Waiting
Login processing...

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

Chemistry

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

Published: April 2, 2018 doi: 10.3791/57639

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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

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.

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. 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.

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 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 1H NMR integratie analyse en terugbezorgd massaprocent. Typische purities en terugvorderingen zijn groter dan 95% (Figuur 1). Een succesvolle scheiding wordt bepaald door het ontbreken van 1H NMR signalen die voortvloeien uit het onderdeel van het aldehyde of keton (Figuur 4 en Figuur 5). Met name diagnose van een succesvolle scheiding is de afwezigheid van een piek tussen 9 en 10 ppm bij het verwijderen van een aldehyde. Als de scheiding niet optreedt, kan het zijn als gevolg van een gebrek aan voldoende bisulfiet reactiviteit met de carbonylverbinding. Geconjugeerd ketonen of ketonen sterically gehinderd zijn niet verwijderbaar met behulp van deze methode (Figuur 2).

Bij het gebruik van alkeen-bevattende verbindingen, het teruggewonnen materiaal bevatten belangrijke verontreinigingen als standaardprocedure 1 of 2 wordt gebruikt, zoals bepaald door de aanwezigheid van niet-geïdentificeerde pieken in de 1H NMR ( geconstateerd Figuur 6). Voor deze substraten, bewerkt procedure 3, hexanes, in dienst beperkt de afbraak veroorzaakt door opgeloste zwaveldioxide ()Figuur 7). Als hexanes ook niet-polaire te ontbinden van de moleculen van belang, zijn zoals aangegeven door de vorming van vaste stoffen, kan chloroform worden gebruikt, hoewel een toename van de aantasting wordt waargenomen met deze oplosmiddel ten opzichte van de hexanes (Figuur 1).

Desgewenst opnieuw isolatie van de reactieve aldehyde of een keton is kan procedure 4 worden gebruikt om te keren de reactie en de carbonyl samengestelde hervormen. Een optionele wassen kan worden gebruikt om de kleine hoeveelheid resterende niet-carbonyl-component (Figuur 8 en Figuur 9).

Figure 1
Figuur 1 . Representatieve scheidingen geven brede substraat toepassingsgebied met betrekking tot de aldehyde partner7. (a) benzyl butyraat (250 μL, 1.4 mmol) en aldehyde (1.4 mmol) waren opgelost in 5 mL methanol, 25 mL verzadigde waterige natrium bisulfiet toegevoegd, geschud voor ongeveer 30 s, verdund met 25 mL water en geëxtraheerd met 25 mL 10% ethylacetaat/hexanes. (b) Dimethylformamide gebruikt in plaats van methanol. (c) vereist filtratie via Celite. (d) hexanes werd gebruikt in plaats van 10% ethylacetaat/hexanes. (e) chloroform werd gebruikt in plaats van 10% ethylacetaat/hexanes. Merk op dat sommige van deze waarden voor unoptimized voorwaarden. Met behulp van 1 mL verzadigde waterige natrium bisulfietgeeft hogere verwijdering tarieven voor aromatische aldehyden. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2 . Ketonen meestal onderverdeeld in twee verschillende categorieën: reactieve en onreactieve7. (a) keton (1.4 mmol) en benzylalcohol butyraat (250 µL, 1.4 mmol) waren opgelost in 5 mL methanol, 25 mL verzadigde waterige natrium bisulfiet toegevoegd, geschud voor ongeveer 30 s, verdund met 25 mL water en geëxtraheerd met 25 mL 10% ethylacetaat/hexanes. (b) Dimethylformamide gebruikt in plaats van methanol. De waterige laag was twee keer uitgepakt. De organische laag werd drie keer gewassen met water. (c) vereist filtratie verwijderen van solide bisulfiet adductie. (d) pentaan gebruikt in plaats van 10% ethylacetaat/hexanes. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3 . Representatieve scheidingen geven brede substraat toepassingsgebied met betrekking tot de onreactieve partner7. (a) substraat (1.4 mmol) en m (175 μL, 1.4 mmol) waren opgelost in 5 mL methanol, 25 mL verzadigde waterige natrium bisulfiet toegevoegd, geschud voor ongeveer 30 s, verdund met 25 mL water en geëxtraheerd met 25 mL 10% ethylacetaat/hexanes. (b) Dimethylformamide gebruikt in plaats van methanol. Ethylacetaat gebruikt in plaats van 10% ethylacetaat/hexanes. De waterige laag was twee keer uitgepakt. De organische laag werd drie keer gewassen met water. (c) 50% ethylacetaat/hexanes wordt gebruikt in plaats van 10% ethylacetaat/hexanes. (d) de waterige laag was driemaal gewonnen. (e) pentaan werd gebruikt in plaats van 10% ethylacetaat/hexanes. (f) hexanes werd gebruikt in plaats van 10% ethylacetaat/hexanes. Merk op dat deze waarden unoptimized voorwaarden zijn. Met behulp van 1 mL verzadigde waterige natrium bisulfiet geeft hoger verwijdering tarieven voor aromatische aldehyden. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4 . Representatieve 1H NMR van een mislukte scheiding duidt op de aanwezigheid van het onderdeel van het carbonyl. Alle van de signalen die overeenkomt met de waterstof van de carbonyl-component zijn zichtbaar, maar de aanwezigheid van het aldehyde waterstof signaal, dat meestal tussen 9-10 ppm komt, is met name diagnostische. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5 . Representatieve 1H NMR van een succesvolle scheiding betekent volledige verwijdering van de reactieve carbonyl-component. Al van de signalen die overeenkomt met de waterstof van de carbonyl-component niet worden weergegeven. Het ontbreken van het aldehyde waterstof signaal, dat meestal tussen 9-10 ppm komt, is met name diagnostische aldehyde verwijdering. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6 . Representatieve 1H NMR van een mislukte scheiding van een alkeen-bevattende aldehyde toont een aanzienlijke hoeveelheid onzuiverheid pieken. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 7
Figuur 7 . Representatieve 1H NMR van een succesvolle scheiding van een alkeen-bevattende aldehyde toont alleen kleine onreinheid pieken en weinig resterende aldehyde. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 8
Figuur 8 . Representatieve 1H NMR van een succesvolle re isolatie van een aldehyde zonder optionele wassen. De aanwezigheid van de niet-carbonyl met component is herkenbaar, als de signalen van de waterstof overeenkomt met deze verbinding zijn zichtbaar, maar het bedrag van deze verontreiniging is zeer klein. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 9
Figuur 9 . Representatieve 1H NMR van een succesvolle re isolatie van een aldehyde met de optionele wassen. De aanwezigheid van de niet-carbonyl-component is bijna niet detecteerbaar door 1H NMR wanneer de optionele wassen van de waterige laag vóór basisch wordt gebruikt. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

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

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 vóór de invoering van een onmengbare oplosmiddel. De invoering van het onmengbare oplosmiddel dan maakt het mogelijk voor de scheiding van de geladen bisulfiet adductie van de ongeladen organische component. De kritieke stap in het protocol is het gebruik van een mengbaar organisch oplosmiddel, waardoor contact tussen de waterige bisulfiet en de oplosbare organische componenten. De identiteit van de mengbaar en onmengbare oplosmiddelen kan gevarieerd worden, evenals de verhouding en de identiteit van de reactieve partners, de omvang van het protocol en de integratie van een verscheidenheid van extra extracties en/of wast het protocol. Dit zorgt voor de toepassing en aanpassing van dit protocol naar de scheiding van een breed scala van chemische mengsels, bevattende een reactieve carbonyl-component.

Bij de aanpassing van dit protocol aan nieuwe chemische mengsels, moet zorg worden genomen ter voorkoming van gas evolutie of overmatige hitte generatie. De gebruiker moet de chemische mengbaarheid voordat u probeert het Bisulfiet protocol controleren. Bisulfiet oplossingen kunnen zwaveldioxide-gas, die tot de opbouw van de druk leiden kan evolueren. Bisulfiet moet met voorzichtigheid in combinatie met natriumcarbonaat en natriumbicarbonaat, als gevolg van de generatie van kooldioxide gas worden gebruikt. Het wordt aanbevolen dat bisulfiet langzaam moet worden toegevoegd aan controle gas evolutie en het snelle generatie van warmte. De voorbeeld-scheidingen hierin beschreven genereren geen buitensporige hitte of gas, maar deze bezorgdheid over de veiligheid kunnen voordoen bij de aanpassing van het protocol op nieuwe situaties of wanneer schaalvergroting van het protocol. Het protocol moet worden uitgevoerd in een zuurkast te zorgen voor goede ventilatie. Bisulfiet is een reducerend reagens en een zwak zuur, die voor elke nieuwe aanpassing van dit protocol in aanmerking moet worden genomen. Bijvoorbeeld, zijn meest alifatische amines ongepast substraten als gevolg van een ongewenste zuur-basereactie met bisulfiet ion (Figuur 3).

De identiteit van de mengbare oplosmiddelen kan gevarieerd worden met minimale impact op de tarieven van de verwijdering. In feite, geven de meest mengbare oplosmiddelen verbeterde verwijdering tarieven ten opzichte van methanol, met uitzondering van tetrahydrofuraan1. Methanol is beter dan de meeste andere mengbare oplosmiddelen omdat het partities in de waterige laag effectiever en eventuele resterende oplosmiddel kan eenvoudig worden verwijderd tijdens de roterende verdamping te wijten aan de relatief hoge volatiliteit. Het tweede-beste oplosmiddel, in termen van gemak van gebruik, dimethylformamide is. Dimethylformamide geeft de tarieven van de superieur verwijdering, maar vereist extra water wast om Verwijder het resterende oplosmiddel, als gevolg van de lagere vluchtigheid en minder gunstige verdelingscoëfficiënt. Aceton moet worden vermeden, als gevolg van concurrerende reactie met bisulfiet. Dimethylsulfoxide wordt ook niet aangeraden, als gevolg van de generatie van onaangename geuren de mild reducerend voorwaarden is gekoppeld. Omdat alle mengbare oplosmiddelen getest bleken te werken vergelijkbaar, is het mogelijk dit protocol te gebruiken direct op reactie mengsels met deze oplosmiddelen worden gebruikt, zolang de huidige chemicaliën allemaal compatibel. Het volume van mengbare oplosmiddelen gebruikt een impact heeft op de verwijdering rate1, zodat het volume van de reactie, als direct, gebruikt moet worden aangepast naar behoren, hetzij door verdamping of verdunning.

De identiteit van het onmengbare oplosmiddel kan ook worden gevarieerd (Figuur 1-3). Niet-polaire oplosmiddelen geven de hoogste percentages van de verwijdering, terwijl polaire oplosmiddelen lagere tarieven van de verwijdering geven. Het is aanbevolen dat de gebruiker selecteert de minste polair onmengbare oplosmiddel dat het mengsel zal oplossen. Bisulfiet oplossingen zijn in evenwicht met zwaveldioxide-gas, die leiden ongewenste kant reacties, met name met alkenen6,7 tot kan. De oplosbaarheid van zwaveldioxide is lager in apolaire oplosmiddelen8,9,10. Wanneer deze methode toepast op het alkeen-bevattende verbindingen, wordt het gebruik van hexanes, pentaan of petroleumether aanbevolen om het beperken van het genereren van onzuiverheden tijdens de extractie-protocol veroorzaakt door zwaveldioxide. Aangezien deze oplosmiddelen lossen niet op polaire organische verbindingen, kan chloroform evenwel een passend alternatief voor mengsels van polaire componenten. Het is niet zo effectief als alifatische oplosmiddelen op het minimaliseren van ongewenste decompositie, maar geeft betere resultaten ten opzichte van het gebruik van 10% ethylacetaat/hexanes.

Aanpassing aan de nieuwe chemische mengsels kan vereisen de optimalisatie van de identiteit en de bedragen van beide onmengbare en mengbare oplosmiddelen. Aromatische aldehyden zijn bijzonder goed substraten voor het Bisulfiet protocol, waardoor voor het gebruik van het handiger methanol-protocol. Alifatische aldehyden en ketonen geven lagere verwijdering ten opzichte van aromatische aldehyden, dus om verwijdering van de hoge tarieven, dimethylformamide wordt gebruikt voor deze substraten. Dit protocol is geoptimaliseerd voor de scheiding van mengsel ratio's van reactieve en nietreactief componenten. Het protocol moet worden aangepast gebaseerd op de oorspronkelijke verhoudingen van de componenten in de oorspronkelijke steekproef voor nieuwe chemische mengsels. Bijvoorbeeld, als alleen trace aldehyde worden verwijderd moet, kan procedure 1 de geschiktere keus zijn. Bij de keuze, gebruik procedure 1 voor een eenvoudiger en minder tijdrovend scheiding en procedure 2 voor hogere zuiverheid voor het herstelde materiaal.

Bij het uitvoeren van dit protocol, zijn er verscheidene opmerkingen die kunnen helpen de gebruiker aanpassen van het protocol voor hun specifieke chemische scenario. Als het mengsel is niet volledig oplossen in het mengbaar oplosmiddel (stap 1.1), moet een verschillende mengbare oplosmiddelen worden geselecteerd die beter overeenkomt met de polariteit van het bijzondere chemische mengsel onderzochte. Wanneer bisulfiet wordt toegevoegd (stap 1.2), wordt een bewolkte witte neerslag vaak waargenomen. Deze neerslag is het Bisulfiet adductie. Het is niet altijd in acht genomen, omdat dit oplosbaar in het mengsel van mengbare oplosmiddelen/waterige bisulfiet zijn kan. Bij het binnenbrengen van water en een onmengbare oplosmiddel (stap 1.3), geen vaste stoffen moeten blijken. Als vaste stoffen in acht worden genomen, is een indicatie dat een of beide onderdelen niet oplosbaar in de waterige of organische laag zijn. Als de nietreactief-component niet oplosbaar is, kan dit probleem worden opgelost door het aanpassen van de identiteit van het onmengbare oplosmiddel. Bijvoorbeeld, carbonzuren zijn zeer polaire, en daarom 10% ethylacetaat/hexanes zijn onvoldoende solvating. Gewoon omzetten in de mengbare oplosmiddelen 50% ethylacetaat/hexanes toegestaan voor uitstekende zuivering van kaneelzuur 43 van m (Figuur 3). Als de reactieve component is onoplosbaar, de hoeveelheid water kan worden verhoogd tot beter los de bisulfiet adducten of meerdere water wast kunnen worden gebruikt voor het verwijderen van het Bisulfiet adductie. Als de toevoeging van twee keer de hoeveelheid water is onvoldoende te ontbinden van het Bisulfiet adductie, het mengsel kan ook worden gefilterd via Celite te verwijderen van de vaste bisulfiet adduct van het mengsel voordat u verdergaat met de volgende stap. Zodra het materiaal is opgedroogd zijn en het oplosmiddel is verwijderd, kunnen analyse van de 1H NMR en de massabalans helpen bij het oplossen van het protocol. Als de scheiding slecht is, de massa zal wijzen op de aanwezigheid van de aldehyde of een keton, en de signalen die overeenkomt met de aldehyde of keton zal worden waargenomen in het spectrum van 1H NMR. Als verbeterde scheiding vereist is, de procedure 2 wordt aanbevolen. Als pieken zonder koppeling met beide componenten worden waargenomen, kan ontleding door zwaveldioxide hebben plaatsgevonden. In deze situaties wordt procedure 3 aanbevolen.

Ook kan de bisulfiet-protocol worden gebruikt om opnieuw het reactieve onderdeel isoleren door het omkeren van het Bisulfiet additie met behulp van de procedure 4. Dit kan gebeuren door basisch waterige laag en extractie met een oplosmiddel niet mengbaar. De identiteit van de basis kan worden gevarieerd. Natriumhydroxide wordt aanbevolen voor volledige omkering van de reactie. Voor enoliseerbare carbonylverbinding, moet een zwakkere base worden gebruikt om te voorkomen dat deprotonering. Hiermee voorkomt u dat ongewenste kant reacties, zoals de aldol-reactie11. Als de carbonyl-component een enoliseerbare α-chiraal centrum heeft, is epimerization of racemization ook van belang. De juiste base zal variëren afhankelijk van de pKa van het substraat. Natriumcarbonaat is niet aanbevolen, vanwege de generatie van kooldioxide gas na toevoeging aan de bisulfiet adduct-bevattende waterige laag, waardoor een gevaarlijke situatie kan ontstaan, tenzij zorgvuldig gecontroleerd. Het is raadzaam natriumfosfaat TRIBASISCH. De reactie van de terugkeer is pH afhankelijk, dus de reactie zal niet worden als favoriet wanneer met behulp van zwakkere basen. Ter verbetering van herstel, kan La Châtelier het beginsel worden benut door gebruik te maken van een grote overmaat van de basis om te helpen de reactie naar voren duwen. Meerdere extracties worden ook aanbevolen om herstel van het carbonyl-onderdeel als gevolg van de verminderde favorability van de reactie op lagere pH-waarden. Het succes van dit protocol kan worden waargenomen door 1H NMR analyse: significante onzuiverheden pieken aangeven dat gevolgd door ongewenste kant reacties, zoals de aldol-reactie enolization, hebben voorgedaan. Als er meer dan één stereocenter, zou de waarneming van epimers ook aangeven bij het enolization heeft plaatsgevonden. Als er geen andere stereocenters, kan optische draaiing worden uitgevoerd voor de beoordeling van het behoud van de optische zuiverheid. Chirale HPLC analyse kan worden gebruikt om te bepalen van de optische zuiverheid als de optische draaiing waarde niet beschikbaar is.

Deze methode is zeer facile te voeren en te optimaliseren ten opzichte van alternatieve keton en aldehyde verwijdering protocollen. Het gehele protocol kan worden uitgevoerd in minder dan 15 minuten met gemeenschappelijke laboratoriumapparatuur beschikbaar in een typische organische chemie lab. De methode is zeer aan te passen aan nieuwe situaties en kan gemakkelijk aangepast worden aan de variabiliteit in de polariteit van substraten van belang voor hun rekening. De functionele groep-tolerantie is ongelooflijk breed, waardoor dit protocol van toepassing is op de meeste chemische scheidingen waarbij een reactieve carbonyl-component. Het protocol kan worden aangepast om ongewenste kant reacties veroorzaakt door de aanwezigheid van zwaveldioxide gegenereerd op basis van bisulfiet verzachten. Gezien de prevalentie van reacties waarbij reactieve carbonylverbinding in de organische chemie, is de mogelijkheid om snel en gemakkelijk verwijderen van overtollige reagentia of onzuiverheden van mengsels, of opnieuw deze materialen isoleren zeer waardevol. Wij hopen in de toekomst aan te passen van dit protocol voor de meer uitdagende zuivering probleem om natuurproducten die reactieve carbonylverbinding uit hele organismen te isoleren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Erkenning geschiedt aan de donoren van de American Chemical Society Petroleum Research Fund voor gedeeltelijke ondersteuning van dit onderzoek. Wij zijn dankbaar aan de National Science Foundation (CHE-0619275 en CHE-0963165) voor renovatie en instrumentatie subsidies die dit onderzoek ondersteund.

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