アルデヒドおよびケトン類の反応性の重亜硫酸塩の抽出のプロトコルを使用して混合物からの分離
2018年4月2日
ここでは、混和性溶媒の飽和のナトリウムの重亜硫酸塩を直接液体液体抽出のプロトコルによって混合物からアルデヒドおよびケトン類の反応性を削除するプロトコルを提案する.この複合的なプロトコルは、迅速かつ実行に安易です。アルデヒドやケトンは、水層の basification によって再分離することができます。
この手順の全体的な目標は、混和性溶媒中の飽和重亜硫酸ナトリウムを直接使用して液液抽出することにより、混合物からアルデヒドと反応性ケトンを除去することです。この方法は、混合物を個々の成分に精製するのに役立ちます。具体的には、この方法を使用して、アルデヒドまたはケトン官能基を含む化合物を他の化合物から分離できます。
この技術の主な利点は、実行が非常に簡単で、非常に高い分離速度と回収率が得られることです。カラムクロマトグラフィーを用いて反応生成物から残ったアルデヒド反応物を除去する試みが失敗した後、我々は特に汚染物質をバイサルファイトと反応させて荷電付加物を形成し、これは液液抽出によって除去可能である。その手順を実演するのは、私の研究室の学部生であるMaria BoucherとMax Furigayです。
混合物からの芳香族アルデヒドの分離は、アニスアルデヒドとの1対1の混合物からのベンジル酪酸の分離のために、ここで示されています。この手順全体を通して、亜硫酸ナトリウムは二酸化硫黄ガスを生成する可能性があるため、このプロトコルは、ドラフト内などの適切な換気で実行する必要があります。まず、175マイクロリットルのアニスアルデヒドと250マイクロリットルのベンジル酪酸を5ミリリットルのメタノールに溶解します。
溶液を分離漏斗に移し、1ミリリットルの飽和亜硫酸水素ナトリウム水溶液を加え、約30秒間激しく振とうします。.次に、25ミリリットルの脱イオン水と25ミリリットルの10%酢酸エチルヘキサンを加え、激しく振とうします。レイヤーを分離します。
有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥させます。溶液をろ過して硫酸マグネシウムを除去します。次に、ロータリーエバポレーターを使用して溶液を真空に濃縮します。
混合物からの脂肪族アルデヒドとケトンの分離は、ここでは、ベンジルアセトンとの1つの混合物から1つの混合物へのベンジル酪酸の分離によって示されています。213マイクロリットルのベンジルアセトンと250マイクロリットルの酪酸ベンジルと10ミリリットルのジメチルホルムアミドを溶解します。溶液を分離漏斗に移した後、25ミリリットルの飽和亜硫酸水素ナトリウム水性水溶液を加え、溶液を約30秒間激しく振とうします。
次に、25ミリリットルの脱イオン水と25ミリリットルの10%酢酸エチルヘキサンを加え、激しく振とうします。バイアデュアス層が曇っているように見える場合は、さらに水を追加し、セパリーファンネルを再度振ってください。分離後も固体が見られる場合は、次の手順に進む前に、Celiteを介してすべての材料をフィルタリングして固体を除去します。
次に、レイヤーを分離します。水性層を分液漏斗に戻し、さらに25ミリリットルの10%酢酸エチルヘキサンを加え、激しく振とうします。水層を排出し、有機層を分液漏斗に残します。
次に、前の有機層をセパリーファンネルに戻します。結合した有機層を脱イオン水で3回洗浄します。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥させます。
溶液をろ過した後、ロータリーエバポレーターを使用して真空中の硫酸マグネシウム濃縮物を除去します。アルキンを含有する混合物からのアルデヒドの分離は、ここでは、シトロネラールとの1対1の混合物からの酪酸ベンジルの分離を通じて実証されています:255マイクロリットルのシトロネラールと250マイクロリットルのベンジル酪酸を10ミリリットルのジメチルホルムアミドに溶解し、溶液を分離漏斗に移します。次に、25ミリリットルの飽和亜硫酸水素ナトリウム水性水溶液を加え、約30秒間激しく振とうします。
25ミリリットルの脱イオン水と25ミリリットルのヘキサンを追加し、激しく振とうします。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥させます。溶液をろ過して硫酸マグネシウムを除去してから、ロータリーエバポレーターを使用して真空中に集中します。
混合物からのアルデヒドの再分離は、ここでは、ベンジル酪酸との1対1の混合物からのピペロニルの分離によって実証されています。217ミリグラムのピペロニルと250マイクロリットルのベンジル酪酸を5ミリリットルのメタノールに溶解し、溶液を分離漏斗に移します。1ミリリットルの飽和亜硫酸水素ナトリウム水溶液を加え、約30秒間激しく振とうします。.
次に、25ミリリットルの脱イオン水と25ミリリットルの10%酢酸エチルヘキサンを追加します。激しく振った後、レイヤーを分離します。水性層をセパリーファンネルに戻します。
水層を25ミリリットルの10%酢酸エチルヘキサンで一度洗浄し、少量の残りの酪酸ベンジルを除去します。次に、25ミリリットルの酢酸エチルを追加し、続いて50%の水酸化ナトリウムを、pHストリップがpHが12を示すまで追加します。次に、溶液を激しく振ってください。
このステップではガスの発生が観察されており、圧力の上昇を引き起こす可能性があります。セパリーファンネルを適切に通気してください。ピペロニル(例:アルデヒド)は塩基に敏感ではありませんが、エノリゾ可能なα-水素を含むアルデヒドは水酸化ナトリウムに対して不安定である可能性があります。
水酸化ナトリウムを飽和リン酸ナトリウム三塩基性に置き換えると、強塩基によって引き起こされる望ましくない副反応を軽減できる可能性があります。層を分離した後、水性層を分離漏斗に戻します。25ミリリットルの酢酸エチルを加え、激しく振とうします。
層を分離した後、有機層を前のステップの有機層と組み合わせてから乾燥させます。以前と同様に溶液をろ過して濃縮します。このプロトコールの成功は、プロトンNMRによって判断できます。
プロトコールが失敗した場合、アルデヒドまたはケトンは混合物中に残り、NMRスペクトル内のその特性シグナルによって検出することができます。アルデヒドは 9 ppm から 10 ppm の特徴的なシグナルを持っているため、この領域にピークが存在することは分離に失敗したことを示しています。分離が成功すると、この領域にはピークは存在せず、元の混合物の非アルデヒド成分に関連するピークのみが含まれます。
アルキンを含む混合物を使用すると、アルキンとの副反応が観察されることがあります。これらは、元の成分のいずれにも関連付けられていないピークの出現によって検出できます。この問題は、望ましくない副反応の原因となる二酸化硫黄の溶解度が低い溶媒であるヘキサンを使用することで軽減できます。
分離が成功すると、元の成分に関連付けられていないNMRのピークは含まれません。アルデヒドを再分離すると、プロトンNMRによって少量の他の成分を検出できます。この成分は、バイサルファイト反応を逆転させる前に、水性層のオプションの洗浄を行うことで、ほぼ完全に除去できます。
このテクニックを習得すると、適切に実行すれば15分で完了します。このプロトコールは、立体的に阻害されたネオペンチルアルデヒドを含む芳香族および脂肪族アルデヒドに効果的です。メチルケトンと環状ケトンは除去できますが、立体的には、より阻害されたケトンまたは共役したケトンは反応性がありません。
エポキシドや塩化ベンジルなどの求電子性官能基を含む、ほぼすべての官能基がプロトコルで許容されます。1つの例外は脂肪族アミンで、亜硫酸水素塩と酸塩基反応を起こすため、プロトコール中に部分的にイオン化されます。
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概要
本記事では、混和性溶媒中の飽和亜硫酸水素ナトリウムを用いた液液抽出法により、混合物からアルデヒドおよび反応性ケトンを除去するプロトコルを紹介します。この手法は迅速かつ簡便に実施でき、水層を塩基性にすることでアルデヒドまたはケトンを再単離することが可能です。
研究の主要構成要素
科学分野
- 化学
- 分析法
- 有機合成
背景
- アルデヒドとケトンは、有機化合物において一般的な官能基です。
- カラムクロマトグラフィーなどの従来の手法では、これらの除去に効果がない場合があります。
- 液液抽出は、より効率的な代替手段となります。
- 亜硫酸水素ナトリウムはアルデヒドおよびケトンと反応し、電荷を持つ付加体を形成します。
研究目的
- アルデヒドおよびケトンを含む混合物を精製するための、簡便かつ効果的な手法を開発すること。
- 液液抽出において亜硫酸水素ナトリウムを使用することの利点を実証すること。
- 研究現場で容易に再現可能なプロトコルを提供すること。
使用された手法
- 飽和亜硫酸水素ナトリウム溶液の調製。
- アルデヒドまたはケトンを含む有機混合物への溶液の混合。
- 液液抽出による成分の分離。
- 水層の塩基性化による目的化合物の再単離。
主な結果
- 本手法により、アルデヒドおよびケトンを他の化合物から正常に分離することができました。
- 最小限の手間で高い回収率を達成しました。
- 本プロトコルは、学部生の研究学生によって実演されました。
- 結果は、本手法が有機化学におけるより幅広い応用に活用できる可能性を示しています。
結論
- 亜硫酸水素ナトリウムを用いた液液抽出法は、有機混合物の精製に有効です。
- このプロトコルは、アルデヒドやケトンの混入に対処する研究者にとって有用なツールとなります。
- 今後の研究では、さまざまな有機合成の場面における本手法の応用が期待されます。
よくある質問
業界における重要性
初期段階の創薬において、アルデヒドおよびケトンの不純物はアッセイの読み取り値を損ない、誤った構造活性相関を導く可能性があります。このビスルフィト抽出プロトコルにより、複雑な混合物から反応性カルボニル化合物を迅速に精製でき、後続のスクリーニングにおける化合物の品質を向上させることができます。高い回収率と再単離能を提供することで、信頼性の高いヒット化合物の確認およびリード最適化のワークフローを支援します。
バイオ医薬品研究開発における戦略的応用
初期探索およびターゲットバリデーション
- 科学的価値： 生理活性標的に影響を与えたり、アッセイのアーティファクトを誘発したりする可能性があるアルデヒドまたはケトンの干渉物質を除去します。
- 操作的価値： 飽和亜硫酸水素ナトリウムを用いた簡便な液液抽出を行うため、時間のかかるクロマトグラフィー工程を回避できます。
- 予測的価値： 化合物ライブラリーの純度を高めることで、ターゲットエンゲージメントデータの信頼性を向上させます。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 科学的価値： カルボニル由来のノイズを含まない、生化学的または細胞ベースのアッセイに適した精製有機分画を生成します。
- 運用的価値： メタノールやジメチルホルムアミドなどの混和性溶媒と互換性があり、既存の化合物管理ワークフローに統合可能です。
- スケーラビリティ： 約15分でプロトコルが完了するため、中スループットの精製ニーズに対応します。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 科学的価値： 塩基化によるアルデヒド/ケトンの再単離を容易にし、メカニズム研究のための活性代謝物やプローブの回収を可能にする。
- 運用的価値： 多様な官能基（例：エポキシド、ベンジルクロリド）に耐性があり、合成中間体への適用範囲を広げる。
- リスク軽減： 反応性カルボニル不純物を除去することで、フェノタイプスクリーニングにおける偽陽性を減少させる。
パイプラインおよびワークフローの統合
この手法は、ヒット化合物の精製からリード化合物の最適化に至る創薬の連続的なプロセスに組み込まれるものであり、化合物の完全性がデータの信頼性に直接的に影響します。
- 探索生物学： アルデヒドやケトンを含まない化合物を保証し、正確なターゲットバリデーションおよびパスウェイ解析を可能にします。
- スクリーニング： NMRまたはLC-MSによる検証を通じて定量的回収を行い、標準化された再現性のある抽出物を提供します。
- 分析： プロトンNMRにおけるアルデヒドピーク（9–10 ppm）の消失によって成功を確認し、客観的な判定（go/no-go決定）を可能にします。
- トランスレーショナルリサーチ： 塩基性化後の、ターゲットエンゲージメントやイメージング研究に用いるアルデヒド含有プローブの回収をサポートします。
- 組織的な再利用： 標準的なガラス器具と試薬のみで実施可能なため、創薬化学チーム全体で導入できるポータブルかつ低コストな手法となります。
運用および企業への影響
- 科学的価値：反応性カルボニル化合物からメカニズム的な曖昧さを排除することで、予測の信頼性を向上させます。
- 運用的価値：最小限の溶媒および設備で、高い分離率と回収率を実現します。
- 戦略的価値：アッセイの失敗や再試験を減らし、リード化合物創出における資本効率を改善します。
- ポートフォリオへの影響：前臨床開発に向けて、クリーンな化合物をリスクベースで優先順位付けすることが可能になります。
実施上の考慮事項
- 亜硫酸水素ナトリウムの安全な取り扱いおよび分液漏斗の操作のため、基礎的な有機化学のトレーニングが必要です。
- 亜硫酸反応中に二酸化硫黄が発生する可能性があるため、ドラフトチャンバーの使用が必要です。
- 分離の成否および再単離後の純度を検証するために、標準的な分析ツール（NMR、LC-MS）の使用が推奨されます。
- 基質の溶解性に基づき、溶媒系（例：芳香族にはメタノール、脂肪族にはDMF）を適切に選択してください。
- 脂肪族アミンは部分的にイオン化している可能性があるため、混合物が存在する場合は考慮する必要があります。
バイオファーマに関するよくある質問
Chapters in this video
0:04
Title
0:59
Standard Protocol for the Separation of Aromatic Aldehydes from a Mixture
2:16
Separation of Aliphatic Aldehydes and Ketones from a Mixture
4:00
Separation of Aldehydes from a Mixture Containing an Alkene
5:00
Re-isolation of Aldehydes from a Mixture
7:01
Results: Representative 1H NMR Indicates Success of Separation
8:21
Conclusion
