Overview
Fuente: Vy M. Dong y Zhiwei Chen, Departamento de química, Universidad de California, Irvine, CA
Este experimento demuestra un ejemplo de una reacción de ozonólisis para sintetizar vainillina de isoeugenol (figura 1). Ozonólisis de alquenos, una reacción de oxidación entre el ozono y un alqueno, es un método común para preparar aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos. Este experimento también demuestra el uso de un generador de ozono y una reacción de baja temperatura (−78 ° C).
Figura 1. Diagrama que muestra la ozonólisis de isoeugenol a vainillina.
Principles
El clivaje oxidativo de alquenos a dos compuestos que contienen el grupo carbonilo se llama una reacción de ozonólisis (figura 2). El mecanismo propuesto (figura 3) comienza con una cicloadición [3 + 2] entre alkene 1 con ozono para generar el molozonide intermedio A. A es inestable y se reorganiza en la ozonida más estable C vía el zwitterion B. C se descompone en presencia de un reductor como el sulfuro de dimetilo para equipar los dos productos de carbonilo (2, 3) y dimetilsulfóxido. Cuando se utiliza un solvente nucleofílico (por ejemplo, metanol), el nucleófilo ataca intermedio B para formar un hidroperóxido E, que se descompone el producto 3 cuando sulfuro dimethyl se agrega (figura 4). La reacción se realiza generalmente a −78 ° C para evitar reacciones secundarias y en presencia de un indicador para determinar cuando la reacción es completa. Sudán III es un indicador comúnmente utilizado. Inicialmente, la mezcla de reacción es rojo y se convierte en púrpura/azul cuando todos el alkene se consume. Cuando ha reaccionado todo el alkene, el indicador, que tiene un enlace doble de N-N, reacciona con el ozono dando el cambio de color.
Figura 2. Diagrama que muestra la reacción general de la ozonólisis de un alqueno con un workup reductor.
Figura 3. Diagrama que muestra el mecanismo general de ozonólisis alkene.
Figura 4. Diagrama que muestra la formación de un hidroperóxido de intermedio B.
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Procedure
- Agregar 200 mg de isoeugenol, 15 mL de MeOH, y ~ 2 mg de Sudán III a un matraz de fondo redondo de 50 mL cuello 3 equipado con una barra de agitación magnética.
- Conectar el matraz de reacción a un tanque de oxígeno y un grifo.
- Encender el flujo de oxígeno.
- Enfríe la mezcla de reacción con un baño de hielo seco/acetona.
- Encienda el generador de ozono, que convierte el oxígeno en el tanque al ozono que va al matraz de reacción. El generador será entre el tanque de oxígeno y el matraz de reacción. Deje que la mezcla de reacción revolver hasta los cambios de color rojo a púrpura/azul.
- Apagar el generador de ozono y permita que el oxígeno purgar la mezcla de reacción de ozono durante 5 minutos.
- Retirar del baño de enfriamiento y añadir 0,2 mL de sulfuro dimethyl.
- Revuelva la mezcla de reacción al calentamiento a temperatura ambiente durante 1 h.
- Eliminar el disolvente por evaporación rotatoria. Hacer un sílice enchufe colocando gel de sílice en un embudo Büchner. Disolver el residuo en 10% acetato de etilo en hexanes y pasar la solución a través del tapón de silicona al vacío para eliminar las impurezas. Lavar el tapón de silicona 2 veces más con 10% de acetato de etilo en hexanes. Recoger el filtrado y eliminar el disolvente por evaporación rotatoria, para obtener vainillina como un sólido blanco.
- Calcule el rendimiento porcentual de vainillina obtenida y establecer su pureza e identidad de punto de fusión (m.p.) y 1H NMR.
Ozonólisis es la oxidación de enlaces insaturados en compuestos orgánicos por el ozono.
Ozonólisis con más frecuencia se utilizan para hender los alkenes para obtener dos productos de carbonilo. Ozono también reacciona con alquinos y aldehidos. Ozonólisis se utilizan en la investigación de la química orgánica, síntesis de productos naturales especialmente y en síntesis de escala industrial de productos farmacéuticos.
Este video se ilustran el procedimiento de ozonólisis de alquenos e introducir unas cuantas aplicaciones de ozonólisis en química.
Ozonólisis de un alqueno comienza con cicloadición de ozono a través del enlace doble de carbono para formar un intermediario inestable llamado un molozonide. El molozonide entonces se disocia en un óxido de carbonilo y un carbonilo. Estos fragmentos se reorganizan para desplazar el oxígeno del carbonilo de los oxygens del óxido de carbonilo. Los fragmentos entonces se recombinan por cicloadición en un más estable ozonide, en el que el oxígeno del carbonilo está enlazado a los átomos de carbono.
La ozonida es trabajado hender el anillo en los productos de carbonilo. Si ambos sustitutos por un lado son grupos de carbón, una cetona se forma independientemente de las condiciones del workup. Dado un sustituto de hidrógeno, el workup oxidativo con un peróxido de hidrógeno produce un ácido carboxílico. El workup reductor con zinc en ácido acético o dimetil sulfuro produce un aldehído.
Ozonólisis del alkene se realizan generalmente en presencia de un indicador a seguir el progreso de la reacción. Un indicador es un compuesto con un aspecto visual distinto en las diferentes etapas en la reacción. Por ejemplo, ozonólisis del indicador de resultados de Sudán III en un color cambian de color rojo brillante a azul oscuro o púrpura. Los alkenes se someten a ozonólisis más rápido que el Sudán III, por lo que el cambio de color indica que se ha completado la reacción de ozonólisis de alqueno.
Ahora que usted entiende los principios de la ozonólisis de alquenos, vamos a ir a través de un procedimiento de ozonólisis de isoeugenol en una de las pioneras reacciones para la síntesis de la vainillina comercial.
Para comenzar el procedimiento, mezclar 200 mg de isoeugenol, 15 mL de metanol y aproximadamente 2 mg del indicador de Sudán III en un matraz de fondo redondo cuello 3 equipado con una barra de agitación.
Asegure el matraz en una campana de humos sobre una placa de agitación. Asegurar que el generador de ozono está apagado y luego conectar el matraz al generador y un burbujeador de aceite.
Encienda el motor de agitación para mezclar la solución. Asegúrese de que el indicador rojo se distribuye uniformemente a lo largo de la mezcla de reacción. Luego, prepare un baño refrigerante de hielo seco en acetona.
Iniciar el flujo de oxígeno a través del generador de ozono. Coloque el baño que se refresca en un gato de laboratorio y levantar el baño para enfriar la mezcla de reacción. Una vez que la mezcla se haya enfriado, iniciar el generador de ozono.
Monitorizar la mezcla de reacción revuelve hasta que la mezcla se convierte en azul a púrpura en apariencia. Luego, apagar el generador de ozono y purgar la mezcla de reacción con el oxígeno diatómico durante 5 minutos.
Concluida la depuración, apague el flujo de oxígeno y baja el baño que se refresca hacia fuera por debajo de la cubeta. Para empezar el workup reductor, Añadir 0,2 mL de sulfuro de dimetilo en el matraz. Deje que la mezcla a temperatura ambiente removiendo durante 1 hora.
Luego, quite exceso solvente con un evaporador rotatorio. Una vez hecho esto, disolver el residuo en 10 mL de acetato de etilo 10% en hexanes.
Conecte un matraz de filtración de vacío a una línea de vacío. Garantizar un embudo de Büchner en el matraz y el embudo con gel de silicona de la carga.
Purificar la mezcla de producto mediante filtración de vacío. Lave el producto con el gel de sílice con dos porciones de 10% de acetato de etilo en hexanes.
Transferir el filtrado a un matraz de fondo redondo. Otra vez eliminar el solvente con un rotavapor para obtener vainillina como amarillo a blanco agujas cristalinas.
Calcular el % rendimiento, determinar el punto de fusión y obtener un espectro de RMN de protón del producto.
Vainillina se obtiene como un sólido cristalino blanco. El rango de punto de fusión en la literatura es de 81 a 83 grados. Espectros de RMN de protón pueden ser comparados con anteriores informes de la literatura.
Ozonólisis es ampliamente utilizada en química y biología. Echemos un vistazo a algunos ejemplos.
Ozonólisis es un paso de muchas síntesis industriales de productos farmacéuticos. Por ejemplo, los antibióticos ceftibuten y el cefaclor son producidos de un producto intermedio común haciendo ozonólisis de un alqueno terminal a una cetona. El producto intermedio de la cetona puede interconvert con una forma de enol. El grupo hidroxilo del enol entonces sufre diferentes reacciones en los pasos restantes a los dos antibióticos.
Ozonólisis pueden ser el paso final de una técnica para stereoselectively alquilantes el carbono alfa de aldehídos y cetonas. En esta reacción un reactivo de pirrolidina controla la estereoselectividad de la formación del enlace carbono-carbono formando una hidrazona sterically voluminoso. Después de alquilación del carbono alfa, el enlace doble de carbono-nitrógeno de la hidrazona puede ser dividido por ozonólisis para regenerar la cetona o ALDEHÍDO después de workup reductor.
Sólo ha visto la introducción de Zeus a ozonólisis.
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Results
Vainillina fue obtenida como un sólido blanco (150 mg, rendimiento 76%); m.p. 76-79 ° C; 1 Δ H NMR (400 MHz, CDCl3) 9,82 (br s, 1 H), 7.43-7.41 (m, 2 H), 7.04 (d, J = 8,8 Hz, 1 H), 6.30 (s, 1 H), 3.96 (s, 3 H).
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Applications and Summary
En este experimento, hemos demostrado la síntesis de la vainillina de isoeugenol usando la reacción de ozonólisis. También, utilizando un generador de ozono mientras que realizar una reacción de baja temperatura fue demostrado.
Ozonólisis es una reacción útil para preparar aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos de los alkenes. Se ha aplicado en la síntesis de productos naturales y preparación de escala industrial de productos farmacéuticos. La artemisinina es un potente agente antipalúdico y fue uno de los productos naturales reconocidos en el 2015 Premio Nobel en medicina. En una síntesis de 10 pasos de (R)-(+) - pulegona, ozonólisis se utilizan en el último paso para hacer el producto natural (figura 5). Ceftibuten y el cefaclor son antibióticos cefalosporina producidas en escala industrial. Una ruta comercial utiliza ozonólisis para acceder un intermedio clave común, que puede elaborarse a ambos compuestos (figura 6).
Figura 5 . Diagrama que muestra la ozonólisis como el último paso en una síntesis de la artemisinina.
Figura 6 . Diagrama que muestra la ozonólisis para preparar una clave intermedia en la síntesis divergente de cefaclor y ceftibuten.
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