Sintesi degli esteri tramite un'esterificazione Steglich più verde in Acetonitrile

L'obiettivo generale di questo esperimento è quello di fornire una metodologia più verde per una reazione comune di esterificazione, che potrebbe servire utile per l'estrosinte sintesi in applicazioni accademiche e industriali. Il nostro metodo può essere utilizzato per una sintesi efficiente e lieve degli esteri accoppiando acidi carbossilici con alcoli o fenoli primari o secondari. Il vantaggio principale di questa tecnica è che elimina l'uso di solventi pericolosi di reazione clorurati o ammide e riduce al minimo i rifiuti di solvente durante la purificazione senza sacrificare la velocità di reazione o la purezza del prodotto.

A dimostrare la procedura saranno Andrew Lutjen e Mackenzie Quirk, ricercatori universitari del mio laboratorio. In primo luogo, combinare acido trans-cinnamico, DMAP ed EDC in un pallone a fondo rotondo da 50 millilitri. Aggiungere 15 millilitri di acetonitrile e 98 microlitri di alcol 3-metossibenzil alla miscela, insieme a una barra di agitazione magnetica.

Bloccare il pallone in un bagno d'acqua Celsius di 40 gradi e mescolare la reazione. Monitorare la reazione con TLC, usando acetato di etile ed esani. Una volta completata la reazione, rimuovere l'acetonitrile a pressione ridotta utilizzando un evaporatore rotante per ottenere un solido grezzo.

Al residuo aggiungere 20 millilitri ciascuno di etere dietile e un molare di acido cloridrico. Ruotare il pallone per sciogliere il residuo negli strati del solvente. Quindi, versare la soluzione in un imbuto separatore.

Risciacquare il pallone evaporante con cinque millilitri di etere dietile e aggiungere il risciacquo all'imbuto separatore. Agitare delicatamente l'imbuto separatore per estrarre il prodotto nello strato di etere, sfogandosi periodicamente. Lasciare che i livelli si separano, quindi rimuovere lo strato acquoso drenarlo dal fondo dell'imbuto in un pallone Erlenmeyer.

Allo strato organico rimasto nell'imbuto separatore, aggiungere 20 millilitri di un acido cloridrico molare e agitare delicatamente il pallone separatore, sfogandosi periodicamente. Lasciare che i livelli si separano e quindi rimuovere lo strato acquoso drenarlo dal fondo dell'imbuto in un pallone Erlenmeyer. Ripetere la procedura di lavaggio con bicarbonato di sodio saturo e cloruro di sodio saturo.

Dopo aver completato le fasi di lavaggio, trasferire lo strato organico dall'imbuto separatore in un pallone Erlenmeyer pulito. Asciugare lo strato con solfato di magnesio. Quindi filtrare la soluzione per gravità attraverso la carta filtrante in un pallone di evaporazione mascherato.

In seguito, rimuovere il solvente di etere dietile a pressione ridotta, utilizzando un evaporatore rotante. Analizzare un campione del prodotto mediante spettroscopia NMR protonica e al carbonio in cloroformio deuterato e mediante spettrometria di massa. In un pallone a fondo rotondo da 50 millilitri, combinare acido trans-cinnamico, DMAP ed EDC.

Aggiungere 15 millilitri di acetonitrile e 157 milligrammi di difenillmetanolo alla miscela, insieme a una barra di agitazione magnetica. Bloccare il pallone e mescolare la reazione a temperatura ambiente per 24 ore. Inserire un condensatore d'aria nel collo del pallone per ridurre al minimo l'evaporazione del solvente.

Una volta completata la reazione, seguire il lavoro di estrazione e la procedura di lavaggio come descritto in precedenza. In un matraccio a fondo rotondo da 50 millilitri, combinare acido decanoico, DMAP ed EDC. Aggiungere 15 millilitri di acetonitrile e 157 milligrammi di ditenillmetanolo alla miscela, insieme a una barra di agitazione magnetica.

Bloccare il pallone e mescolare la reazione a temperatura ambiente per 24 ore. Inserire un condensatore d'aria nel collo del pallone per ridurre al minimo l'evaporazione del solvente. Una volta completata la reazione, seguire il lavoro di estrazione e la procedura di lavaggio come descritto in precedenza.

Utilizzando la reazione di esterificazione di Steglich modificata, il cinnamato di 3-metossibenzil è stato ottenuto in resa del 90% senza la necessità di cromatografia a colonna, come confermato dalla spettroscopia NMR protonica e al carbonio. I composti da nove a 17 sono stati sintetizzati utilizzando un protocollo simile, con rese dal 77 al 90%Tutti i composti sono stati analizzati dalla spettroscopia NMR e dalla spettrometria di massa ad alta risoluzione, e si sono trovati di purezza simile al cinnamato 3-metossibenzil dall'analisi NMR. Sono state apportate lievi modifiche al protocollo per gli alcoli primari per ottenere rese e purezza ottimali per i composti da 12 a 17.

Le reazioni alcoliche secondarie sono state eseguite più a lungo per consentire alla reazione di andare a termine. Nelle reazioni dell'acido decanoico, per i composti esteri 12 e 17, utilizzando 1,2 equivalenti di acido carbossilico ad un equivalente di alcole sia per gli alcoli primari che secondari, hanno prodotto esteri con impurità di acido decanoico. Il problema dell'impurità è stato risolto usando un rapporto molare uno a uno tra acido decanoico e alcol con un tempo di reazione leggermente più lungo.

Queste condizioni producevano prodotti di estere puro, indicati da una perdita del segnale di impurità a 2,35 parti per milione nello spettro NMR protonico. Come per qualsiasi metodo di sintesi organica, le schede di dati di sicurezza per le sostanze chimiche dovrebbero essere consultate e nell'eseguire questa procedura dovrebbero essere utilizzati adeguati dispositivi e strutture di protezione individuale.