Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Chemistry

Separasjon av aldehyder og reaktive ketoner fra blandinger bruker en Bisulfite utvinning protokoll

Published: April 2, 2018 doi: 10.3791/57639

Summary

Her presenterer vi en protokoll for å fjerne aldehyder og reaktive ketoner fra blandinger av en væske-flytende utvinning protokollen direkte med mettet natrium bisulfite i et blandbar løsemiddel. Denne kombinerte protokollen er rask og lettvint å utføre. Den aldehyd eller keton kan bli re isolert av basification av kammervann laget.

Abstract

Rensing av organiske forbindelser er en avgjørende del av syntetiske rutineoperasjoner. Muligheten til å fjerne forurensninger til en vandig lag ved å generere en ladet struktur gir en mulighet til å bruke utvinning som en enkel renselse teknikk. Ved å kombinere bruk av en blandbar organisk løsemiddel mettet natrium bisulfite, aldehyder og reaktive ketoner kan bli vellykket forvandlet til belastet bisulfite addukter som kan deretter skilles fra andre organisk komponenter av en blanding av den innføring av en ikke blandbar organisk lag. Her beskriver vi en enkel protokoll for fjerning av aldehyder, inkludert sterically hindret neopentyl aldehyder og ketoner noen, fra kjemiske blandinger. Ketoner kan skilles hvis de er sterically uhindret syklisk eller methyl ketoner. Alifatisk aldehyder og ketoner brukes vannistedenfor som blandbar løsemiddelet for å forbedre fjerning priser. Bisulfite tillegg reaksjonen kan reverseres ved basification av kammervann laget, slik at re isolasjon av reaktive karbonyl komponenten av en blanding.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Separasjon av komponenter i blandinger fra hverandre er avgjørende for utarbeidelse av rene materialer. Metoden beskrevet heri gir lettvinte separasjon av aldehyder og sterically uhindret syklisk og metyl ketoner fra andre organiske molekyler1. Teknikken er avhengig av reaktivitet av bisulfite med gruppen karbonyl opprette et ladet adduct som kan deles inn i en vandig lag, mens andre komponenter skille i et ikke blandbar organisk lag. Nøkkelen til å oppnå reaktivitet mellom bisulfite og karbonyl er bruken av en blandbar løsemiddel, som gjør at reaksjonen finne sted før separasjon til separate faser. Uten tilsetning av blandbar løsemiddel minimal separasjon er oppnådd, antagelig på grunn av dårlig kontakt mellom den hydrofile bisulfite og den hydrofobe organiske.

Fordelen med denne separasjon metoden for renselse er enkel protokoll. Væske-flytende utvinning er en enkel operasjon som skal utføres, og kan utføres på stor skala. Alternative rensing teknikker, for eksempel kolonnen Ture, er mye mer dyrt, tidkrevende og utfordrende å utføre på stor skala og krever tilstrekkelig differensiering av komponentene i polaritet. Rensing av recrystallization eller destillasjon krever tilstrekkelig differensiering mellom løselighet eller boiling poeng av komponentene i blandingen, henholdsvis. Fordi bisulfite utvinning er avhengig av forskjellen i reaktivitet av karbonyl gruppen av aldehyder og ketoner, kan forbindelser med lignende løselighet, boiling poeng eller polariteter skilles effektivt. Andre kjemisk separasjon metoder finnes for selektiv separasjon av aldehyder og ketoner fra blandinger, for eksempel selektiv dannelsen av oximes2, syklisk måter3eller mercaptal4 formasjon. Disse metodene krever et ekstra trinn å skille dannet arter fra blandingen, fordi produktet ikke vannløselige og derfor kan ikke skilles med en enkel ekstraksjon protokoll. Aldehyd oksidasjon til flyttbare karboksylsyre er en annen rapportert teknikk5, men nødvendig oksidasjon er mindre chemoselective enn mild bisulfite betingelsene beskrevet her, og krever bruk av oksygen gass og kobolt katalysator.

Denne metoden gjelder for separasjon av aldehyder (figur 1) og sterically uhindret syklisk og methyl ketoner (figur 2) fra molekyler som ikke inneholder disse funksjonelle grupper. Spesielt reaktive ketoner, som α-keto estere fjernes også bruke denne prosessen. Alkanes, alkener, pekere, alkynes, estere, amides, karboksylsyre, alkyl halides, alkoholer, fenoler, nitriler, benzyl klorider, epoksider, aniliner, måter, og litt hindret α, β-umettede, eller aryl ketoner er alle unreactive under betingelser og kan skilles fra aldehyd eller reaktive keton komponent blanding (tall 2 og Figur 3). Ethyl ketoner eller α-substituert syklisk ketoner, for eksempel er tilstrekkelig hindret og er derfor bredere, Transat aldehyder og mer reaktiv ketoner. Når du bruker alkener, anbefales Heksan som ikke blandbar løsemiddelet å hindre uønsket nedbryting på grunn av svoveldioksid i bisulfite løsningen. Funksjonsgruppe kompatibiliteten bisulfite utvinning protokollen er svært bred, og er derfor gjelder et ekstremt bredt spekter av separasjoner hvis karbonyl miljøgifter skal skilles fra blandingen er en aldehyd eller en uhindret Methyl eller syklisk keton. Mindre reaktiv ketoner reagerer ikke med bisulfite under disse forholdene og fjernes derfor ikke.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. standardprotokoll for separasjon av aromatiske aldehyder fra en blanding. Eksempel: Separasjon av Benzyl Butyrate fra en 1:1 blanding med Anisaldehyde.

  1. Oppløse 175 μL anisaldehyde og 250 μL benzyl butyrate i 5 mL av metanol og overføre løsningen til separatory trakt.
    Forsiktig: Natrium bisulfite kan generere svoveldioksid gass, dermed denne protokollen skal utføres med tilstrekkelig ventilasjon, som i avtrekksvifte.
  2. Legg 1 mL av mettet vandig natrium bisulfite og rist kraftig for ca 30 s.
  3. Legg til 25 mL deionisert vann og 25 mL 10% ethyl acetate/hexanes og rist kraftig.
  4. Skill lagene. Tørr organisk laget med vannfri magnesium sulfat. Filtrere løsningen for å fjerne magnesium sulfat og konsentrere i vacuo bruker en roterende fordamperen.

2. skille mellom alifatisk aldehyder og ketoner fra en blanding. Eksempel: Separasjon av Benzyl Butyrate fra en 1:1 blanding med Benzylacetone.

  1. Oppløse 213 μL benzylacetone og 250 μL benzyl butyrate i 10 mL av vannistedenfor og overføre løsningen til separatory trakt.
    Forsiktig: Natrium bisulfite kan generere svoveldioksid gass, dermed denne protokollen skal utføres med tilstrekkelig ventilasjon, som i avtrekksvifte.
  2. Legge til 25 mL av mettet vandig natrium bisulfite og rist kraftig for ca 30 s.
  3. Legg til 25 mL deionisert vann og 25 mL 10% ethyl acetate/hexanes og rist kraftig.
  4. Skill lagene. Returnere vandig laget til separatory trakten, legge til 25 mL av 10% ethyl acetate/hexanes og rist kraftig. Drain vandig laget, forlater organisk laget i separatory trakten. Legge tidligere organisk laget tilbake separatory trakten.
  5. Vask de kombinerte organisk lag tre ganger med deionisert vann (10 mL for hver vask). Tørr organisk laget med vannfri magnesium sulfat. Filtrere løsningen for å fjerne magnesium sulfat og konsentrere i vacuo bruker en roterende fordamperen.

3. skille aldehyder fra en blanding som inneholder en alken. Eksempel: Separasjon av Benzyl Butyrate fra en 1:1 blanding med Citronellal.

  1. Oppløse 255 μL citronellal og 250 μL benzyl butyrate i 10 mL av vannistedenfor og overføre løsningen til separatory trakt.
    Forsiktig: Natrium bisulfite kan generere svoveldioksid gass, dermed denne protokollen skal utføres med tilstrekkelig ventilasjon, som i avtrekksvifte.
  2. Legge til 25 mL av mettet vandig natrium bisulfite og rist kraftig for ca 30 s.
  3. Legg til 25 mL deionisert vann og 25 mL av hexanes og rist kraftig.
  4. Skill lagene. Returnere vandig laget til separatory trakten, legge til 25 mL hexanes og rist kraftig. Drain vandig laget, forlater organisk laget i separatory trakten. Legge tidligere organisk laget tilbake separatory trakten.
  5. Vask de kombinerte organisk lag tre ganger med deionisert vann (10 mL for hver vask). Tørr organisk laget med vannfri magnesium sulfat. Filtrere løsningen for å fjerne magnesium sulfat og konsentrere i vacuo bruker en roterende fordamperen.

4. re isolering av aldehyder fra en blanding. Eksempel: Separasjon av Piperonal fra en 1:1 blanding med Benzyl Butyrate.

  1. Oppløse 217 mg piperonal og 250 μL benzyl butyrate i 5 mL av metanol og overføre løsningen til separatory trakt.
    Forsiktig: Natrium bisulfite kan generere svoveldioksid gass, derfor denne protokollen skal utføres med tilstrekkelig ventilasjon, som i avtrekksvifte.
  2. Legg 1 mL av mettet vandig natrium bisulfite og rist kraftig for ca 30 s.
  3. Legg til 25 mL deionisert vann og 25 mL 10% ethyl acetate/hexanes og rist kraftig.
  4. Skill lagene. Returnere vandig laget tilbake til separatory trakten.
    1. Valgfritt: Vask vandig lag én gang med 25 mL av 10% ethyl acetate/hexanes fjerne den lille mengden av gjenværende benzyl butyrate.
  5. Legge til 25 mL ethyl acetate og legger 50% natriumhydroksid til en pH stripe angir at pH er 12. Rist kraftig.
    Forsiktig: Gass utvikling har blitt observert i dette trinnet og kan forårsake press oppbygging. Pass på å riktig vent separatory trakten. Skalere opp denne fremgangsmåten vil gjøre gass utvikling mer uttalt. Vær forsiktig.
  6. Skill lagene. Legge til 25 mL ethyl acetate hjem vandig laget til separatory trakten. Rist kraftig.
  7. Skill lagene. Kombinere organisk laget med organiske laget fra forrige trinn. Tørr kombinert organisk laget med vannfri magnesium sulfat. Filtrere løsningen for å fjerne magnesium sulfat og konsentrere i vacuo bruker en roterende fordamperen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Fremgangsmåte 1 aldehyd fjerning brukes aromatiske aldehyder. Prosedyre 2, der vannistedenfor er brukt som blandbar løsemiddel, skal brukes for alifatisk aldehyder og ketoner. Prosedyre 2 bør også brukes for blandinger som ikke er fullstendig oppløselig i metanol. Materialet fra hver av protokollene analyseres for renhet bruker 1H-NMR integrering analyse og utvinningsgraden av masse. Typisk purities og inngang er større enn 95% (figur 1). En vellykket separasjon bestemmes av mangel på 1H-NMR signaler som oppstår fra aldehyd eller keton komponenten (Figur 4 og figur 5). Spesielt diagnostiske av et vellykket separasjon er fraværet av en topp mellom 9 og 10 ppm når du fjerner en aldehyd. Hvis separasjon ikke oppstår, kan det skyldes mangel på tilstrekkelig bisulfite kryssreaksjon med karbonyl sammensatte. Konjugert ketoner eller sterically hindret ketoner er ikke flyttbar benytter denne metoden (figur 2).

Når du bruker alken inneholder forbindelser, har gjenvunnet materiale blitt observert inneholder betydelige urenheter når standard prosedyre 1 eller 2 er ansatt, som bestemmes av tilstedeværelsen av uidentifiserte topper i 1H-NMR ( Figur 6). For disse underlag, endret prosedyren 3, ansette hexanes, begrenser nedbrytning forårsaket av oppløst svoveldioksid ()figur 7). Hvis hexanes er for ikke-polar å oppløse molekyler av interesse, som indikert av dannelsen av faste stoffer, kan kloroform brukes, selv om en økning i fornedrelse er observert med denne løsemiddel i forhold til hexanes (figur 1).

Hvis re isolasjon av reaktive aldehyd eller keton, kan prosedyren 4 brukes å snu reaksjonen og reformere karbonyl sammensatte. En valgfri vask kan brukes til å fjerne den lille mengden av gjenværende ikke-karbonyl komponenten (Figur 8 og figur 9).

Figure 1
Figur 1 . Representant separasjoner angi bred substrat omfang med hensyn til aldehyd partner7. (a) benzyl butyrate (250 μL, 1,4 mmol) og aldehyd (1,4 mmol) ble oppløst i 5 mL metanol, 25 mL av mettet vandig natrium bisulfite lagt, ristet for ca 30 s, fortynnet med 25 mL vann, og hentet med 25 mL 10% ethyl acetate/hexanes. (b) vannistedenfor i stedet for metanol. (c) nødvendig filtrering gjennom Celite. (d) hexanes ble brukt i stedet for 10% ethyl acetate/hexanes. (e) kloroform ble brukt i stedet for 10% ethyl acetate/hexanes. Merk at noen av disse verdiene er unoptimized vilkår. Bruker 1 mL av mettet vandig natrium bisulfitegir høyere fjerning priser for aromatiske aldehyder. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2 . Ketoner vanligvis faller i to forskjellige kategorier: reaktiv og unreactive7. (a) keton (1,4 mmol) og benzyl butyrate (250 µL, 1,4 mmol) ble oppløst i 5 mL av metanol, 25 mL av mettet vandig natrium bisulfite lagt, ristet for ca 30 s, fortynnet med 25 mL vann, og hentet med 25 mL 10% ethyl acetate/hexanes. (b) vannistedenfor i stedet for metanol. Vandig laget ble pakket ut to ganger. Organisk laget var vasket tre ganger med vann. (c) nødvendig filtrering fjerne solid bisulfite adduct. (d) pentane i stedet for 10% ethyl acetate/hexanes. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3 . Representant separasjoner angi bred substrat omfang med hensyn til det unreactive partner7. (a) substrat (1,4 mmol) og anisaldehyde (175 μL, 1,4 mmol) ble oppløst i 5 mL av metanol, 25 mL av mettet vandig natrium bisulfite lagt, ristet for ca 30 s, fortynnet med 25 mL vann, og hentet med 25 mL 10% ethyl acetate/hexanes. (b) vannistedenfor i stedet for metanol. Ethyl acetate i stedet for 10% ethyl acetate/hexanes. Vandig laget ble pakket ut to ganger. Organisk laget var vasket tre ganger med vann. (c) 50% Ethyl acetate hexanes brukes i stedet for 10% ethyl acetate/hexanes. (d) vandig laget ble pakket ut tre ganger. (e) pentane ble brukt i stedet for 10% ethyl acetate/hexanes. (f) hexanes ble brukt i stedet for 10% ethyl acetate/hexanes. Merk at disse verdiene for unoptimized forhold. Bruke 1 mL av mettet vandig natrium bisulfite gir høyere fjerning priser for aromatiske aldehyder. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4 . Representant 1H-NMR av en mislykket separasjon angir at komponenten karbonyl. Alle signaler tilsvarer bygget av karbonyl komponenten er synlige, men aldehyd hydrogen signalet, som vanligvis kommer mellom 9-10 ppm, er spesielt diagnostiske. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5 . Representant 1H-NMR en vellykket separasjon angir fullstendig fjerning av komponenten reaktive karbonyl. Ingen signaler tilsvarer bygget av karbonyl komponenten er synlig. Fraværet av aldehyd hydrogen signalet, som vanligvis kommer mellom 9-10 ppm, er spesielt diagnostiske aldehyd fjerning. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 6
Figur 6 . Representant 1H-NMR for en mislykket separasjon av en alken inneholder aldehyd viser en betydelig mengde urenhet topper. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 7
Figur 7 . Representant 1H-NMR for en vellykket separasjon av en alken inneholder aldehyd viser bare små urenhet topper og lite gjenværende aldehyd. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 8
Figur 8 . Representant 1H-NMR for en vellykket re isolering av en aldehyd uten valgfri vask. Ikke-karbonyl som inneholder komponenten er tydelig, som hydrogen signalene tilsvarer denne forbindelsen er synlige, men denne miljøgifter er svært liten. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 9
Figur 9 . Representant 1H-NMR for en vellykket re isolering av en aldehyd med valgfri vask. Ikke-karbonyl komponenten er nesten undetectable av 1H-NMR når valgfrie vask av vandig laget før basification brukes. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Første forsøk på å bruke bisulfite reaksjonen som fjerne aldehyder bruker en typisk tofaset utvinning førte til svært lave nivåer av fjerning. Vi hypotese at reaksjonen ikke var rask nok å skje svært begrenset når de to lagene var i kontakt. For å øke kontakten mellom reaktantene, utviklet vi en totrinns utvinning protokoll som et vann-blandbar løsemiddel brukes først til å tillate tilstrekkelig blanding av reaktantene før innføringen av en ikke blandbar løsemiddel. Innføringen ikke blandbar løsemiddel deretter gir separasjon av de ladet bisulfite adduct fra uncharged organisk komponenten. Det kritiske trinnet i protokollen er bruken av et blandbar organisk løsemiddel som forbedrer kontakt mellom den vandige bisulfite og organisk løselig komponentene. Identiteten til blandbar og ikke blandbar løsemidlene kan varieres, samt forholdet og identiteter av reaktive, omfanget av protokollen og innlemmelse av en rekke ekstra utdrag og/eller vasker i protokollen. Dette gir programmet og tilpasning av denne protokollen for separasjon av en rekke kjemiske blandinger som inneholder en reaktiv karbonyl komponent.

Når du tilpasser denne protokollen for romanen kjemiske blandinger, må være forsiktig å unngå gass utvikling, eller overdreven varme generasjon. Brukeren bør sjekke kjemiske kompatibilitet før bisulfite protokollen. Bisulfite løsninger kan utvikles svoveldioksid gass, som kan føre til oppbyggingen av trykk. Bisulfite bør brukes med forsiktighet i kombinasjon med natriumkarbonat, eller natriumbikarbonat, på grunn av generasjonen av karbondioksid gass. Det anbefales at bisulfite bør legges sakte kontroll gass utvikling og rask generering av varme. Eksempel separasjonene beskrevet her genererer ikke sterk varme eller gass, men disse sikkerhetsmessige hensyn kan oppstå når tilpasse protokollen til romanen situasjoner eller øke omfanget av protokollen. Protokollen skal utføres i avtrekksvifte å sikre tilstrekkelig ventilasjon. Bisulfite er en redusert reagens og en svak syre, som skal tas i betraktning for alle ny tilpasning av denne protokollen. For eksempel er mest alifatisk aminer upassende underlag på grunn av en uønsket syre-base reaksjon med bisulfite ion (Figur 3).

Identiteten blandbar løsemiddel kan varieres med minimal innvirkning på fjerning priser. Faktisk gir mest blandbar løsemidler forbedret fjerning priser i forhold til metanol, med unntak av tetrahydrofuran1. Metanol anbefales til de fleste andre blandbar løsemidler fordi det partisjoner i vandig laget mer effektivt og løsemidler gjenværende fjernes lett under roterende fordampning på grunn av sin relativt høy volatilitet. Det nest beste løsemiddelet, i form av brukervennlighet bruk, vannistedenfor. Vannistedenfor gir overlegen fjerning priser, men krever ekstra vann vasker for å fjerne de gjenværende løsemiddelet, dens lavere volatilitet og mindre gunstige partisjon koeffisient. Aceton bør unngås, på grunn av konkurransedyktige reaksjon med bisulfite. Dimethyl sulfoxide også anbefales ikke, på grunn av generasjonen av ubehagelig lukt forbundet med mildt redusere betingelsene. Fordi alle blandbar løsemidler testet ble funnet for å fungere relativt, er det mulig å bruke denne protokollen på reaksjon blandinger ansette disse løsemidler, så lenge alle kjemikaliene er kompatible. Volumet av blandbar løsemiddelet brukes har innvirkning på fjerning rate1, slik at volumet på reaksjonen, hvis brukt direkte, bør justeres riktig, fordampning eller fortynning.

Ikke blandbar løsemiddelet identitet kan også være varierte (figur 1-3). Non-polare gir høyest fjerning priser, mens polare gi lavere fjerning priser. Det anbefales at du velger det minste polar ikke blandbar løsemiddelet som løses blandingen. Bisulfite løsninger er i likevekt med svoveldioksid gass, som kan forårsake uønskede side reaksjoner, spesielt med alkener6,7. Løseligheten av svoveldioksid er lavere i ikke-polare8,9,10. Når du bruker denne metoden på alken inneholder forbindelser, anbefales bruk av hexanes, pentane eller petroleum Eter å begrense generering av urenheter under utvinning protokollen forårsaket av svoveldioksid. Siden disse løsemidler oppløses polar organiske forbindelser, men kan kloroform være et egnet alternativ for blandinger som inneholder polar komponenter. Det er ikke så effektiv alifatisk løsemidler på å minimere uønskede nedbryting, men gir bedre resultater i forhold til bruk av 10% ethyl acetate/hexanes.

Tilpasning til romanen kjemiske blandinger krever optimalisering av identitet og mengder av begge ikke blandbar og blandbar løsemidlene. Aromatisk aldehyder er spesielt fint substrates for bisulfite protokollen, tillater bruk av mer praktisk metanol protokollen. Alifatisk aldehyder og ketoner gi lavere fjerning priser sammenlignet med aromatiske aldehyder, for å opprettholde høye fjerning priser, brukes derfor vannistedenfor for disse underlag. Denne protokollen ble optimalisert for separasjon av ekvimolare prosenter av reaktive og ikke-reaktive komponenter. Justeringer av protokollen skal gjøres basert på de opprinnelige prosenter av komponentene i den opprinnelige prøven for romanen kjemiske blandinger. For eksempel hvis bare spor aldehyd må fjernes, kan fremgangsmåte 1 være mer passende valg. Når du velger, bruk prosedyren 1 for en enklere og mindre tidkrevende separasjon og fremgangsmåte 2 for høyere renhet for gjenopprettede materialet.

Når du utfører denne protokollen, finnes det flere observasjoner som kan hjelpe brukeren justere protokollen for deres bestemt kjemiske scenario. Hvis blandingen ikke fullt løses i blandbar løsemiddelet (trinn 1.1), skal en annen blandbar løsemiddel være merket som bedre passer polariteten til bestemt kjemisk blanding under eksamen. Når bisulfite legges (trinn 1.2), er en skyet hvit utløse ofte observert. Dette utløse er bisulfite adduct. Det er ikke alltid observert, siden det kan være løselig i blandbar løsemiddel/vandig bisulfite blandingen. Når vann og en ikke blandbar løsemiddel introduseres (trinn 1.3), ingen faste stoffer skal være tydelig. Hvis faste stoffer er observert, er det en indikasjon på at en eller begge komponenter ikke er løselig i enten vandig eller organisk laget. Hvis komponenten ikke-reaktive ikke er løselig, kan problemet løses ved å justere identitet ikke blandbar løsemiddel. For eksempel karboksylsyre er veldig polar, og derfor 10% ethyl acetate/hexanes er solvating. Bare endre blandbar løsemiddelet til 50% ethyl acetate/hexanes tillatt for utmerket rensing av cinnamic acid 43 fra anisaldehyde (Figur 3). Hvis komponenten reaktive er uløselig, kan du øke mengden vann å bedre oppløse bisulfite addukter eller flere vann vasker kan brukes til å fjerne bisulfite adduct. Hvis tillegg av to ganger volumet av vann er tilstrekkelig til å oppløse bisulfite adduct, blandingen kan også filtreres gjennom Celite fjerne solid bisulfite adduct fra blandingen før du fortsetter til neste trinn. Når materialet er blitt tørket og løsemiddelet er fjernet, kan analyse av 1H-NMR og masse balanse bistå i feilsøking protokollen. Hvis avstanden er dårlig, massen vil indikere tilstedeværelse av aldehyd eller keton, og signalene tilsvarer aldehyd eller keton vil bli observert i 1H-NMR spekter. Hvis forbedret utskillelse, anbefales fremgangsmåte 2. Hvis topper ikke-tilknyttet med enten komponenten er observert, kan det ha oppstått nedbryting på grunn av svoveldioksid. Fremgangsmåte 3 anbefales for disse situasjonene.

Bisulfite protokollen kan også brukes til å isolere reaktive komponenten ved å reversere bisulfite tillegg reaksjonen fremgangsmåten 4. Dette kan gjøres ved basification av kammervann laget og ekstraksjon med en ikke blandbar løsemiddel. Identiteten til basen kan varieres. Natriumhydroksid anbefales for komplett reversering av reaksjonen. For enolizable karbonyl forbindelser, bør en svakere base brukes å hindre deprotonering. Dette forhindrer uønsket side reaksjoner, som aldol reaksjon11. Hvis komponenten karbonyl har en enolizable α-chiral senter, er epimerization eller racemization også av bekymring. Aktuelle basen varierer avhengig pKa på underlaget. Natriumkarbonat anbefales ikke, på grunn av generasjonen av karbondioksid gass på tillegg til bisulfite adduct inneholder vandig laget, som kan skape en farlig situasjon med mindre nøye kontrollert. Natrium fosfat tribasic anbefales. Hjemfall reaksjonen er pH avhengige, derfor reaksjonen vil ikke være som favoriserte når bruker svakere baser. For å øke utvinningen, kan La Châtelier prinsipp utnyttes ved å bruke en stor overskudd av base å presse reaksjonen frem. Flere utdrag er også anbefalt å øke utvinningen av karbonyl komponenten på grunn av redusert favorability av reaksjon på lavere pH-verdier. Suksessen til denne protokollen kan observeres av 1H-NMR analyse: betydelige urenhet topper angir at enolization etterfulgt av uønskede side reaksjoner, som aldol reaksjonen, har oppstått. Hvis det er flere stereocenter, vil observasjon av epimers også angi enolization oppstod. Hvis det er ingen andre stereocenters, utføres optisk rotasjon for å vurdere oppbevaring av optisk renhet. Chiral såkalt HPLC-analyse kan brukes til å bestemme optisk renhet hvis optisk rotasjonsverdien er tilgjengelig.

Denne metoden er svært facile å utføre og optimalisere i forhold til alternative keton og aldehyd fjerning protokoller. Hele protokollen kan utføres på mindre enn 15 minutter med vanlig laboratoriumutstyr tilgjengelig i en typisk organisk kjemi lab. Metoden er ekstremt tilpasningsdyktige til romanen situasjoner og kan enkelt justeres kontoen for variasjon i polariteten til underlag av interesse. Funksjonsgruppe toleranse er utrolig bredt, som gjør denne protokollen gjelder for de fleste kjemiske separasjoner som involverer en reaktiv karbonyl komponent. Protokollen kan tilpasses for å redusere uønskede side reaksjoner forårsaket av tilstedeværelsen av svoveldioksid generert fra bisulfite. Gitt utbredelsen av reaksjoner hvor reaktive karbonyl forbindelser i organisk kjemi, er raskt og enkelt fjerne overflødig reagenser eller urenheter fra blandinger, eller å isolere disse materialene svært verdifull. I fremtiden håper vi å tilpasse denne protokollen til mer utfordrende rensing problemet med isolere naturlige produkter som inneholder reaktive karbonyl forbindelser fra hele organismer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Bekreftelse er gjort til givere i American Chemical Society Petroleum forskning Fund delvis støtte av denne forskningen. Vi er takknemlige for National Science Foundation (CHE-0619275 og CHE-0963165) for renovering og instrumentering tilskudd som støttes denne forskningen.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
sodium bisulfite Fisher AC419440010  1 kg
benzyl butyrate Fisher AAB2424130  250 g
anisaldehyde Fisher AC104801000  100 mL
magnesium sulfate Fisher M65-500  500 g
ethyl acetate Fisher E195-4  4 L
hexanes Fisher H292-4  4 L
methanol  Fisher A456-1  1 L
dimethylformamide Fisher D119-1  1 L
citronellal Fisher AAL15753AE  100 mL
benzylacetone  Fisher AC105832500  250 mL
deionized water Fisher BP28194  4 L
piperonal  Sigma-Aldrich P49104-25G 25 G
sodium hydroxide Fisher S318-1  1 kg
separatory funnel with cap Fisher 10-437-5B  125 mL
ring stand Fisher 03-422-215 3 aluminum rods
ring clamp Fisher 12-000-104  5 cm
cork ring Fisher 07-835AA  8 cm outer dimension
round bottom flask Fisher 31-501-107  100 mL
rotary evaporator with accessories Fisher 05-000-461  cold trap bondenser
bump trap 14/20 joint Fisher CG132201 14/20 joint
funnel Fisher 05-555-6  organic solvent compatible
cotton Fisher 22-456-881 non-sterile
glass pipets Fisher 13-678-20A  borosilicate 5.75"
two 250 microliter syringes Fisher 14-813-69 
4 erlenmeyer flasks Fisher 10-040D  125 mL
fume hood  Fisher 13-118-370 
nitrile gloves Fisher 19-149-863B  medium
safety goggles Fisher 17-377-403 
spatula Fisher 14-357Q
balance Fisher 01-912-403  120 g capacity

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Boucher, M. M., Furigay, M. H., Quach, P. K., Brindle, C. S. Liquid-Liquid Extraction Protocol for the Removal of Aldehydes and Highly Reactive Ketones from Mixtures. Org. Process Res. Dev. 21, (9), 1394-1403 (2017).
  2. Separation of Aldehydes and Ketones. Lauer, G. G., Pratt, R. S., Wilson, W. B. US2552513 A (1951).
  3. Hsu, W. L. Separation of Aldehydes from Ketones via Acid-Catalyzed Cyclotrimerization of the Aldehyde. October 4701561 (1987).
  4. Process for Separating Aldehydes and Ketones. Schreiber, R. S. US2295760 A (1942).
  5. Separation of Aldehyde-Ketone Mixtures. Bludworth, J. E. US2355140 A (1944).
  6. Masilamani, D., Manahan, E. H., Vitrone, J., Rogic, M. M. Organic Reactions of Sulfur Dioxide. Reactions with Nucleophilic Double Bonds Leading to the Isomerization, Aromatization, Selective Hydrogen-Deuterium Exchange, and Electron-Transfer Proceses. J. Org. Chem. 48, (25), 4918-4931 (1983).
  7. Masilamani, D., Rogic, M. M. Organic Reactions of Sulfur Dioxide. 4. A Facile Regiospecific Hydrogen-Deuterium Exchange in Olefins. Consequence of the Intermediacy of Allylic Sulfinic Acids in the Ene Reaction of Sulfur Dioxide with Double Bonds. J. Am. Chem. Soc. 100, (14), 4634-4635 (1978).
  8. Makitra, R. G., Kal'muk, S. D., Bryk, D. V., Polyuzhin, I. P. Factors Controlling Sulfur Dioxide Solubilities in Organic Solvents. Russ. J. Inorg. Chem. 55, (8), 1322-1329 (2010).
  9. van Dam, M. H. H., Lamine, A. S., Roizard, D., Lochon, P., Roizard, C. Selective Sulfur Dioxide Removal Using Organic Solvents. Ind. Eng. Chem. Res. 36, (11), 4628-4637 (1997).
  10. Li, H., Jiao, X., Chen, W. Solubility of Sulphur Dioxide in Polar Organic Solvents. Phys. Chem. Liq. 52, (2), 349-353 (2014).
  11. Trost, B. M., Brindle, C. S. The Direct Catalytic Asymmetric Aldol Reaction. Chem. Soc. Rev. 39, (5), 1600 (2010).
Separasjon av aldehyder og reaktive ketoner fra blandinger bruker en Bisulfite utvinning protokoll
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Furigay, M. H., Boucher, M. M., Mizgier, N. A., Brindle, C. S. Separation of Aldehydes and Reactive Ketones from Mixtures Using a Bisulfite Extraction Protocol. J. Vis. Exp. (134), e57639, doi:10.3791/57639 (2018).More

Furigay, M. H., Boucher, M. M., Mizgier, N. A., Brindle, C. S. Separation of Aldehydes and Reactive Ketones from Mixtures Using a Bisulfite Extraction Protocol. J. Vis. Exp. (134), e57639, doi:10.3791/57639 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter