Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Adskillelse af aldehyder og reaktive ketoner fra blandinger ved hjælp af en Bisulfite udvinding protokol

Published: April 2, 2018 doi: 10.3791/57639

Summary

Vi præsenterer her, en protokol for at fjerne aldehyder og reaktive ketoner fra blandinger af en væske-væske ekstraktion protokol direkte med mættede natrium bisulfite i et blandbart opløsningsmiddel. Denne kombinerede protokol er hurtig og let at udføre. Aldehyd eller keton kan re isoleret ved basification af den vandige lag.

Abstract

Oprensning af organiske forbindelser er en væsentlig bestanddel af syntetiske rutineoperationer. Evnen til at fjerne forurenende stoffer i en vandige lag ved at generere en opladet struktur giver mulighed for at bruge udvinding som en simpel rensning teknik. Ved at kombinere brugen af en blandbar organisk opløsningsmiddel med mættede natrium bisulfite, aldehyder og reaktive ketoner med succes kan omdannes til opkrævet bisulfite adukter der kan så være adskilt fra andre organiske komponenter af en blanding af den indførelsen af en ikke-blandbare organiske lag. Her, beskriver vi en simpel protokol til fjernelse af aldehyder, herunder sterically hindrede neopentyl aldehyder og nogle ketoner, fra kemiske blandinger. Ketoner kan adskilles, hvis de er sterically uhindret cyklisk eller methyl ketoner. Til alifatiske aldehyder og ketoner bruges dimethylformamid som blandbar opløsningsmidlet til at forbedre fjernelse satser. Bisulfite tilføjelse reaktion kan vendes ved basification af den vandige lag, giver mulighed for ny isolering af den reaktive carbonyl komponent i en blanding.

Introduction

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

Adskillelse af komponenter i blandinger fra hinanden er afgørende for forberedelsen af rene materialer. Den metode beskrevet heri giver mulighed for facile adskillelse af aldehyder og sterically uhindret cyklisk og methyl ketoner fra andre organiske molekyler1. Teknikken bygger på reaktiviteten af bisulfite med gruppen carbonyl at skabe et ladet addukt der kan opdeles i en vandige lag, mens andre komponenter adskille i en ikke-blandbare organiske lag. Nøglen til at opnå reaktivitet mellem bisulfite og carbonyl er brugen af et blandbart opløsningsmiddel, som giver mulighed for reaktion finder sted forud for adskillelse i forskellige faser. Uden tilsætning af blandbar opløsningsmiddel minimal adskillelse er opnået, formentlig på grund af ringe kontakt mellem den hydrofile bisulfite og den hydrofobe organics.

Fordelen ved denne adskillelse metode til rensning er lethed af protokollen. Væske-væske ekstraktion er en simpel operation til at udføre, og kan udføres på stor skala. Alternative oprensning teknikker, såsom kolonne kromatografi, er langt mere dyrt, tidskrævende og udfordrende at udføre på stor skala og kræver tilstrækkelig differentiering af komponenter med hensyn til polariteten. Rensning af omkrystallisering eller destillation kræver tilstrækkelig differentiering mellem opløselighed eller boiling point af bestanddelene i blandingen, henholdsvis. Fordi bisulfite ekstraktion er afhængig af forskellen i reaktivitet af gruppen carbonyl af aldehyder og ketoner, kan forbindelser med lignende opløselighed, boiling point eller polariteter adskilles effektivt. Der findes andre kemiske adskillelse metoder for den selektive adskillelse af aldehyder og ketoner fra blandinger, for eksempel, selektiv dannelsen af oximes2, Cycliske acetaler3eller mercaptal4 dannelse. Disse metoder kræver yderligere trin for at adskille den dannede arter fra blanding, fordi produktet er ikke vandopløselige og derfor ikke kan adskilles ved hjælp af en enkel adskillelse protokol. Aldehyd oxidation til at danne flytbare carboxylsyrer er en anden rapporteret teknik5, men det krævede oxidation skridt er mindre chemoselective end milde bisulfite betingelserne beskrevet heri, og kræver brug af ilt gas og en kobolt katalysator.

Denne metode kan anvendes til adskillelse af aldehyder (figur 1) og sterically uhindret cyklisk og methyl ketoner (figur 2) fra molekyler, der ikke indeholder disse funktionelle grupper. Særligt reaktive ketoner, såsom α-keto estere er også fjernet ved hjælp af denne proces. Alkaner, alkener, dienes, Alkyner, estere, amider, carboxylsyrer, alkyl halogenider, alkoholer, phenoler, nitriler, benzyl chlorider, Epoxider, anilines, acetaler, og lidt forstyrret, α, β-umættede, eller arylgruppe Ketoner er alle ureaktivt betingelser og kan adskilles fra aldehyd eller reaktive keton bestanddel af blandingen (figur 2 og figur 3). Ethyl ketoner eller α-substitueret cyklisk ketoner, for eksempel, er tilstrækkeligt hindres og er derfor adskilles fra aldehyder og mere reaktiv ketoner. Når du bruger alkener, anbefales hexan som blandbare opløsningsmidlet at forhindre uønskede nedbrydning som følge af svovldioxid i bisulfite løsning. Funktionel gruppe foreneligheden af bisulfite udvinding protokol er meget bred, og finder derfor anvendelse til en meget bred vifte af separationer, hvis carbonyl forurenende stof kan være adskilt fra blandingen er enten et aldehyd eller en uhindret methyl eller cyklisk keton. Mindre reaktiv ketoner reagerer ikke med bisulfite disse betingelser og derfor fjernes 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. standard-protokol til adskillelse af aromatiske aldehyder fra en blanding. Eksempel: Adskillelse af Benzyl butyrat fra en 1:1 blanding og Anisaldehyde.

  1. 175 μL af anisaldehyde og 250 μL af benzyl butyrat i 5 mL metanol opløses og opløsningen overføres til en skilletragt.
    Forsigtig: Natrium bisulfite kan generere svovldioxid gas, således denne protokol bør gennemføres med ordentlig ventilation, som i et stinkskab.
  2. Der tilsættes 1 mL mættet vandig natrium bisulfite og omrystes kraftigt i ca 30 s.
  3. Tilsættes 25 mL deioniseret vand og 25 mL 10% ethylacetat/hexanes og rystes kraftigt.
  4. Adskille lag. Tør de organiske lag med vandfri magnesium sulfat. Filtrer løsning for at fjerne magnesium sulfat og koncentrere sig i vakuum ved hjælp af en rotationsfordamper.

2. adskillelse af alifatiske aldehyder og ketoner fra en blanding. Eksempel: Adskillelse af Benzyl butyrat fra en 1:1 blanding og Benzylacetone.

  1. 213 μL af benzylacetone og 250 μL af benzyl butyrat i 10 mL af dimethylformamid opløses og opløsningen overføres til en skilletragt.
    Forsigtig: Natrium bisulfite kan generere svovldioxid gas, således denne protokol bør gennemføres med ordentlig ventilation, som i et stinkskab.
  2. Der tilsættes 25 mL mættet vandig natrium bisulfite og omrystes kraftigt i ca 30 s.
  3. Tilsættes 25 mL deioniseret vand og 25 mL 10% ethylacetat/hexanes og rystes kraftigt.
  4. Adskille lag. Returnere den vandige lag til en skilletragt, tilsættes 25 mL 10% ethylacetat/hexanes og rystes kraftigt. Dræn den vandige lag, forlader de organiske lag i en skilletragt. Tilføj den foregående organiske lag tilbage til en skilletragt.
  5. Vaske de kombinerede organiske lag tre gange med deioniseret vand (10 mL for hver vask). Tør de organiske lag med vandfri magnesium sulfat. Filtrer løsning for at fjerne magnesium sulfat og koncentrere sig i vakuum ved hjælp af en rotationsfordamper.

3. adskillelse af aldehyder fra en blanding, der indeholder en alken. Eksempel: Adskillelse af Benzyl butyrat fra en 1:1 blanding og Citronellal.

  1. Opløse 255 μL af citronellal og 250 μL af benzyl butyrat i 10 mL af dimethylformamid og opløsningen overføres til en skilletragt.
    Forsigtig: Natrium bisulfite kan generere svovldioxid gas, således denne protokol bør gennemføres med ordentlig ventilation, som i et stinkskab.
  2. Der tilsættes 25 mL mættet vandig natrium bisulfite og omrystes kraftigt i ca 30 s.
  3. Der tilsættes 25 mL deioniseret vand og 25 mL af hexanes og rystes kraftigt.
  4. Adskille lag. Returnere den vandige lag til en skilletragt, tilføje 25 mL hexanes og rystes kraftigt. Dræn den vandige lag, forlader de organiske lag i en skilletragt. Tilføj den foregående organiske lag tilbage til en skilletragt.
  5. Vaske de kombinerede organiske lag tre gange med deioniseret vand (10 mL for hver vask). Tør de organiske lag med vandfri magnesium sulfat. Filtrer løsning for at fjerne magnesium sulfat og koncentrere sig i vakuum ved hjælp af en rotationsfordamper.

4. re isolation af aldehyder fra en blanding. Eksempel: Adskillelse af Piperonal fra en 1:1 blanding med Benzyl butyrat.

  1. 217 mg af piperonal og 250 μL af benzyl butyrat i 5 mL metanol opløses og opløsningen overføres til en skilletragt.
    Forsigtig: Natrium bisulfite kan generere svovldioxid gas, således er denne protokol bør gennemføres med ordentlig ventilation, som i et stinkskab.
  2. Der tilsættes 1 mL mættet vandig natrium bisulfite og omrystes kraftigt i ca 30 s.
  3. Tilsættes 25 mL deioniseret vand og 25 mL 10% ethylacetat/hexanes og rystes kraftigt.
  4. Adskille lag. Vende den vandige lag tilbage til en skilletragt.
    1. Valgfrit: Vaske vandige lag en gang med 25 mL af 10% ethylacetat/hexanes til at fjerne den lille mængde af resterende benzyl butyrat.
  5. Der tilsættes 25 mL ethylacetat og derefter tilføje 50% natriumhydroxid, indtil en pH strimmel indikerer, at pH 12. Rystes kraftigt.
    Forsigtig: Gas evolution er blevet observeret under dette trin og kan forårsage pres oprustning. Sørg for at korrekt lufte den skilletragt. Optrapning af denne procedure vil gøre gas evolution mere udtalt. Være forsigtig.
  6. Adskille lag. Returnere den vandige lag til den skilletragt og der tilsættes 25 mL ethylacetat. Rystes kraftigt.
  7. Adskille lag. Kombinere de organiske lag med de organiske lag fra det forrige trin. Tør den kombinerede organiske lag med vandfri magnesium sulfat. Filtrer løsning for at fjerne magnesium sulfat og koncentrere sig i vakuum ved hjælp af en rotationsfordamper.

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

Procedure 1 for aldehyd fjernelse bruges til aromatiske aldehyder. Procedure 2, hvor dimethylformamid bruges som blandbar opløsningsmidlet, bør anvendes til alifatiske aldehyder og ketoner. Procedure 2 bør også anvendes for blandinger, der ikke er fuldt opløselige i methanol. Det materiale fra hver af protokollerne, der er analyseret for renhed ved hjælp af 1H NMR integration analyse og genfindingsprocenten masseprocent. Typisk purities og inddrivelser er mere end 95% (figur 1). En vellykket adskillelse bestemmes af manglen på 1H NMR-signaler der opstår fra den aldehyd eller en keton (figur 4 og figur 5). Især diagnostisk en vellykket adskillelse er fraværet af en top mellem 9 og 10 ppm når du fjerner et aldehyd. Hvis adskillelse ikke opstår, kan det på grund af mangel på tilstrækkelig bisulfite reaktivitet med carbonyl sammensatte. Konjugeret ketoner eller sterically hæmmet Ketoner er ikke flytbare, ved hjælp af denne metode (figur 2).

Når du bruger Alken-holdige forbindelser, er det genvundne materiale blevet observeret for at indeholde signifikante urenheder når standardproceduren 1 eller 2 er ansat, som bestemmes af tilstedeværelsen af uidentificerede toppe i 1H NMR ( Figur 6). For disse substrater, ændret procedure 3, anvender hexanes, begrænser forringelse forårsaget af opløste svovldioxid ()figur 7). Hvis hexanes er for ikke-polære at opløse molekyler af interesse, som det fremgår af dannelsen af faste stoffer, kan chloroform bruges, selv om en stigning i nedbrydning er observeret med dette ekstraktionsmiddel i forhold til hexanes (figur 1).

Evt re isolation af reaktive aldehyd eller keton kan procedure 4 bruges til at vende reaktionen og reformere carbonyl sammensatte. En valgfri vask kan bruges til at fjerne den lille mængde af resterende ikke-carbonyl komponent (figur 8 og figur 9).

Figure 1
Figur 1 . Repræsentative separationer angive bred substrat anvendelsesområde med hensyn til aldehyd partner7. a benzyl butyrat (250 μL, 1.4 mmol) og aldehyd (1,4 mmol) var opløses i 5 mL methanol, 25 mL mættet vandig natrium bisulfite tilføjet, rystes i ca 30 s, fortyndet med 25 mL vand og ekstraheres med 25 mL af 10% ethylacetat/hexanes. b dimethylformamid bruges i stedet for methanol. c kræves filtrering gennem Celite. (d) hexanes blev brugt i stedet for 10% ethylacetat/hexanes. (e) chloroform blev brugt i stedet for 10% ethylacetat/hexanes. Bemærk at nogle af disse værdier er unoptimized betingelser. Ved hjælp af 1 mL mættet vandig natrium bisulfitegiver højere fjernelse satser for aromatiske aldehyder. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2 . Ketoner falder typisk i to klart adskilte kategorier: reaktive og ureaktivt7. a en keton (1,4 mmol) og benzyl butyrat (250 µL, 1.4 mmol) var opløses i 5 mL methanol, 25 mL mættet vandig natrium bisulfite tilføjet, rystes i ca 30 s, fortyndet med 25 mL vand og ekstraheres med 25 mL af 10% ethylacetat/hexanes. b dimethylformamid bruges i stedet for methanol. Den vandige lag blev udtrukket to gange. De organiske lag blev vasket tre gange med vand. c kræves filtrering til at fjerne solid bisulfite addukt. (d) pentan bruges i stedet for 10% ethylacetat/hexanes. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3 . Repræsentative separationer angive bred substrat anvendelsesområde med hensyn til ureaktivt partner7. (a) substrat (1,4 mmol) og anisaldehyde (175 μL, 1.4 mmol) var opløses i 5 mL methanol, 25 mL mættet vandig natrium bisulfite tilføjet, rystes i ca 30 s, fortyndet med 25 mL vand og ekstraheres med 25 mL af 10% ethylacetat/hexanes. b dimethylformamid bruges i stedet for methanol. Ethylacetat bruges i stedet for 10% ethylacetat/hexanes. Den vandige lag blev udtrukket to gange. De organiske lag blev vasket tre gange med vand. c 50% ethylacetat/hexanes bruges i stedet for 10% ethylacetat/hexanes. (d) den vandige lag blev udtrukket tre gange. (e) pentan blev brugt i stedet for 10% ethylacetat/hexanes. (f) hexanes blev brugt i stedet for 10% ethylacetat/hexanes. Bemærk, at disse værdier er unoptimized betingelser. Ved hjælp af 1 mL mættet vandig natrium bisulfite giver højere fjernelse satser for aromatiske aldehyder. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4 . Repræsentative 1H NMR af en mislykket adskillelse indikerer tilstedeværelsen af komponenten carbonyl. Alle signaler svarende til brintatomer i komponenten carbonyl er synlige, men tilstedeværelsen af aldehyd brint signal, som typisk kommer mellem 9-10 ppm, er især diagnostic. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5 . Repræsentative 1H NMR af en vellykket adskillelse angiver fuldstændig fjernelse af den reaktive carbonyl komponent. Ingen af de signaler, der svarer til brintatomer i komponenten carbonyl er synlige. Fraværet af aldehyd brint signal, som typisk kommer mellem 9-10 ppm, er især diagnostiske i aldehyd fjernelse. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6 . Repræsentative 1H NMR en mislykket adskillelse af en alken-indeholdende aldehyd viser en betydelig mængde af urenhed toppe. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 7
Figur 7 . Repræsentative 1H NMR en vellykket adskillelse af en alken-indeholdende aldehyd viser kun små urenheder toppe og meget lidt resterende aldehyd. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 8
Figur 8 . Repræsentative 1H NMR af en vellykket ny isolering af et aldehyd uden valgfri vask. Tilstedeværelse af ikke-carbonyl indeholdende komponent fremgår, som brint signaler svarende til dette stof er synlige, men mængden af dette forurenende stof er meget lille. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 9
Figur 9 . Repræsentative 1H NMR af en vellykket ny isolering af et aldehyd med den valgfri vask. Tilstedeværelse af ikke-carbonyl komponent er næsten ikke målbart af 1H NMR når den valgfrie vask af den vandige lag før basification bruges. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

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 forsøg på at bruge bisulfite reaktionen som en metode til at fjerne aldehyder ved hjælp af en typisk tofasede udvinding førte til meget lave niveauer af fjernelse. Vi antager, at reaktionen ikke var hurtig nok til at opstå i den meget begrænsede tid de to lag var i kontakt. For at øge kontakten mellem reaktanter, udviklede vi en to-trins udvinding protokol som bruges vand-blandbar opløsningsmiddel i første omgang til at give tilstrækkelig blanding af reaktanter forud for indførelsen af en ikke-blandbare opløsningsmiddel. Indførelsen af den ikke-blandbare opløsningsmiddel derefter giver mulighed for adskillelse af de ladede bisulfite addukt fra den tomt økologiske komponent. Den kritiske trin i protokollen er brugen af en blandbar organisk opløsningsmiddel, der forbedrer kontakt mellem den vandige bisulfite og de økologiske opløselige komponenter. Identiteten af de blandbar og blandbare opløsningsmidler kan varieres samt forholdet og identitet af de reaktive partnere, omfanget af protokollen og inkorporering af en lang række yderligere ekstraktioner og/eller vasker i protokollen. Dette giver mulighed for anvendelse og tilpasning af denne protokol til adskillelse af en bred vifte af kemiske blandinger, der indeholder et reaktivt carbonyl komponent.

Når tilpasses denne protokol til romanen kemiske blandinger, skal sørges for at undgå gas evolution, eller overdreven varmeudvikling. Brugeren skal kontrollere kemiske forenelighed inden du forsøger at bisulfite protokol. Bisulfite løsninger kan udvikle svovldioxid gas, som kan føre til ophobning af tryk. Bisulfite bør anvendes med forsigtighed i kombination med natriumcarbonat eller natriumbicarbonat skabelsen af kuldioxid. Det anbefales, at bisulfite bør tilføjes langsomt til kontrol gas udvikling, og den hurtige generation af varme. Eksempel separationer beskrevet heri genererer ikke overdreven varme eller gas, men disse sikkerhedsproblemer kan opstå når tilpasning af protokollen til nye situationer eller øge omfanget af protokollen. Protokollen skal udføres i et stinkskab at sikre korrekt ventilation. Bisulfite er en reducerende reagens og en svag syre, som bør tages i betragtning ved enhver ny tilpasning af denne protokol. For eksempel, er mest alifatiske aminer upassende substrater på grund af en uønsket syre-base-reaktion med bisulfite ion (figur 3).

Identiteten af den blandbar opløsningsmiddel kan varieres med minimal indvirkning på fjernelse priser. Faktisk give mest blandbar opløsningsmidler forbedret fjernelse priser i forhold til methanol, med undtagelse af tetrahydrofuran1. Methanol er at foretrække frem for de fleste andre blandbar opløsningsmidler, fordi det partitioner til den vandige lag mere effektivt og resterende opløsningsmidler er let fjernes under roterende fordampning på grund af sin relativt høj volatilitet. Den næstbedste opløsningsmiddel, med hensyn til brugervenlighed brug, dimethylformamid. Dimethylformamid giver overlegen fjernelse satser, men kræver yderligere vand vasker for at fjerne de resterende opløsningsmiddel, på grund af dens lavere volatilitet og mindre gunstige fordelingskoefficient. Acetone bør undgås på grund af konkurrencedygtige reaktion med bisulfite. Dimethylsulfoxid også anbefales ikke, på grund af generation af ubehagelige lugte tilknyttet de mildt reducerende forhold. Fordi alle blandbar opløsningsmidler testet fandtes for at fungere sammenligneligt, er det muligt at bruge denne protokol direkte på reaktion blandinger beskæftiger disse opløsningsmidler, så længe alle de kemikalier er kompatible. Mængden af blandbar opløsningsmiddel anvendes indvirker på fjernelse sats1, så mængden af reaktionen, hvis bruges direkte, bør justeres korrekt, enten ved fordampning eller fortynding.

Identiteten af den ikke-blandbare opløsningsmiddel kan også være varieret (figur 1-3). Ikke-polære opløsningsmidler giver de højeste satser, fjernelse, mens polære opløsningsmidler give lavere fjernelse priser. Det anbefales, at brugeren vælge det mindste polar blandbare opløsningsmiddel, der vil opløse blandingen. Bisulfite solutions er i ligevægt med svovldioxid gas, som kan forårsage uønskede side reaktioner, især med alkener6,7. Opløseligheden af svovldioxid er lavere i upolære opløsningsmidler8,9,10. Når anvender denne metode til Alken-holdige forbindelser, anbefales brug af hexanes, pentan eller petroleumsether at begrænse generation af urenheder under udvinding protokollen forårsaget af svovldioxid. Da disse opløsningsmidler ikke opløse polære organiske forbindelser, men kan chloroform være et relevant alternativ for blandinger, der indeholder polar komponenter. Det er ikke så effektiv som alifatiske opløsningsmidler på minimere uønskede nedbrydning, men giver bedre resultater i forhold til brugen af 10% ethylacetat/hexanes.

Tilpasning til nye kemiske blandinger kan kræve optimering af identitet og beløb for både ikke-blandbare og blandbar opløsningsmidler. Aromatiske aldehyder er særlig god substrater bisulfite-protokollen giver mulighed for brug af mere praktisk methanol-protokollen. Alifatiske aldehyder og ketoner give lavere fjernelse priser sammenlignet med aromatiske aldehyder, derfor for at opretholde høj fjernelse satser, dimethylformamid er anvendt til disse substrater. Denne protokol var optimeret til adskillelse af equimolar nøgletal for reaktiv og ikke-reaktiv komponenter. Justeringer til protokollen bør gøres baseret på de oprindelige nøgletal af komponenter i den oprindelige prøve for romanen kemiske blandinger. For eksempel, hvis kun spore aldehyd skal fjernes, kan procedure 1 være mere hensigtsmæssigt valg. Når du vælger, bruge procedure 1 en enklere og mindre tidskrævende adskillelse og procedure 2 for højere renhed for det genvundne materiale.

Når du udfører denne protokol, er der flere observationer, der kan hjælpe brugeren med at justere protokol for deres særlige kemiske scenario. Hvis blandingen ikke fuldt opløses i blandbar opløsningsmidlet (trin 1.1), bør forskellige blandbar opløsningsmiddel vælges der bedre matcher polariteten af den særlige kemiske blanding under behandling. Når bisulfite er tilføjet (trin 1.2), er en overskyet hvide bundfald ofte observeret. Denne opløsning er bisulfite addukt. Det er ikke altid overholdt, da det kan være opløselig i blandbar opløsningsmiddel/vandig bisulfite blanding. Hvor vand og et ikke-blandbare opløsningsmiddel er indført (trin 1.3), ingen faste stoffer bør være synlige. Hvis faste stoffer overholdes, er det et tegn på at en eller begge komponenter ikke er opløseligt i enten den vandige eller organiske lag. Hvis den ikke-reaktive komponent ikke er opløselige, kan dette problem løses ved at justere identiteten af den ikke-blandbare opløsningsmiddel. For eksempel, carboxylsyrer er meget polar, og 10% ethylacetat/hexanes er derfor ikke tilstrækkeligt solvating. Blot at ændre blandbar opløsningsmidlet til 50% ethylacetat/hexanes tilladt for fremragende rensning af Kanelsyre syre 43 fra anisaldehyde (figur 3). Hvis komponenten reaktive er uopløselige, mængden af vand kan øges til bedre opløses bisulfite adukter eller flere skylninger med vand kan bruges til at fjerne bisulfite addukt. Hvis tilsætning af to gange mængden af vand er ikke tilstrækkelig til at opløse bisulfite addukt, blandingen kan også blive filtreret gennem Celite at fjerne solidt bisulfite addukt fra blandingen, før du fortsætter til næste trin. Når materialet er blevet tørret og opløsningsmidlet er fjernet, kan analyse af 1H NMR og massebalancen hjælpe med fejlfinding af protokollen. Hvis adskillelsen er fattige, massen vil indikere tilstedeværelsen af aldehyd eller keton, og signalerne svarende til aldehyd, keton vil observeres i 1H NMR-spektrum. Hvis forbedrede adskillelse er nødvendige, anbefalede procedure 2. Hvis toppe unassociated med enten komponent er observeret, kan nedbrydning som følge af svovldioxid være opstået. Procedure 3 anbefales for disse situationer.

Bisulfite protokol kan også bruges til at re isolere den reaktive komponent ved at vende bisulfite tilsætning reaktion ved hjælp af proceduren 4. Dette kan gøres ved basification af den vandige lag og ekstraktion med en ikke-blandbare opløsningsmiddel. Identiteten af basen kan varieres. Natriumhydroxid anbefales til komplet tilbageførsel af reaktionen. For enolizable carbonylforbindelser, skal en svagere base bruges til at forhindre deprotonation. Dette forhindrer uønskede side reaktioner, såsom aldol reaktionen11. Hvis komponenten carbonyl har en enolizable α-chiral center, er epimerisering eller racemization også giver anledning til bekymring. Den passende base vil variere afhængigt af pKa af underlaget. Natriumcarbonat er ikke anbefales på grund af generation af kuldioxid gas ved tilsætning til den bisulfite addukt-der indeholder vandige lag, som kan skabe en farlig situation, medmindre omhyggeligt kontrolleret. Vi anbefaler natrium fosfat tribasisk. Reversion reaktion er pH afhængig, derfor reaktionen bliver ikke som begunstiget når ved hjælp af svage baser. For at forbedre inddrivelsen, kan La Châtelier princippet udnyttes ved at ansætte et stort overskud af base til at fremskynde reaktionen. Flere ekstraktioner anbefales også at øge inddrivelse af komponenten carbonyl på grund af nedsat gunstighed reaktion på lavere pH-værdier. Succes af denne protokol kan observeres 1H NMR analyse: signifikant urenhed toppe indikerer at enolization efterfulgt af uønskede side reaktioner, som aldol reaktionen, har fundet sted. Hvis der er mere end én stereocenter, tyder observation af epimers også enolization er opstået. Hvis der er ingen andre stereocenters, kan optiske drejning udføres for at vurdere opbevaring af optiske renhed. Chiral HPLC-analysen kan bruges til at bestemme optisk renhed, hvis den optiske drejning værdi ikke er tilgængelig.

Denne metode er ekstremt let at udføre og optimere i forhold til alternative keton og aldehyd fjernelse protokoller. Hele protokollen kan udføres på mindre end 15 minutter med fælles laboratorieudstyr til rådighed i en typisk organisk kemi lab. Metoden er meget tilpasningsdygtige til nye situationer og kan justeres let at tage højde for variabiliteten i polariteten af substrater af interesse. Den funktionelle gruppe tolerance er utrolig bred, hvilket gør denne protokol gælder for de fleste kemiske separationer involverer en reaktiv carbonyl komponent. Protokollen kan tilpasses for at minimere uønskede side reaktioner forårsaget af tilstedeværelsen af svovldioxid genereret fra bisulfite. Da forekomsten af reaktion, der involverer reaktive carbonylforbindelser i organisk kemi, er evne til hurtigt og nemt at fjerne overskydende reagenser eller urenheder fra blandinger eller re isolere disse materialer meget værdifuld. I fremtiden håber vi at tilpasse denne protokol til mere udfordrende rensning problemet isolering af naturlige produkter som indeholder reaktive carbonylforbindelser fra hele organismer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Anerkendelse er lavet til donorer af den amerikanske kemiske samfund Petroleum Research Fund til delvis støtte af denne forskning. Vi er taknemmelige for National Science Foundation (CHE-0619275 og CHE-0963165) for renovering og instrumentation tilskud, der understøttede denne forskning.

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).
Adskillelse af aldehyder og reaktive ketoner fra blandinger ved hjælp af en Bisulfite udvinding protokol
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