Scheiding van aldehyden en ketonen reactieve van mengsels met een bisulfiet extractie Protocol

Samenvatting

Hier presenteren we een protocol om te verwijderen aldehyden en ketonen reactieve van mengsels met een vloeistof-vloeistof extractie protocol rechtstreeks met verzadigde natrium bisulfiet in een mengbaar oplosmiddel. Dit gecombineerde protocol is snelle en facile uit te voeren. De aldehyde of keton kan opnieuw worden geïsoleerd door het basisch van de waterige laag.

Samenvatting

De zuivering van organische verbindingen is een essentieel onderdeel van synthetische routinebewerkingen. De mogelijkheid om verontreinigingen te verwijderen in een waterige laag door het genereren van een geladen structuur biedt een kans om de extractie te gebruiken als een eenvoudige zuivering techniek. Door het gebruik van een mengbaar organisch oplosmiddel met verzadigde natrium bisulfiet, aldehyden en ketonen reactief met succes kan worden omgezet in combinatie belast bisulfiet adducten dat kan dan worden gescheiden van andere organische componenten van een mengsel door de invoering van een onmengbare organische laag. Hier beschrijven we een eenvoudig protocol voor de verwijdering van aldehyden, met inbegrip van sterically-belemmerd neopentyl aldehyden en sommige ketonen, uit chemische mengsels. Ketonen kunnen worden gescheiden als ze zijn sterically ongehinderd cyclische of methyl ketonen. Voor alifatische aldehyden en ketonen, wordt dimethylformamide gebruikt als het mengbaar oplosmiddel om verwijdering tarieven. De additie van het Bisulfiet kan worden omgekeerd door basisch van de waterige laag, waardoor het opnieuw isolement van de reactieve carbonyl-component van een mengsel.

Inleiding

De scheiding van componenten van mengsels van elkaar is essentieel voor de voorbereiding van pure materialen. De beschreven methode hierin maakt de facile scheiding van aldehyden en sterically ongehinderd cyclische en methyl ketonen van andere organische moleculen¹. De techniek is afhankelijk van de reactiviteit van bisulfiet met de carbonylgroep maken een geladen adduct die kunnen worden gescheiden in een waterig laag, terwijl andere componenten in een onmengbare organische laag gescheiden. De sleutel tot het bereiken van reactiviteit tussen bisulfiet en de carbonyl is het gebruik van een mengbaar oplosmiddel, waardoor de reactie plaatsvinden vóór de scheiding in twee afzonderlijke fasen. Zonder de toevoeging van de mengbare oplosmiddelen minimale scheiding wordt verkregen, vermoedelijk te wijten aan slechte contact tussen de hydrofiele bisulfiet en de hydrofobe organische verbindingen.

Het voordeel van deze methode van scheiding voor de zuivering is het gemak van het protocol. Vloeistof-vloeistof extractie is een eenvoudige bewerking die wordt uitgevoerd, en op grote schaal kunnen worden uitgevoerd. Alternatieve zuivering technieken, zoals kolom-chromatografie, zijn veel meer duur, tijdrovend en uitdagend om te voeren op grote schaal en vereisen voldoende differentiatie van de componenten in termen van polariteit. Reinigende door herkristallisatie of distillatie vereist voldoende differentiatie tussen de oplosbaarheid of boiling punten van de componenten van het mengsel, respectievelijk. Omdat bisulfiet extractie is gebaseerd op het verschil in de reactiviteit van de carbonylgroep van aldehyden en ketonen, kunnen verbindingen met gelijkaardige oplosbaarheid, boiling punten of polariteiten effectief worden gescheiden. Andere chemische scheidingsmethoden bestaan voor de selectieve scheiding van aldehyden en ketonen van mengsels, bijvoorbeeld de selectieve vorming van oximes², cyclische acetalen³of mercaptal⁴ formatie. Deze methoden vereisen een extra stap om te scheiden van de gevormde soorten van het mengsel, omdat het product niet oplosbaar in water is en daarom kan niet worden gescheiden door een eenvoudige extractie-protocol. Aldehyde oxidatie te vormen van verwisselbare carbonzuren is een andere techniek⁵gemeld, maar de stap vereist oxidatie is minder chemoselective dan de milde bisulfiet voorwaarden hierin beschreven, en vereist het gebruik van zuurstof gas en een kobalt-katalysator.

Deze methode is van toepassing op de scheiding van aldehyden (Figuur 1) en sterically-ongehinderd cyclische en methyl ketonen (Figuur 2) uit moleculen die geen deze functionele groepen bevatten. Met name reactieve ketonen, zoals α-keto-esters worden ook verwijderd met behulp van dit proces. Alkanen, alkenen, dienes, alkynen, esters, amides, carbonzuren, alkylhalides, alcoholen, fenolen, nitrilen, benzyl chloriden, epoxiden, anilines, acetalen, en enigszins gehinderd, α, β-onverzadigde, of aryl ketonen worden alle onreactieve onder de voorwaarden en kan worden losgekoppeld van de aldehyde of keton reactieve component van het mengsel (figuren 2 en Figuur 3). Ethyl ketonen of α-gesubstitueerde cyclische ketonen, bijvoorbeeld voldoende worden belemmerd en zijn daarom te scheiden van aldehyden en ketonen reactiever. Bij het gebruik van alkenen, wordt hexaan aanbevolen als het onmengbare oplosmiddel om te voorkomen dat ongewenste ontleding als gevolg van zwaveldioxide in de bisulfiet oplossing aanwezig. De functionele groep-compatibiliteit van het Bisulfiet extractie protocol is zeer breed, en is daarom van toepassing op een zeer breed scala van scheidingen, als de carbonyl verontreinigingen worden gescheiden van het mengsel ofwel een aldehyde of een ongehinderde is methyl of cyclisch keton. Minder reactieve ketonen niet reageren met bisulfiet onder deze omstandigheden en daarom niet worden verwijderd.

Protocol

1. standaardprotocol voor de scheiding van aromatische aldehyden uit een mengsel. Voorbeeld: Scheiding van Benzyl butyraat van een 1:1-mengsel met m.

1. Los 175 μL van m en 250 μL van benzyl butyraat in 5 mL methanol en breng de oplossing over in een separatory trechter.
   Let op: Natrium bisulfiet kunt genereren zwaveldioxide-gas, dus dit protocol moet worden uitgevoerd met goede ventilatie, zoals in een zuurkast.
2. Voeg 1 mL verzadigde waterige natrium bisulfiet en schud krachtig voor ongeveer 30 s.
3. Voeg 25 mL gedeïoniseerd water en 25 mL 10% ethylacetaat/hexanes en schud krachtig.
4. Scheiden de lagen. Droog de organische laag met watervrij magnesium-sulfaat. Filtreer de oplossing om te verwijderen van magnesium-sulfaat en concentreren in vacuüm met een rotatieverdamper.

2. scheiding van alifatische aldehyden en ketonen uit een mengsel. Voorbeeld: Scheiding van Benzyl butyraat van een 1:1-mengsel met Benzylacetone.

1. Los 213 μL van benzylacetone en 250 μL van benzyl butyraat in 10 mL dimethylformamide en breng de oplossing over in een separatory trechter.
   Let op: Natrium bisulfiet kunt genereren zwaveldioxide-gas, dus dit protocol moet worden uitgevoerd met goede ventilatie, zoals in een zuurkast.
2. Voeg 25 mL verzadigde waterige natrium bisulfiet en schud krachtig voor ongeveer 30 s.
3. Voeg 25 mL gedeïoniseerd water en 25 mL 10% ethylacetaat/hexanes en schud krachtig.
4. Scheiden de lagen. De waterige laag terug te keren naar de separatory trechter, voeg 25 mL 10% ethylacetaat/hexanes en schud krachtig. Afvoer van de waterige laag, waardoor de organische laag in de trechter van de separatory. De vorige organische laag opnieuw toevoegen aan de separatory trechter.
5. Was de gecombineerde organische lagen driemaal met gedeïoniseerd water (10 mL voor elke wasbeurt). Droog de organische laag met watervrij magnesium-sulfaat. Filtreer de oplossing om te verwijderen van magnesium-sulfaat en concentreren in vacuüm met een rotatieverdamper.

3. scheiding van aldehyden een mengsel met een alkeen. Voorbeeld: Scheiding van Benzyl butyraat van een 1:1-mengsel met Citronellal.

1. Los 255 μL van citronellal en 250 μL van benzyl butyraat in 10 mL dimethylformamide en breng de oplossing over in een separatory trechter.
   Let op: Natrium bisulfiet kunt genereren zwaveldioxide-gas, dus dit protocol moet worden uitgevoerd met goede ventilatie, zoals in een zuurkast.
2. Voeg 25 mL verzadigde waterige natrium bisulfiet en schud krachtig voor ongeveer 30 s.
3. Voeg 25 mL gedeïoniseerd water en 25 mL van hexanes en schud krachtig.
4. Scheiden de lagen. De waterige laag terug te keren naar de separatory trechter, voeg 25 mL hexanes en schud krachtig. Afvoer van de waterige laag, waardoor de organische laag in de trechter van de separatory. De vorige organische laag opnieuw toevoegen aan de separatory trechter.
5. Was de gecombineerde organische lagen driemaal met gedeïoniseerd water (10 mL voor elke wasbeurt). Droog de organische laag met watervrij magnesium-sulfaat. Filtreer de oplossing om te verwijderen van magnesium-sulfaat en concentreren in vacuüm met een rotatieverdamper.

4. opnieuw isolatie van aldehyden uit een mengsel. Voorbeeld: Scheiding van Heliotropine van een 1:1-mengsel met Benzyl butyraat.

1. Los 217 mg Heliotropine en 250 μL van benzyl butyraat in 5 mL methanol en breng de oplossing over in een separatory trechter.
   Let op: Natrium bisulfiet kunt genereren zwaveldioxide-gas, dus, dit protocol moet worden uitgevoerd met goede ventilatie, zoals in een zuurkast.
2. Voeg 1 mL verzadigde waterige natrium bisulfiet en schud krachtig voor ongeveer 30 s.
3. Voeg 25 mL gedeïoniseerd water en 25 mL 10% ethylacetaat/hexanes en schud krachtig.
4. Scheiden de lagen. De waterige laag terugkeren naar de separatory trechter.
   1. Optioneel: Wassen waterige laag eenmaal met 25 mL van de 10% ethylacetaat/hexanes om te verwijderen van de kleine hoeveelheid resterende benzyl butyraat.
5. Voeg 25 mL ethylacetaat en voeg vervolgens 50% natriumhydroxide totdat een pH-strip geeft aan dat de pH 12. Goed schudden.
   Let op: Gas evolutie geconstateerd tijdens deze stap en kan leiden tot druk opbouw. Zorg ervoor dat de trechter van de separatory goed te ventileren. Opschalen van deze procedure zal gas evolutie meer uitgesproken. Ga voorzichtig te werk.
6. Scheiden de lagen. De waterige laag terug naar de separatory trechter en voeg 25 mL ethylacetaat. Goed schudden.
7. Scheiden de lagen. Combineer de organische laag met de organische laag uit de vorige stap. Droog de gecombineerde organische laag met watervrij magnesium-sulfaat. Filtreer de oplossing om te verwijderen van magnesium-sulfaat en concentreren in vacuüm met een rotatieverdamper.

Resultaten

Procedure 1 voor het verwijderen van de aldehyde wordt gebruikt voor aromatische aldehyden. Procedure 2, waarin dimethylformamide wordt gebruikt als het mengbaar oplosmiddel, moeten worden gebruikt voor alifatische aldehyden en ketonen. Procedure 2 moet ook worden gebruikt voor mengsels die niet volledig oplosbaar in methanol. Het materiaal verkregen uit elk van de protocollen wordt geanalyseerd voor zuiverheid met behulp van ¹...

Discussie

Eerste pogingen gebruik van het Bisulfiet reactie als een methode om te verwijderen met behulp van een typische twee fasen extractie aldehyden leidde tot zeer lage niveaus van verwijdering. We veronderstelde dat de reactie niet snel genoeg was tijdens de zeer beperkte tijd die de twee lagen in contact waren. Het vergroten van het contact tussen de reactanten, ontwikkelden we een tweetraps extractie-protocol waarin een water-mengbare oplosmiddelen in eerste instantie gebruikt wordt om voldoende mengen van de reactanten vó...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
sodiumbisulfiet	Fisher	AC419440010	1 kg
benzylbutyraat	Fisher	AAB2424130	250 g
anisaldehyde	Fisher	AC104801000	100 mL
magnesiumsulfaat	Fisher	M65-500	500 g
ethylacetaat	Fisher	E195-4	4 L
hexanen	Fisher	H292-4	4 L
methanol	Fisher	A456-1	1 L
dimethylformamide	Fisher	D119-1	1 L
citronellal	Fisher	AAL15753AE	100 mL
benzylaceton	Fisher	AC105832500	250 mL
gedeïoniseerd water	Fisher	BP28194	4 L
piperonal	Sigma-Aldrich	P49104-25G	25 G
natriumhydroxide	Fisher	S318-1	1 kg
afscheidingsneltje met dop	Fisher	10-437-5B	125 mL
statief	Fisher	03-422-215	3 aluminium staven
klem	Fisher	12-000-104	5 cm
kurkring	Fisher	07-835AA	8 cm buitenafmeting
kolf met rond bodem	Fisher	31-501-107	100 mL
rotorevap met toebehoren	Fisher	05-000-461	cold trap bondenser
bump trap 14/20 joint	Fisher	CG132201	14/20 joint
trechter	Fisher	05-555-6	organisch oplosmiddel compatibel
katoen	Fisher	22-456-881	niet steriel
glas pipetten	Fisher	13-678-20A	borosilicaat 5.75"
twee 250 microliter spuiten	Fisher	14-813-69
4 erlenmeyer kolven	Fisher	10-040D	125 mL
afzuigkap	Fisher	13-118-370
nitrilhandschoenen	Fisher	19-149-863B	medium
veiligheidsbril	Fisher	17-377-403
lepel	Fisher	14-357Q
weegschaal	Fisher	01-912-403	120 g capaciteit