Nous présentons ici un protocole pour supprimer des aldéhydes et des cétones réactives de mélanges par un protocole d’extraction liquide-liquide directement avec du bisulfite de sodium saturée dans un solvant miscible. Ce protocole combiné est rapide et facile à réaliser. L’aldéhyde ou cétone peut être ré-isolé par la basification de la phase aqueuse.
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Article de méthode
Séparation des aldéhydes et des cétones réactives des mélanges à l’aide d’un protocole d’Extraction de Bisulfite
Dans cet article
Résumé
Résumé
La purification de composés organiques est une composante essentielle des opérations de routine synthétiques. La capacité d’éliminer les contaminants dans une phase aqueuse en générant une structure chargée permet d’utiliser l’extraction comme une technique de purification simple. En combinant l’utilisation d’un solvant organique miscible avec du bisulfite de sodium saturée, des aldéhydes et des cétones réactives peut être transformée avec succès en charge bisulfite adduits qui peuvent ensuite être séparés des autres constituants organiques d’un mélange de la mise en place d’une couche organique non miscible. Nous décrivons ici un protocole simple pour l’enlèvement des aldéhydes, y compris néopentyle stériquement aldéhydes et des cétones, de mélanges chimiques. Cétones peuvent être séparés si elles sont sans encombre stériquement cyclique ou méthyl cétones. Pour les aldéhydes aliphatiques et cétones, diméthylformamide est utilisé comme solvant miscible afin d’améliorer le taux d’élimination. La réaction d’addition de bisulfite peut être renversée par la basification de la couche aqueuse, ce qui permet de ré-isoler la composante réactive carbonyle d’un mélange.
Introduction
La séparation des composants des mélanges entre eux est essentielle à la préparation des matériaux purs. La méthode décrite ci-après permet la séparation facile des aldéhydes et sans entrave stériquement cyclique et d’autres molécules organiques1les méthyl cétones. La technique repose sur la réactivité du bisulfite avec le groupe carbonyle pour créer une charge adduit qui peuvent être séparés en une couche aqueuse, tandis que les autres composants séparent en une couche organique non miscible. La clé pour réaliser la réactivité entre bisulfite et le carbonyle est l’utilisation d’un solvant miscible, qui permet à la réaction à avoir lieu avant la séparation en phases distinctes. Sans l’ajout de solvant miscible séparation minimale est obtenue, sans doute en raison de mauvais contact entre le bisulfite hydrophile et les composés organiques hydrophobes.
L’avantage de cette méthode de séparation pour la purification est la facilité du protocole. Extraction liquide-liquide est une opération simple à effectuer et peut être effectuée à grande échelle. Techniques de purification alternatifs, comme la chromatographie sur colonne, sont beaucoup plus coûteux, chronophages et difficiles à effectuer à grande échelle et nécessitent une différenciation suffisante des composants en fonction de la polarité. Purification par recristallisation ou distillation nécessite une différenciation suffisante entre la solubilité ou les points d’ébullition des composants du mélange, respectivement. Parce que l’extraction du bisulfite repose sur la différence de réactivité du groupe carbonyle des aldéhydes et des cétones, composés avec solubilité similaire, des points d’ébullition ou polarités peuvent être séparés efficacement. D’autres méthodes de séparation chimique existent pour la séparation sélective des aldéhydes et des cétones de mélanges, par exemple, la formation sélective des oximes2, acétals cycliques3ou mercaptal4 formation. Ces méthodes nécessitent une étape supplémentaire pour séparer les espèces formées de mélange, car le produit n’est pas soluble dans l’eau et par conséquent ne peut être séparé par un protocole d’extraction simple. Oxydation d’aldéhyde pour former des acides carboxyliques amovibles est une autre technique5, mais l’étape d’oxydation requis est moins chemoselective que les conditions du bisulfite doux décrit ci-après et nécessite l’utilisation de l’oxygène et un catalyseur de cobalt.
Cette méthode est applicable à la séparation des aldéhydes (Figure 1) et sans être gêné stériquement cycliques et méthyl cétones (Figure 2) de molécules qui ne contiennent pas de ces groupes fonctionnels. Les cétones particulièrement réactifs, tels que les esters α-cétoniques sont également supprimés à l’aide de ce processus. Alcanes, alcènes, dienes, alcynes, esters, amides, acides carboxyliques, les halogénures d’alkyles, alcools, phénols, nitriles, chlorure de benzyle, époxydes, anilines, acétals, et un peu gênée, α, β-insaturée, ou aryl cétones sont tous non réactif dans les conditions et peut être séparé de l’aldéhyde ou la teneur en cétone réactives (Figures 2 et Figure 3). Cétones éthylique ou cétones cycliques α-substitués, par exemple, sont suffisamment gênées et sont donc séparables des aldéhydes et des cétones plus réactives. Lorsque vous utilisez des alcènes, hexane est recommandé comme solvant non miscible pour empêcher décomposition indésirable en raison de dioxyde de soufre présent dans la solution de bisulfite. La compatibilité du groupe fonctionnel du protocole d’extraction du bisulfite est extrêmement large et s’applique à un éventail extrêmement large de séparations, si le contaminant carbonyle à être séparés du mélange est un aldéhyde ou une entrave donc méthyle ou cétone cyclique. Cétones moins réactifs ne réagissent pas avec du bisulfite dans ces conditions et ne sont donc pas supprimés.
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Protocole
1. standard Protocol pour la séparation des aldéhydes aromatiques à partir d’un mélange. Exemple : Séparation du benzyle Butyrate d’un mélange de 1:1 avec Anisaldéhyde.
- Dissoudre 175 μL d’Anisaldéhyde et 250 μL de butyrate de benzyle dans 5 mL de méthanol et transvaser la solution dans une ampoule à décanter.
ATTENTION : Le bisulfite de Sodium peut générer des gaz de dioxyde de soufre, ainsi ce protocole procéder avec une ventilation adéquate, comme sous une hotte. - Ajouter 1 mL de bisulfite de sodium solution aqueuse saturée et agiter vigoureusement pendant environ 30 s.
- Ajouter 25 mL d’eau désionisée et 25 mL d’acétate d’éthyle de 10 % / hexanes et agiter vigoureusement.
- Séparer les couches. Sécher la couche organique avec le sulfate de magnésium anhydre. Filtrer la solution pour supprimer le sulfate de magnésium et de se concentrer dans le vide à l’aide d’un évaporateur rotatif.
2. séparation des cétones et aldéhydes aliphatiques à partir d’un mélange. Exemple : Séparation du benzyle Butyrate d’un mélange de 1:1 avec Benzylacetone.
- Dissoudre les 213 μL de benzylacetone et 250 μL de butyrate de benzyle dans 10 mL de diméthylformamide et transvaser la solution dans une ampoule à décanter.
ATTENTION : Le bisulfite de Sodium peut générer des gaz de dioxyde de soufre, ainsi ce protocole procéder avec une ventilation adéquate, comme sous une hotte. - Ajouter 25 mL de bisulfite de sodium solution aqueuse saturée et agiter vigoureusement pendant environ 30 s.
- Ajouter 25 mL d’eau désionisée et 25 mL d’acétate d’éthyle de 10 % / hexanes et agiter vigoureusement.
- Séparer les couches. Retourner la couche aqueuse à l’ampoule à décanter, ajouter 25 mL de 10 % d’acétate d’éthyle/hexanes et agiter vigoureusement. Soutirer la couche aqueuse, laissant la couche organique dans l’ampoule à décanter. Rajouter la couche organique précédente à l’ampoule à décanter.
- Laver les couches organiques combinés trois fois avec de l’eau désionisée (10 mL pour chaque lavage). Sécher la couche organique avec le sulfate de magnésium anhydre. Filtrer la solution pour supprimer le sulfate de magnésium et de se concentrer dans le vide à l’aide d’un évaporateur rotatif.
3. séparation des aldéhydes à partir d’un mélange contenant un alcène. Exemple : Séparation du benzyle Butyrate d’un mélange de 1:1 avec Citronellal.
- Dissoudre les 255 μL de citronellal et 250 μL de butyrate de benzyle dans 10 mL de diméthylformamide et transvaser la solution dans une ampoule à décanter.
ATTENTION : Le bisulfite de Sodium peut générer des gaz de dioxyde de soufre, ainsi ce protocole procéder avec une ventilation adéquate, comme sous une hotte. - Ajouter 25 mL de bisulfite de sodium solution aqueuse saturée et agiter vigoureusement pendant environ 30 s.
- Ajouter 25 mL d’eau désionisée et 25 mL d’hexane et agiter vigoureusement.
- Séparer les couches. Retourner la couche aqueuse à l’ampoule à décanter, ajouter hexanes 25 mL et agiter vigoureusement. Soutirer la couche aqueuse, laissant la couche organique dans l’ampoule à décanter. Rajouter la couche organique précédente à l’ampoule à décanter.
- Laver les couches organiques combinés trois fois avec de l’eau désionisée (10 mL pour chaque lavage). Sécher la couche organique avec le sulfate de magnésium anhydre. Filtrer la solution pour supprimer le sulfate de magnésium et de se concentrer dans le vide à l’aide d’un évaporateur rotatif.
4. ré-isolation des aldéhydes à partir d’un mélange. Exemple : Séparation du pipéronal partir d’un mélange de 1:1 avec le Butyrate de benzyle.
- Dissoudre les 217 mg de pipéronal et 250 μL de butyrate de benzyle dans 5 mL de méthanol et transvaser la solution dans une ampoule à décanter.
ATTENTION : Le bisulfite de Sodium peut générer des gaz de dioxyde de soufre, par conséquent, ce protocole procéder avec une ventilation adéquate, comme sous une hotte. - Ajouter 1 mL de bisulfite de sodium solution aqueuse saturée et agiter vigoureusement pendant environ 30 s.
- Ajouter 25 mL d’eau désionisée et 25 mL d’acétate d’éthyle de 10 % / hexanes et agiter vigoureusement.
- Séparer les couches. Retourner la couche aqueuse à l’ampoule à décanter.
- Facultatif : Laver phase aqueuse fois avec 25 mL de 10 % d’acétate d’éthyle/hexanes pour enlever la petite quantité du butyrate de benzyle restants.
- Ajouter 25 mL d’acétate d’éthyle, puis ajoutez 50 % d’hydroxyde de sodium jusqu'à ce qu’une bande de pH indique que le pH est de 12. Agiter vigoureusement.
ATTENTION : Evolution des gaz a été observée au cours de cette étape et peut causer l’accumulation de pression. Veillez à bien ventiler l’ampoule à décanter. Intensification de cette procédure fera évolution de gaz plus prononcée. Soyez prudent. - Séparer les couches. Retourner la couche aqueuse à l’ampoule à décanter et ajouter 25 mL d’acétate d’éthyle. Agiter vigoureusement.
- Séparer les couches. Combiner la couche organique avec la couche organique de l’étape précédente. Sécher la couche organique combinée avec du sulfate de magnésium anhydre. Filtrer la solution pour supprimer le sulfate de magnésium et de se concentrer dans le vide à l’aide d’un évaporateur rotatif.
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Résultats
Procédure 1 pour l’enlèvement de l’aldéhyde est utilisé pour les aldéhydes aromatiques. Procédure 2, dans lequel le diméthylformamide est utilisé comme solvant miscible, devrait être utilisé pour les cétones et les aldéhydes aliphatiques. 2 de la procédure devrait également être utilisé pour les mélanges qui ne sont pas entièrement solubles dans le méthanol. Le matériel obtenu à partir de chacun des protocoles est analysé pour utiliser
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Discussion
Les premières tentatives d’utiliser la réaction de bisulfite comme méthode pour enlever des aldéhydes en utilisant une extraction en deux phases typique ont conduit à des niveaux très faibles de l’enlèvement. Nous avons émis l’hypothèse que la réaction n’était pas assez rapide pour se produire pendant le temps très limité que les deux couches ont été en contact. Pour augmenter le contact entre les réactifs, nous avons développé un protocole d’extraction de deux étages dans lequel un solvant miscible à l’eau est utilisé i...
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Déclarations de divulgation
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Remerciements
Accusé de réception est faite pour les donateurs de l’American Chemical Society pétrole fonds de recherche du prise en charge partielle de cette recherche. Nous sommes reconnaissants à la National Science Foundation (CHE-0619275 et CHE-0963165) pour la rénovation et l’instrumentation des subventions qui ont soutenu cette recherche.
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| bisulfite de sodium | Fisher | AC419440010 ; | 1 kg |
| butyrate de benzyle | Fisher | AAB2424130 ; | 250 grammes |
| anisaldéhyde | Fisher | AC104801000 | 100 ml |
| sulfate de magnésium | Fisher | M65-500 ; | 500 grammes |
| acétate d’éthyle | Fisher | E195-4 ; | 4 L |
| hexanes | Fisher | H292-4 ; | 4 L |
| méthanol ; | Fisher | A456-1 ; | 1 L |
| diméthylformamide | Fisher | D119-1 ; | 1 L |
| citronellal | Fisher | AAL15753AE | 100 ml |
| benzylacétone ; | Fisher | AC105832500 | 250 ml |
| eau désionisée | Fisher | BP28194 ; | 4 L |
| pipéronal ; | Sigma-Aldrich | P49104-25G | 25 g |
| d’hydroxyde de sodium | Fisher | S318-1 ; | 1 kg |
| entonnoir séparateur avec bouchon | Fisher | 10-437-5B ; | 125 ml |
| support d’anneau | Fisher | 03-422-215 | 3 tiges en aluminium |
| collier de serrage | Fisher | 12-000-104 ; | 5 cm |
| bague en liège | Fisher | 07-835AA ; | Dimension extérieure 8 cm |
| Fiole à fond rond | Fisher | 31-501-107 ; | 100 ml |
| évaporateur rotatif avec accessoires | Fisher | 05-000-461 ; | Piège à froid Bondenser |
| piège à chocs 14/20 joint | Fisher | CG132201 | 14/20 |
| entonnoir | Fisher | 05-555-6 ; | Compatible avec les solvants organiques |
| coton | Fisher | 22-456-881 | en verre non stériles |
| Fisher | 13-678-20A ; | borosilicate 5,75 po | |
| deux seringues de 250 microlitres | Fisher | 14-813-69 ; | |
| 4 erlenmeyers | Fisher | 10-040D ; | 125 ml |
| hotte ; | Fisher | 13-118-370 ; | |
| gants en nitrile | Fisher | 19-149-863B ; | Douleur moyenne |
| lunettes de sécurité | Fisher | 17-377-403 ; | |
| spatule | Fisher | 14-357Q | |
| balance | Fisher | 01-912-403 ; | Capacité de 120 g |
Références
- Boucher, M. M., Furigay, M. H., Quach, P. K., Brindle, C. S. Liquid-Liquid Extraction Protocol for the Removal of Aldehydes and Highly Reactive Ketones from Mixtures. Org. Process Res. Dev. 21 (9), 1394-1403 (2017).
- Separation of Aldehydes and Ketones. , US2552513 A (1951).
- Hsu, W. L. Separation of Aldehydes from Ketones via Acid-Catalyzed Cyclotrimerization of the Aldehyde. , October 4701561(1987).
- Process for Separating Aldehydes and Ketones. , US2295760 A (1942).
- Separation of Aldehyde-Ketone Mixtures. , US2355140 A (1944).
- Masilamani, D., Manahan, E. H., Vitrone, J., Rogic, M. M. Organic Reactions of Sulfur Dioxide. Reactions with Nucleophilic Double Bonds Leading to the Isomerization, Aromatization, Selective Hydrogen-Deuterium Exchange, and Electron-Transfer Proceses. J. Org. Chem. 48 (25), 4918-4931 (1983).
- Masilamani, D., Rogic, M. M. Organic Reactions of Sulfur Dioxide. 4. A Facile Regiospecific Hydrogen-Deuterium Exchange in Olefins. Consequence of the Intermediacy of Allylic Sulfinic Acids in the Ene Reaction of Sulfur Dioxide with Double Bonds. J. Am. Chem. Soc. 100 (14), 4634-4635 (1978).
- Makitra, R. G., Kal'muk, S. D., Bryk, D. V., Polyuzhin, I. P. Factors Controlling Sulfur Dioxide Solubilities in Organic Solvents. Russ. J. Inorg. Chem. 55 (8), 1322-1329 (2010).
- van Dam, M. H. H., Lamine, A. S., Roizard, D., Lochon, P., Roizard, C. Selective Sulfur Dioxide Removal Using Organic Solvents. Ind. Eng. Chem. Res. 36 (11), 4628-4637 (1997).
- Li, H., Jiao, X., Chen, W. Solubility of Sulphur Dioxide in Polar Organic Solvents. Phys. Chem. Liq. 52 (2), 349-353 (2014).
- Trost, B. M., Brindle, C. S. The Direct Catalytic Asymmetric Aldol Reaction. Chem. Soc. Rev. 39 (5), 1600(2010).
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Réimpressions et autorisations
