Séparation des aldéhydes et des cétones réactives des mélanges à l’aide d’un protocole d’Extraction de Bisulfite

L’objectif global de cette procédure est d’éliminer les aldéhydes et les cétones réactives des mélanges, par extraction liquide-liquide directement avec du bisulfite de sodium saturé dans un solvant miscible. Cette méthode peut aider à purifier les mélanges, en leurs composants individuels. Plus précisément, cette méthode peut être utilisée pour séparer les composés contenant des groupes fonctionnels aldéhyde ou cétone des autres composés.

Le principal avantage de cette technique est qu’elle est extrêmement facile à réaliser et donne des taux de séparation et de récupération très élevés. Après des tentatives infructueuses d’éliminer le réactif aldéhyde restant du produit de réaction à l’aide de la chromatographie sur colonne, nous avons spécifiquement fait réagir le contaminant avec du bisulfite pour former un adduit chargé, qui est éliminé par extraction liquide-liquide. Maria Boucher et Max Furigay, qui sont étudiants de premier cycle en recherche dans mon laboratoire, feront la démonstration de la procédure.

La séparation des aldéhydes aromatiques d’un mélange est démontrée ici, pour la séparation du butyrate de benzyle d’un mélange un à un avec de l’anisaldéhyde. Tout au long de cette procédure, le bisulfite de sodium peut générer du dioxyde de soufre, ce protocole doit donc être effectué avec une ventilation appropriée, comme dans une hotte. Pour commencer, dissolvez 175 microlitres d’anisaldéhyde et 250 microlitres de butyrate de benzyle dans cinq millilitres de méthanol.

Transférez la solution dans un entonnoir séparateur, ajoutez un millilitre de bisulfite de sodium aqueux saturé et agitez vigoureusement pendant environ 30 secondes. Ensuite, ajoutez 25 millilitres d’eau déminéralisée et 25 millilitres d’acétate d’éthyle hexanes à 10 % et agitez vigoureusement. Séparez les couches.

Séchez la couche organique avec du sulfate de magnésium anhydre. Filtrez la solution pour éliminer le sulfate de magnésium. Ensuite, concentrez la solution sous vide à l’aide d’un évaporateur rotatif.

La séparation des aldéhydes aliphatiques et des cétones d’un mélange est démontrée ici par la séparation du butyrate de benzyle d’un à un mélange avec de l’acétone de benzyle. Dissoudre 213 microlitres d’acétone de benzyle et 250 microlitres de butyrate de benzyle et 10 millilitres de diméthylformamide. Après avoir transféré la solution dans un entonnoir séparateur, ajoutez 25 millilitres de bisulfite de sodium aqueux saturé, agitez vigoureusement la solution pendant environ 30 secondes.

Ensuite, ajoutez 25 millilitres d’eau déminéralisée et 25 millilitres d’acétate d’éthyle hexanes à 10 % et agitez vigoureusement. Si la couche bi-aqueuse semble trouble, ajoutez plus d’eau et secouez à nouveau l’entonnoir séparateur. Si vous voyez toujours un solide après séparation, filtrez tout le matériau à travers la célite pour éliminer le solide avant de passer à l’étape suivante.

Ensuite, séparez les couches. Remettez la couche aqueuse dans l’entonnoir séparateur, ajoutez encore 25 millilitres d’acétate d’éthyle hexanes à 10 % et agitez vigoureusement. Égouttez la couche aqueuse en laissant la couche organique dans l’entonnoir de séparation.

Ensuite, rajoutez la couche organique précédente dans l’entonnoir séparateur. Lavez les couches organiques combinées trois fois avec de l’eau déminéralisée. Séchez la couche organique avec du sulfate de magnésium anhydre.

Après avoir filtré la solution pour éliminer le concentré de sulfate de magnésium sous vide à l’aide d’un évaporateur rotatif. La séparation des aldéhydes d’un mélange contenant un alcyne est démontrée ici par la séparation du butyrate de benzyle d’un mélange un à un avec du citronellal Dissoudre 255 microlitres de citronellal et 250 microlitres de butyrate de benzyle dans dix millilitres de diméthylformamide et transférer la solution dans un entonnoir séparateur. Ensuite, ajoutez 25 millilitres de bisulfite de sodium aqueux saturé et secouez vigoureusement pendant environ 30 secondes.

Ajoutez 25 millilitres d’eau déminéralisée et 25 millilitres d’hexanes et agitez vigoureusement. Séchez la couche organique avec du sulfate de magnésium anhydre. Filtrer la solution pour éliminer le sulfate de magnésium avant de la concentrer sous vide à l’aide d’un évaporateur rotatif.

La réisolation des aldéhydes d’un mélange est démontrée ici par la séparation du pipéronyle d’un mélange un à un avec du butyrate de benzyle. Dissoudre 217 milligrammes de pipéronyle et 250 microlitres de butyrate de benzyle dans cinq millilitres de méthanol et transférer la solution dans un entonnoir séparateur. Ajouter un millilitre de bisulfite de sodium aqueux saturé et agiter vigoureusement pendant environ 30 secondes.

Ensuite, ajoutez 25 millilitres d’eau déminéralisée et 25 millilitres d’acétate d’éthyle hexanes à 10 %. Après avoir secoué vigoureusement, séparez les couches. Remettez la couche aqueuse dans l’entonnoir séparateur.

Lavez une fois la couche aqueuse avec 25 millilitres d’acétate d’éthyle hexanes à 10 % pour éliminer la petite quantité de butyrate de benzyle restante. Ensuite, ajoutez 25 millilitres d’acétate d’éthyle suivi de 50 % d’hydroxyde de sodium jusqu’à ce qu’une bandelette de pH indique que le pH est de 12. Ensuite, agitez vigoureusement la solution.

Un dégagement de gaz a été observé au cours de cette étape et peut provoquer une accumulation de pression. Assurez-vous de bien ventiler l’entonnoir de séparation. Le pipéronyle, notre exemple d’aldéhyde, n’est pas sensible à la base, mais les aldéhydes avec des alpha-hydrogènes énolisables peuvent être instables à l’hydroxyde de sodium.

La substitution de l’hydroxyde de sodium saturé tribasique par du phosphate de sodium saturé peut atténuer les réactions secondaires indésirables causées par une base forte. Après avoir séparé les couches, retournez la couche aqueuse dans l’entonnoir de séparation. Ajouter 25 millilitres d’acétate d’éthyle et agiter vigoureusement.

Après avoir séparé les couches, combinez la couche organique avec la couche organique de l’étape précédente avant le séchage. Filtrez et concentrez la solution comme précédemment. Le succès de ce protocole peut être jugé par RMN des protons.

Si le protocole échoue, l’aldéhyde ou la cétone restera dans le mélange et pourra être détecté par ses signaux caractéristiques dans le spectre RMN. Les aldéhydes ont des signaux caractéristiques compris entre neuf et 10 PPM, de sorte que la présence d’un pic dans cette région indique un échec de la séparation. Une séparation réussie n’aura pas de pic dans cette région et ne contiendra que les pics associés au composant non aldéhyde du mélange d’origine.

Lors de l’utilisation d’un mélange contenant un alcyne, des réactions secondaires avec l’alcyne sont parfois observées. Ceux-ci peuvent être détectés par l’apparition de pics non associés à l’un ou l’autre des composants d’origine. Ce problème peut être atténué en utilisant des hexanes, un solvant à faible solubilité dans le dioxyde de soufre, qui est responsable des réactions secondaires indésirables.

Une séparation réussie ne contiendra pas de pics dans la RMN non associés aux composants d’origine. Lors de la réisolation de l’aldéhyde, une petite quantité de l’autre composant peut être détectée par RMN des protons. Ce composant peut être presque entièrement éliminé en effectuant le lavage facultatif de la couche aqueuse avant d’inverser la réaction du bisulfite.

Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en 15 minutes si elle est correctement exécutée. Ce protocole est efficace pour les aldéhydes aromatiques et aliphatiques, y compris les aldéhydes néopentyliques stériquement entravés. Les cétones méthyliques et cycliques peuvent être éliminées tandis que les cétones stériquement plus entravées ou conjuguées ne réagissent pas.

Presque tous les groupes fonctionnels sont tolérés dans le protocole, y compris les groupes fonctionnels électrophiles tels que les époxydes ou les chlorures de benzyle. Une exception concerne les amines aliphatiques, qui subissent une réaction acide-base avec le bisulfite et sont donc partiellement ionisées au cours du protocole.