösen Sie zunächst 175 Mikroliter Anisaldehyd und 250 Mikroliter Benzylbutyrat in fünf Millilitern Methanol.

Die Lösung wird in einen Scheidetrichter gegeben, ein Milliliter gesättigtes wässriges Natriumbisulfit zugegeben und ca. 30 Sekunden lang kräftig geschüttelt. Fügen Sie dann 25 Milliliter entionisiertes Wasser und 25 Milliliter 10%ige Ethylacetat-Hexane hinzu und schütteln Sie es kräftig. Trennen Sie die Schichten.

Trocknen Sie die organische Schicht mit wasserfreiem Magnesiumsulfat. Filtern Sie die Lösung, um Magnesiumsulfat zu entfernen. Konzentrieren Sie dann die Lösung im Vakuum mit einem Rotationsverdampfer.

Die Abtrennung von aliphatischen Aldehyden und Ketonen aus einem Gemisch wird hier durch die Abtrennung von Benzylbutyrat von einem zu einem Gemisch mit Benzylaceton demonstriert. Lösen Sie 213 Mikroliter Benzylaceton und 250 Mikroliter Benzylbutyrat und 10 Milliliter Dimethylformamid. Nachdem Sie die Lösung in einen Scheidetrichter umgefüllt haben, fügen Sie 25 Milliliter gesättigtes wässriges Natriumbisulfit hinzu und schütteln Sie die Lösung etwa 30 Sekunden lang kräftig.

Fügen Sie dann 25 Milliliter entionisiertes Wasser und 25 Milliliter 10%ige Ethylacetat-Hexane hinzu und schütteln Sie es kräftig. Wenn die zweiwässrige Schicht trüb erscheint, fügen Sie mehr Wasser hinzu und schütteln Sie den Scheidetrichter erneut. Wenn Sie nach der Trennung immer noch einen Feststoff sehen, filtern Sie das gesamte Material durch Celit, um den Feststoff zu entfernen, bevor Sie mit dem nächsten Schritt fortfahren.

Trennen Sie als Nächstes die Ebenen. Die wässrige Schicht wieder in den Scheidetrichter geben, weitere 25 Milliliter 10%ige Ethylacetat-Hexane zugeben und kräftig schütteln. Lassen Sie die wässrige Schicht abtropfen und belassen Sie die organische Schicht im Scheidetrichter.

Geben Sie dann die vorherige organische Schicht wieder in den Scheidetrichter. Waschen Sie die kombinierten organischen Schichten dreimal mit entionisiertem Wasser. Trocknen Sie die organische Schicht mit wasserfreiem Magnesiumsulfat

Nach dem Filtrieren der Lösung, um das Magnesiumsulfatkonzentrat im Vakuum mit einem Rotationsverdampfer zu entfernen. Die Abtrennung von Aldehyden aus einem ein Alkin enthaltenden Gemisch wird hier durch die Abtrennung von Benzylbutyrat von einem Eins-zu-Eins-Gemisch mit Citronellal demonstriert: 255 Mikroliter Citronellal und 250 Mikroliter Benzylbutyrat werden in zehn Milliliter Dimethylformamid aufgelöst und die Lösung in einen Scheidetrichter überführt. Fügen Sie dann 25 Milliliter gesättigten wässrigen Natriumbisulfit hinzu und schütteln Sie ihn etwa 30 Sekunden lang kräftig.

25 Milliliter entionisiertes Wasser und 25 Milliliter Hexane dazugeben und kräftig schütteln. Trocknen Sie die organische Schicht mit wasserfreiem Magnesiumsulfat. Die Lösung filtrieren, um Magnesiumsulfat zu entfernen, bevor sie mit einem Rotationsverdampfer im Vakuum konzentriert wird.

Die Wiederisolierung von Aldehyden aus einem Gemisch wird hier durch die Abtrennung von Piperonyl aus einem Eins-zu-Eins-Gemisch mit Benzylbutyrat demonstriert. 217 Milligramm Piperonyl und 250 Mikroliter Benzylbutyrat werden in fünf Millilitern Methanol gelöst und die Lösung in einen Scheidetrichter überführt. Fügen Sie einen Milliliter gesättigten wässrigen Natriumbisulfit hinzu und schütteln Sie ihn etwa 30 Sekunden lang kräftig.

Fügen Sie dann 25 Milliliter entionisiertes Wasser und 25 Milliliter 10%ige Ethylacetat-Hexane hinzu. Nach dem kräftigen Schütteln die Schichten trennen. Führe die wässrige Schicht wieder in den Scheidetrichter zurück.

Waschen Sie die wässrige Schicht einmal mit 25 Millilitern 10%igen Ethylacetathexanen, um die kleine Menge des restlichen Benzylbutyrats zu entfernen. Fügen Sie dann 25 Milliliter Ethylacetat gefolgt von 50% Natriumhydroxid hinzu, bis ein pH-Streifen anzeigt, dass der pH-Wert 12 beträgt. Schütteln Sie dann die Lösung kräftig.

Während dieses Schritts wurde eine Gasentwicklung beobachtet, die zu einem Druckaufbau führen kann. Stellen Sie sicher, dass der Scheidetrichter richtig entlüftet ist. Piperonyl, unser Beispielaldehyd, ist nicht empfindlich gegenüber basen, aber Aldehyde mit enolisierbaren Alpha-Wasserstoffatomen können gegenüber Natriumhydroxid instabil sein.

Die Substitution von Natriumhydroxid durch gesättigtes Natriumphosphat tribasisch kann unerwünschte Nebenreaktionen, die durch eine starke Base verursacht werden, abschwächen. Nach dem Trennen der Schichten wird die wässrige Schicht wieder in den Scheidetrichter zurückgeführt. Fügen Sie 25 Milliliter Ethylacetat hinzu und schütteln Sie es kräftig.

Nach dem Trennen der Schichten verbinden Sie die organische Schicht mit der organischen Schicht aus dem vorherigen Schritt vor dem Trocknen. Die Lösung wie zuvor filtrieren und konzentrieren. Der Erfolg dieses Protokolls kann anhand der Protonen-NMR beurteilt werden.

Wenn das Protokoll nicht erfolgreich ist, verbleibt der Aldehyd oder das Keton in der Mischung und kann anhand seiner charakteristischen Signale im NMR-Spektrum nachgewiesen werden. Aldehyde haben charakteristische Signale zwischen neun und 10 ppm, so dass das Vorhandensein eines Peaks in diesem Bereich auf eine fehlgeschlagene Trennung hinweist. Eine erfolgreiche Trennung hat keinen Peak in diesem Bereich und enthält nur die Peaks, die mit der Nichtaldehydkomponente des ursprünglichen Gemisches verbunden sind.

Bei der Verwendung eines Alkin-haltigen Gemischs werden manchmal Nebenwirkungen mit dem Alkin beobachtet. Diese können durch das Auftreten von Peaks erkannt werden, die nicht mit einer der ursprünglichen Komponenten in Verbindung stehen. Dieses Problem kann durch die Verwendung von Hexanen gemildert werden, einem Lösungsmittel mit geringer Schwefeldioxidlöslichkeit, das für die unerwünschten Nebenreaktionen verantwortlich ist.

Eine erfolgreiche Trennung enthält keine Peaks in der NMR, die nicht mit den ursprünglichen Komponenten in Verbindung stehen. Bei der Reisolierung des Aldehyds kann eine kleine Menge der anderen Komponente mittels Protonen-NMR nachgewiesen werden. Diese Komponente kann nahezu vollständig entfernt werden, indem die wässrige Schicht vor der Umkehrung der Bisulfitreaktion gewaschen wird.

Einmal gemeistert, kann diese Technik in 15 Minuten durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird. Dieses Protokoll ist wirksam für aromatische und aliphatische Aldehyde, einschließlich sterisch behinderter Neopentylaldehyde. Methyl- und cyclische Ketone können entfernt werden, während sterisch stärker gehinderte oder konjugierte Ketone nicht reaktiv sind.

Nahezu alle funktionellen Gruppen werden im Protokoll toleriert, einschließlich elektrophiler funktioneller Gruppen wie Epoxide oder Benzylchloride. Eine Ausnahme bilden aliphatische Amine, die eine Säure-Base-Reaktion mit Bisulfit durchlaufen und daher während des Protokolls teilweise ionisiert werden.