5.7: Ozonolisi degli alcheni

1. Aggiungere 200 mg di isoeugenolo, 15 ml di MeOH e ~ 2 mg di Sudan III a un pallone a fondo tondo da 50 mL a 3 colli dotato di una barra magnetica.
2. Collegare il pallone di reazione a un serbatoio di ossigeno e a un gorgogliatore.
3. Accendi il flusso di ossigeno.
4. Raffreddare la miscela di reazione con un bagno di ghiaccio secco/acetone.
5. Accendere il generatore di ozono, che converte l'ossigeno dal serbatoio in ozono che entra nel pallone di reazione. Il generatore si troverà tra il serbatoio di ossigeno e il pallone di reazione. Lasciare mescolare la miscela di reazione fino a quando il colore rosso cambia in viola / blu.
6. Spegnere il generatore di ozono e consentire all'ossigeno di eliminare la miscela di reazione di ozono per 5 minuti.
7. Rimuovere il bagno di raffreddamento e aggiungere 0,2 ml di solfuro di dimetile.
8. Mescolare la miscela di reazione mentre si riscalda a temperatura ambiente per 1 ora.
9. Rimuovere il solvente per evaporazione rotativa. Crea un tappo di silice posizionando il gel di silice in un imbuto Büchner. Sciogliere il residuo in acetato di etile al 10% in esani e far passare la soluzione attraverso il tappo di silice sotto vuoto per rimuovere le impurità. Lavare il tappo di silice altre 2 volte con il 10% di acetato di etile in esani. Raccogliere il filtrato e rimuovere il solvente per evaporazione rotativa per ottenere la vanillina come solido bianco.
10. Calcola la resa percentuale di vanillina ottenuta e stabilisci la sua purezza e identità per punto di fusione (m.p.) e ¹H NMR.

L'ozonolisi è l'ossidazione dei legami insaturi nei composti organici da parte dell'ozono.

L'ozonolisi è più frequentemente utilizzata per scindere gli alcheni per ottenere due prodotti carbonilici. L'ozono reagisce anche con alchini e idrazoni. L'ozonolisi è utilizzata nella ricerca in chimica organica, in particolare nella sintesi di prodotti naturali, e nella sintesi su scala industriale di prodotti farmaceutici.

Questo video illustrerà la procedura per l'ozonolisi degli alcheni e introdurrà alcune applicazioni dell'ozonolisi in chimica.

L'ozonolisi di un alchene inizia con la cicloaddizione di ozono attraverso il doppio legame carbonio-carbonio per formare un intermedio instabile chiamato molozonide. Il molozonide si dissocia quindi in un ossido di carbonile e in un carbonile. Questi frammenti si riorganizzano per allontanare l'ossigeno carbonilico dagli ossigeni di carbonile. I frammenti si ricombinano quindi per cicloaddizione in un ozonide più stabile, in cui l'ossigeno carbonilico è legato agli atomi di carbonio.

L'ozoniuro viene lavorato fino a scindere l'anello nei prodotti carbonilici. Se entrambi i sostituenti su un lato sono gruppi di carbonio, si forma un chetone indipendentemente dalle condizioni di lavoro. Dato un sostituente dell'idrogeno, l'elaborazione ossidativa con un perossido di idrogeno produrrà un acido carbossilico. L'elaborazione riduttiva con lo zinco nell'acido acetico o nel solfuro di dimetile produrrà un'aldeide.

L'ozonolisi degli alcheni viene solitamente eseguita in presenza di un indicatore per monitorare l'andamento della reazione. Un indicatore è un composto con un aspetto visivo diverso in diverse fasi della reazione. Ad esempio, l'ozonolisi dell'indicatore Sudan III provoca un cambiamento di colore dal rosso brillante al blu intenso o al viola. Gli alcheni subiscono l'ozonolisi più velocemente del Sudan III, quindi il cambiamento di colore indica che la reazione di ozonolisi dell'alchene è stata completata.

Ora che hai compreso i principi dell'ozonolisi degli alcheni, esaminiamo una procedura per l'ozonolisi dell'isoeugenolo in una delle reazioni pionieristiche per la sintesi commerciale della vanillina.

Per iniziare la procedura, combinare 200 mg di isoeugenolo, 15 ml di metanolo e circa 2 mg dell'indicatore Sudan III in un pallone a fondo tondo a 3 colli dotato di una barra di agitazione.

Fissare il pallone in una cappa aspirante sopra una piastra di agitazione. Assicurarsi che il generatore di ozono sia spento, quindi collegare il pallone al generatore e a un gorgogliatore d'olio.

Accendere il motore di agitazione per mescolare la soluzione. Assicurarsi che l'indicatore rosso sia distribuito uniformemente in tutta la miscela di reazione. Quindi, preparare un bagno rinfrescante di ghiaccio secco in acetone.

Avviare il flusso di ossigeno tramite il generatore di ozono. Posizionare il bagno di raffreddamento su un martinetto da laboratorio e sollevare il bagno per raffreddare la miscela di reazione. Una volta che la miscela si è raffreddata, avviare il generatore di ozono.

Monitorare la miscela di reazione mentre si mescola fino a quando la miscela diventa di aspetto da blu a viola. Quindi, spegnere il generatore di ozono e spurgare la miscela di reazione con ossigeno biatomico per 5 minuti.

Una volta completato lo spurgo, spegnere il flusso di ossigeno e abbassare il bagno di raffreddamento da sotto il pallone. Per iniziare l'analisi riduttiva, aggiungere 0,2 mL di solfuro di dimetile al pallone. Lasciare che la miscela si scaldi a temperatura ambiente mescolando per 1 ora.

Quindi, rimuovere il solvente in eccesso con un evaporatore rotante. Fatto ciò, sciogliere il residuo in 10 mL di acetato di etile al 10% in esani.

Collegare un pallone di filtrazione sottovuoto a una linea del vuoto. Fissare un imbuto Büchner nel pallone e caricare l'imbuto con gel di silice.

Purificare la miscela di prodotti mediante filtrazione sottovuoto. Lavare il prodotto attraverso il gel di silice con due porzioni di acetato di etile al 10% in esani.

Trasferire il filtrato in un matraccio a fondo tondo. Rimuovere nuovamente il solvente con un evaporatore rotante per ottenere vanillina in aghi cristallini da gialli a bianchi.

Calcola la resa percentuale, determina il punto di fusione e ottieni uno spettro NMR protonico del prodotto.

La vanillina si ottiene come un solido cristallino bianco. L'intervallo del punto di fusione in letteratura è compreso tra 81 e 83 gradi. Gli spettri NMR del protone possono essere confrontati con precedenti rapporti di letteratura.

L'ozonolisi è ampiamente utilizzata in chimica e biologia. Diamo un'occhiata ad alcuni esempi.

L'ozonolisi è una fase di molte sintesi industriali di prodotti farmaceutici. Ad esempio, gli antibiotici ceftibuten e cefaclor sono prodotti da un prodotto intermedio comune a cui si accede mediante ozonolisi di un alchene terminale a un chetone. Il prodotto chetonico intermedio può interconvertirsi con una forma enolica. Il gruppo enolo idrossilato subisce quindi reazioni diverse nei passaggi rimanenti ai due antibiotici.

L'ozonolisi può essere la fase finale di una tecnica per alchilare stereoselettivamente il carbonio alfa di aldeidi e chetoni. In questa reazione, un reagente pirrolidina controlla la stereoselettività della formazione del legame carbonio-carbonio formando un idrazone stericamente voluminoso. Dopo l'alchilazione del carbonio alfa, il doppio legame carbonio-azoto dell'idrazone può essere scisso mediante ozonolisi per rigenerare il chetone o l'aldeide dopo un workup riduttivo.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE all'ozonolisi. Dovresti ora comprendere i principi alla base dell'ozonolisi, la procedura per l'ozonolisi degli alcheni e alcuni esempi di come l'ozonolisi viene utilizzata in chimica organica. Grazie per l'attenzione!