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Chemistry

Séparation des aldéhydes et des cétones réactives des mélanges à l’aide d’un protocole d’Extraction de Bisulfite

Published: April 2, 2018 doi: 10.3791/57639

Summary

Nous présentons ici un protocole pour supprimer des aldéhydes et des cétones réactives de mélanges par un protocole d’extraction liquide-liquide directement avec du bisulfite de sodium saturée dans un solvant miscible. Ce protocole combiné est rapide et facile à réaliser. L’aldéhyde ou cétone peut être ré-isolé par la basification de la phase aqueuse.

Abstract

La purification de composés organiques est une composante essentielle des opérations de routine synthétiques. La capacité d’éliminer les contaminants dans une phase aqueuse en générant une structure chargée permet d’utiliser l’extraction comme une technique de purification simple. En combinant l’utilisation d’un solvant organique miscible avec du bisulfite de sodium saturée, des aldéhydes et des cétones réactives peut être transformée avec succès en charge bisulfite adduits qui peuvent ensuite être séparés des autres constituants organiques d’un mélange de la mise en place d’une couche organique non miscible. Nous décrivons ici un protocole simple pour l’enlèvement des aldéhydes, y compris néopentyle stériquement aldéhydes et des cétones, de mélanges chimiques. Cétones peuvent être séparés si elles sont sans encombre stériquement cyclique ou méthyl cétones. Pour les aldéhydes aliphatiques et cétones, diméthylformamide est utilisé comme solvant miscible afin d’améliorer le taux d’élimination. La réaction d’addition de bisulfite peut être renversée par la basification de la couche aqueuse, ce qui permet de ré-isoler la composante réactive carbonyle d’un mélange.

Introduction

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La séparation des composants des mélanges entre eux est essentielle à la préparation des matériaux purs. La méthode décrite ci-après permet la séparation facile des aldéhydes et sans entrave stériquement cyclique et d’autres molécules organiques1les méthyl cétones. La technique repose sur la réactivité du bisulfite avec le groupe carbonyle pour créer une charge adduit qui peuvent être séparés en une couche aqueuse, tandis que les autres composants séparent en une couche organique non miscible. La clé pour réaliser la réactivité entre bisulfite et le carbonyle est l’utilisation d’un solvant miscible, qui permet à la réaction à avoir lieu avant la séparation en phases distinctes. Sans l’ajout de solvant miscible séparation minimale est obtenue, sans doute en raison de mauvais contact entre le bisulfite hydrophile et les composés organiques hydrophobes.

L’avantage de cette méthode de séparation pour la purification est la facilité du protocole. Extraction liquide-liquide est une opération simple à effectuer et peut être effectuée à grande échelle. Techniques de purification alternatifs, comme la chromatographie sur colonne, sont beaucoup plus coûteux, chronophages et difficiles à effectuer à grande échelle et nécessitent une différenciation suffisante des composants en fonction de la polarité. Purification par recristallisation ou distillation nécessite une différenciation suffisante entre la solubilité ou les points d’ébullition des composants du mélange, respectivement. Parce que l’extraction du bisulfite repose sur la différence de réactivité du groupe carbonyle des aldéhydes et des cétones, composés avec solubilité similaire, des points d’ébullition ou polarités peuvent être séparés efficacement. D’autres méthodes de séparation chimique existent pour la séparation sélective des aldéhydes et des cétones de mélanges, par exemple, la formation sélective des oximes2, acétals cycliques3ou mercaptal4 formation. Ces méthodes nécessitent une étape supplémentaire pour séparer les espèces formées de mélange, car le produit n’est pas soluble dans l’eau et par conséquent ne peut être séparé par un protocole d’extraction simple. Oxydation d’aldéhyde pour former des acides carboxyliques amovibles est une autre technique5, mais l’étape d’oxydation requis est moins chemoselective que les conditions du bisulfite doux décrit ci-après et nécessite l’utilisation de l’oxygène et un catalyseur de cobalt.

Cette méthode est applicable à la séparation des aldéhydes (Figure 1) et sans être gêné stériquement cycliques et méthyl cétones (Figure 2) de molécules qui ne contiennent pas de ces groupes fonctionnels. Les cétones particulièrement réactifs, tels que les esters α-cétoniques sont également supprimés à l’aide de ce processus. Alcanes, alcènes, dienes, alcynes, esters, amides, acides carboxyliques, les halogénures d’alkyles, alcools, phénols, nitriles, chlorure de benzyle, époxydes, anilines, acétals, et un peu gênée, α, β-insaturée, ou aryl cétones sont tous non réactif dans les conditions et peut être séparé de l’aldéhyde ou la teneur en cétone réactives (Figures 2 et Figure 3). Cétones éthylique ou cétones cycliques α-substitués, par exemple, sont suffisamment gênées et sont donc séparables des aldéhydes et des cétones plus réactives. Lorsque vous utilisez des alcènes, hexane est recommandé comme solvant non miscible pour empêcher décomposition indésirable en raison de dioxyde de soufre présent dans la solution de bisulfite. La compatibilité du groupe fonctionnel du protocole d’extraction du bisulfite est extrêmement large et s’applique à un éventail extrêmement large de séparations, si le contaminant carbonyle à être séparés du mélange est un aldéhyde ou une entrave donc méthyle ou cétone cyclique. Cétones moins réactifs ne réagissent pas avec du bisulfite dans ces conditions et ne sont donc pas supprimés.

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Protocol

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1. standard Protocol pour la séparation des aldéhydes aromatiques à partir d’un mélange. Exemple : Séparation du benzyle Butyrate d’un mélange de 1:1 avec Anisaldéhyde.

  1. Dissoudre 175 μL d’Anisaldéhyde et 250 μL de butyrate de benzyle dans 5 mL de méthanol et transvaser la solution dans une ampoule à décanter.
    ATTENTION : Le bisulfite de Sodium peut générer des gaz de dioxyde de soufre, ainsi ce protocole procéder avec une ventilation adéquate, comme sous une hotte.
  2. Ajouter 1 mL de bisulfite de sodium solution aqueuse saturée et agiter vigoureusement pendant environ 30 s.
  3. Ajouter 25 mL d’eau désionisée et 25 mL d’acétate d’éthyle de 10 % / hexanes et agiter vigoureusement.
  4. Séparer les couches. Sécher la couche organique avec le sulfate de magnésium anhydre. Filtrer la solution pour supprimer le sulfate de magnésium et de se concentrer dans le vide à l’aide d’un évaporateur rotatif.

2. séparation des cétones et aldéhydes aliphatiques à partir d’un mélange. Exemple : Séparation du benzyle Butyrate d’un mélange de 1:1 avec Benzylacetone.

  1. Dissoudre les 213 μL de benzylacetone et 250 μL de butyrate de benzyle dans 10 mL de diméthylformamide et transvaser la solution dans une ampoule à décanter.
    ATTENTION : Le bisulfite de Sodium peut générer des gaz de dioxyde de soufre, ainsi ce protocole procéder avec une ventilation adéquate, comme sous une hotte.
  2. Ajouter 25 mL de bisulfite de sodium solution aqueuse saturée et agiter vigoureusement pendant environ 30 s.
  3. Ajouter 25 mL d’eau désionisée et 25 mL d’acétate d’éthyle de 10 % / hexanes et agiter vigoureusement.
  4. Séparer les couches. Retourner la couche aqueuse à l’ampoule à décanter, ajouter 25 mL de 10 % d’acétate d’éthyle/hexanes et agiter vigoureusement. Soutirer la couche aqueuse, laissant la couche organique dans l’ampoule à décanter. Rajouter la couche organique précédente à l’ampoule à décanter.
  5. Laver les couches organiques combinés trois fois avec de l’eau désionisée (10 mL pour chaque lavage). Sécher la couche organique avec le sulfate de magnésium anhydre. Filtrer la solution pour supprimer le sulfate de magnésium et de se concentrer dans le vide à l’aide d’un évaporateur rotatif.

3. séparation des aldéhydes à partir d’un mélange contenant un alcène. Exemple : Séparation du benzyle Butyrate d’un mélange de 1:1 avec Citronellal.

  1. Dissoudre les 255 μL de citronellal et 250 μL de butyrate de benzyle dans 10 mL de diméthylformamide et transvaser la solution dans une ampoule à décanter.
    ATTENTION : Le bisulfite de Sodium peut générer des gaz de dioxyde de soufre, ainsi ce protocole procéder avec une ventilation adéquate, comme sous une hotte.
  2. Ajouter 25 mL de bisulfite de sodium solution aqueuse saturée et agiter vigoureusement pendant environ 30 s.
  3. Ajouter 25 mL d’eau désionisée et 25 mL d’hexane et agiter vigoureusement.
  4. Séparer les couches. Retourner la couche aqueuse à l’ampoule à décanter, ajouter hexanes 25 mL et agiter vigoureusement. Soutirer la couche aqueuse, laissant la couche organique dans l’ampoule à décanter. Rajouter la couche organique précédente à l’ampoule à décanter.
  5. Laver les couches organiques combinés trois fois avec de l’eau désionisée (10 mL pour chaque lavage). Sécher la couche organique avec le sulfate de magnésium anhydre. Filtrer la solution pour supprimer le sulfate de magnésium et de se concentrer dans le vide à l’aide d’un évaporateur rotatif.

4. ré-isolation des aldéhydes à partir d’un mélange. Exemple : Séparation du pipéronal partir d’un mélange de 1:1 avec le Butyrate de benzyle.

  1. Dissoudre les 217 mg de pipéronal et 250 μL de butyrate de benzyle dans 5 mL de méthanol et transvaser la solution dans une ampoule à décanter.
    ATTENTION : Le bisulfite de Sodium peut générer des gaz de dioxyde de soufre, par conséquent, ce protocole procéder avec une ventilation adéquate, comme sous une hotte.
  2. Ajouter 1 mL de bisulfite de sodium solution aqueuse saturée et agiter vigoureusement pendant environ 30 s.
  3. Ajouter 25 mL d’eau désionisée et 25 mL d’acétate d’éthyle de 10 % / hexanes et agiter vigoureusement.
  4. Séparer les couches. Retourner la couche aqueuse à l’ampoule à décanter.
    1. Facultatif : Laver phase aqueuse fois avec 25 mL de 10 % d’acétate d’éthyle/hexanes pour enlever la petite quantité du butyrate de benzyle restants.
  5. Ajouter 25 mL d’acétate d’éthyle, puis ajoutez 50 % d’hydroxyde de sodium jusqu'à ce qu’une bande de pH indique que le pH est de 12. Agiter vigoureusement.
    ATTENTION : Evolution des gaz a été observée au cours de cette étape et peut causer l’accumulation de pression. Veillez à bien ventiler l’ampoule à décanter. Intensification de cette procédure fera évolution de gaz plus prononcée. Soyez prudent.
  6. Séparer les couches. Retourner la couche aqueuse à l’ampoule à décanter et ajouter 25 mL d’acétate d’éthyle. Agiter vigoureusement.
  7. Séparer les couches. Combiner la couche organique avec la couche organique de l’étape précédente. Sécher la couche organique combinée avec du sulfate de magnésium anhydre. Filtrer la solution pour supprimer le sulfate de magnésium et de se concentrer dans le vide à l’aide d’un évaporateur rotatif.

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Representative Results

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Procédure 1 pour l’enlèvement de l’aldéhyde est utilisé pour les aldéhydes aromatiques. Procédure 2, dans lequel le diméthylformamide est utilisé comme solvant miscible, devrait être utilisé pour les cétones et les aldéhydes aliphatiques. 2 de la procédure devrait également être utilisé pour les mélanges qui ne sont pas entièrement solubles dans le méthanol. Le matériel obtenu à partir de chacun des protocoles est analysé pour utiliser 1H RMN intégration analyse de pureté et de taux de récupération en masse. Recouvrements et typiques puretés sont supérieurs à 95 % (Figure 1). Une séparation réussie est déterminée par l’absence de 1H RMN des signaux provenant de la composante aldéhyde ou cétone (Figure 4 et Figure 5). Diagnostic en particulier d’une séparation réussie est l’absence d’un pic entre 9 et 10 ppm en enlevant un aldéhyde. Si la séparation ne se produit pas, il peut être dû à un manque de réactivité de bisulfite suffisante avec le composé carbonylé. Cétones conjuguées ou cétones stériquement ne sont pas amovibles à l’aide de cette méthode (Figure 2).

Lors de l’utilisation de composés contenant de l’alcène, on observe les matières récupérées pour contenir des impuretés significatives lorsque la procédure standard 1 ou 2 est employé, tel que déterminé par la présence de pics non identifiés dans le 1H RMN ( Figure 6). Pour ces substrats, modifié la procédure 3, employant hexanes, limite la dégradation causée par le dioxyde de soufre dissous ()Figure 7). Si hexanes sont trop non polaires pour dissoudre les molécules d’intérêt, comme indiqué par la formation de solides, chloroforme peut être utilisé, même si on observe une augmentation de la dégradation avec ce solvant par rapport aux hexanes (Figure 1).

Si vous souhaitez ré-isolation du réactif aldéhyde ou cétone, procédure 4 permet d’inverser la réaction et de réformer le composé carbonylé. Un lavage facultatif peut être utilisé pour enlever la petite quantité de l’élément non-carbonyle restant (Figure 8 et Figure 9).

Figure 1
Figure 1 . Séparations représentante indiquent substrat large portée en ce qui concerne l’aldéhyde partenaire7. (a) butyrate de benzyle (250 μL, 1,4 mmol) et aldéhyde (1,4 mmol) ont été dissous dans 5 mL de méthanol, 25 mL de bisulfite de sodium aqueux saturé ajouté, secoué pendant environ 30 s, dilué avec 25 mL d’eau et extrait avec 25 mL d’acétate d’éthyle/hexanes de 10 %. (b) Dimethylformamide utilisé à la place du méthanol. (c) filtration sur Célite requise. (d) hexanes a été utilisé au lieu de 10 % d’acétate d’éthyle/hexanes. (e) chloroforme a été utilisé au lieu de 10 % d’acétate d’éthyle/hexanes. Notez que certaines de ces valeurs sont pour des conditions non optimisées. En utilisant 1 mL de bisulfite de sodium aqueux saturédonne des taux plus élevés d’élimination pour les aldéhydes aromatiques. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 . Cétones tombent généralement dans deux catégories distinctes : réactif et non réactif7. (a) cétone (1,4 mmol) et le butyrate de benzyle (250 µL, 1,4 mmol) ont été dissous dans 5 mL de méthanol, 25 mL de bisulfite de sodium aqueux saturé ajouté, secoué pendant environ 30 s, dilué avec 25 mL d’eau et extrait avec 25 mL d’acétate d’éthyle/hexanes de 10 %. (b) Dimethylformamide utilisé à la place du méthanol. La phase aqueuse a été extrait deux fois. La couche organique a été lavée trois fois avec de l’eau. (c) requise filtration pour éliminer les solid bisulfite adduit. (d) pentane utilisé à la place de 10 % d’acétate d’éthyle/hexanes. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 . Séparations représentante indiquent substrat large portée en ce qui concerne le partenaire non réactif7. (a) substrat (1,4 mmol) et Anisaldéhyde (175 μL, 1,4 mmol) ont été dissous dans 5 mL de méthanol, 25 mL de bisulfite de sodium aqueux saturé ajouté, secoué pendant environ 30 s, dilué avec 25 mL d’eau et extrait avec 25 mL d’acétate d’éthyle/hexanes de 10 %. (b) Dimethylformamide utilisé à la place du méthanol. Acétate d’éthyle utilisé à la place de 10 % d’acétate d’éthyle/hexanes. La phase aqueuse a été extrait deux fois. La couche organique a été lavée trois fois avec de l’eau. (c) 50 % acétate d’éthyle/hexanes utilisés à la place de 10 % d’acétate d’éthyle/hexanes. (d) la couche aqueuse a été extrait trois fois. (e) pentane a été utilisé au lieu de 10 % d’acétate d’éthyle/hexanes. (f) hexanes a été utilisé au lieu de 10 % d’acétate d’éthyle/hexanes. Notez que ces valeurs sont données pour des conditions non optimisées. En utilisant 1 mL de bisulfite de sodium aqueux saturé donne des taux plus élevés d’élimination pour les aldéhydes aromatiques. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4 . Représentant 1H RMN d’une séparation infructueuse indique la présence du composant carbonyle. Tous les signaux correspondant aux hydrogènes du composant carbonyle sont visibles, mais la présence du signal aldéhyde d’hydrogène, qui survient généralement entre 9 et 10 ppm, est particulièrement diagnostique. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 5
Figure 5 . Représentant 1H RMN d’une séparation réussie indique une élimination complète de la composante réactive carbonyle. Aucun des signaux correspondant aux hydrogènes du composant carbonyles sont visibles. L’absence du signal d’hydrogène aldéhyde, qui survient généralement entre 9 et 10 ppm, est particulièrement diagnostique en retrait de l’aldéhyde. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 6
Figure 6 . Représentant 1H RMN d’une séparation infructueuse d’un aldéhyde contenant de l’alcène montre une quantité importante de pics d’impureté. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 7
Figure 7 . Représentant 1H RMN d’une séparation réussie d’un aldéhyde contenant de l’alcène montre seulement les pointes de petites impuretés et aldéhyde restant très peu. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 8
Figure 8 . Représentant 1H RMN d’une re-réussite de l’isolement d’un aldéhyde sans lavage en option. La présence du composant contenant non-carbonyle est évidente, que les signaux d’hydrogène correspondant à ce composé sont visibles, mais la quantité de ce contaminant est très faible. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 9
Figure 9 . Représentant 1H RMN d’une re-réussite de l’isolement d’un aldéhyde avec la lessive en option. La présence de la composante non-carbonyle est presque indétectable par 1H RMN lorsque le lavage facultatif de la couche aqueuse avant basification est utilisé. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

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Discussion

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Les premières tentatives d’utiliser la réaction de bisulfite comme méthode pour enlever des aldéhydes en utilisant une extraction en deux phases typique ont conduit à des niveaux très faibles de l’enlèvement. Nous avons émis l’hypothèse que la réaction n’était pas assez rapide pour se produire pendant le temps très limité que les deux couches ont été en contact. Pour augmenter le contact entre les réactifs, nous avons développé un protocole d’extraction de deux étages dans lequel un solvant miscible à l’eau est utilisé initialement pour permettre un mélange suffisant des réactifs avant l’introduction d’un solvant non miscible. L’introduction du solvant non miscible alors, permettant la séparation de la bisulfite chargée d’adduits de la composante organique sans inculpation. L’étape critique dans le protocole est l’utilisation d’un solvant organique miscible qui améliore le contact entre le bisulfite aqueux et les composants organiques solubles. L’identité des solvants miscibles et non miscibles peut varier, ainsi que le rapport et les identités des partenaires réactifs, à l’échelle du protocole et l’incorporation d’une variété d’autres extractions et/ou lavages au protocole. Cela permet à l’application et l’adaptation du présent protocole à la séparation d’une large gamme de mélanges chimiques contenant une composante réactive carbonyle.

Lors de l’adaptation à ce protocole aux nouveaux mélanges chimiques, il faut éviter les gaz evolution, ou la production de chaleur excessive. L’utilisateur doit vérifier la compatibilité chimique avant de tenter le protocole de bisulfite. Solutions de bisulfite peuvent évoluer gaz de dioxyde de soufre, qui peut conduire à l’accumulation de pression. Bisulfite de doit être utilisé avec prudence en association avec du carbonate de sodium ou bicarbonate de sodium, en raison de la génération de gaz carbonique. Il est recommandé que bisulfite d’ajouter lentement à contrôle gaz evolution et la génération rapide de la chaleur. Les séparations de l’exemple décrites ci-après ne génèrent pas de gaz ou chaleur excessive, mais ces problèmes de sécurité pouvant survenir lors de l’adaptation du protocole aux situations nouvelles ou lors de l’augmentation de l’échelle du protocole. Le protocole doit être effectué sous une hotte pour assurer une bonne aération. Bisulfite est un réactif réducteur et un acide faible, qui devrait être pris en considération pour toute nouvelle adaptation du présent protocole. Par exemple, plus des amines aliphatiques sont des substrats inappropriés en raison d’une réaction acide-base non désirée avec l’ion bisulfite (Figure 3).

L’identité du solvant miscible peut varier avec un impact minimal sur le taux d’élimination. En fait, plus les solvants miscibles donnent des taux d’élimination accrue par rapport au méthanol, à l’exception de tétrahydrofurane1. Le méthanol est préférable à la majorité des autres solvants miscibles parce qu’il se répartit dans la phase aqueuse plus efficacement et à n’importe quel solvant résiduel s’enlève facilement au cours de l’évaporateur rotatif en raison de sa volatilité relativement élevée. Le solvant de second choix, en termes de facilité d’utilisation, est de diméthylformamide. Diméthylformamide donne les taux de retrait supérieur, mais exige l’eau additionnelle se lave pour enlever le solvant résiduel, en raison de sa volatilité plus faible et moins favorable coefficient de. L’acétone devrait être évitée, en raison de la réaction concurrentielle avec du bisulfite. Diméthyl sulfoxyde n’est également pas recommandé, en raison de la génération des odeurs désagréables associées à des conditions légèrement réductrices. Car tous les solvants miscibles testés ont été trouvées à fonction comparable, il est possible d’utiliser ce protocole directement sur les mélanges réactionnels qui emploient ces solvants, tant que tous les produits chimiques présents sont compatibles. Le volume de solvant miscible utilisé a une incidence sur le taux de retrait1, donc le volume de la réaction, si utilisé directement, il faudrait ajuster convenablement, par évaporation ou par dilution.

L’identité du solvant non miscible peut également être modifié (Figure 1-3). Les solvants non polaires donnent le plus haut taux d’élimination, tandis que les solvants polaires donnent des taux d’enlèvement. Il est recommandé que l’utilisateur choisir le solvant non miscible moins polaire qui se dissout le mélange. Les solutions de bisulfite sont en équilibre avec le dioxyde de soufre gaz, qui peuvent provoquer des réactions secondaires indésirables, en particulier avec les alcènes6,7. La solubilité du dioxyde de soufre est plus faible dans les solvants non polaires8,9,10. Lors de l’application de cette méthode à l’alcène contenant des composés, l’utilisation des hexanes, pentane ou éther de pétrole est recommandée de limiter la production des impuretés pendant le protocole d’extraction causée par le dioxyde de soufre. Étant donné que ces solvants ne dissolvent pas de composés organiques polaires, cependant, le chloroforme peut être une alternative appropriée pour les mélanges contenant des composés polaires. Il n’est pas aussi efficace que les solvants aliphatiques à réduire au minimum la décomposition non désirée, mais donne de meilleurs résultats par rapport à l’utilisation de 10 % d’acétate d’éthyle/hexanes.

Adaptation aux nouveaux mélanges chimiques peut exiger l’optimisation de l’identité et les montants des deux solvants non miscibles et miscibles. Aldéhydes aromatiques sont particulièrement bons substrats pour le protocole de bisulfite, autorisant l’utilisation du protocole méthanol plus commode. Cétones et aldéhydes aliphatiques donnent plus faibles taux de retrait par rapport aux aldéhydes aromatiques, afin de maintenir le taux d’élimination élevé, diméthylformamide est donc utilisée pour ces substrats. Ce protocole a été optimisé pour la séparation des taux équimolaires de composants réactifs et non réactif. Ajustements au protocole doivent être effectuées à la base sur les rapports initiaux des composants dans l’échantillon original pour les nouveaux mélanges chimiques. Par exemple, si un seul aldéhyde trace doit être retiré, procédure 1 peut être le choix le plus approprié. Lors de la sélection, utilisez procédure 1 pour une plus simple et moins chronophage séparation et procédure 2 de pureté supérieure pour les matières récupérées.

Lors de l’exécution de ce protocole, il y a plusieurs observations qui peuvent aider l’utilisateur à ajuster le protocole pour leur scénario chimique particulier. Si le mélange ne se dissout pas complètement dans le solvant miscible (étape 1.1), un solvant miscible différent doit être sélectionné qui corresponde mieux à la polarité de la bouillie chimique particulier en cours d’examen. Lorsque bisulfite est ajouté (étape 1.2), un précipité blanc nuageux est souvent observé. Ce précipité est le bisulfite adduit. Ce n'est pas toujours respecté, car il peut être soluble dans le mélange de bisulfite aqueuse/solvant miscible. Quand l’eau et un solvant non miscible sont introduites (étape 1.3), aucun solides ne devraient être évident. Si on observe des solides, c’est une indication qu’un ou deux composants ne sont pas solubles dans la couche soit aqueuse ou organique. Si le composant non réactif n’est pas soluble, ce problème peut être résolu en ajustant l’identité du solvant non miscible. Par exemple, les acides carboxyliques sont très polaires, et donc 10 % d’acétate d’éthyle/hexanes sont insuffisamment solvatation. Changer simplement le solvant miscible à 50 % d’acétate d’éthyle/hexanes autorisés pour excellente purification de l’acide cinnamique 43 à Anisaldéhyde (Figure 3). Si la composante réactive est insoluble, la quantité d’eau peut être augmentée pour mieux dissoudre le bisulfite adduits ou lavages multiples de l’eau peuvent être utilisés pour supprimer le bisulfite adduit. Si l’ajout de deux fois le volume d’eau est insuffisante pour dissoudre le bisulfite adduit, le mélange peut aussi être filtré par le biais de Célite pour enlever le solide bisulfite adduit du mélange avant de passer à l’étape suivante. Une fois que le matériel a été séché et le solvant a été supprimé, analyse du 1H RMN et le bilan massique peuvent aider au dépannage du protocole. Si la séparation est médiocre, la masse indiquera la présence de l’aldéhyde ou cétone, et les signaux correspondant à l’aldéhyde ou cétone seront observées dans le spectre de RMN H 1. Si une séparation est nécessaire, la procédure 2 est recommandée. Si on observe des pics conduites avec chaque composant, décomposition en raison de dioxyde de soufre est survenu. Pour ces situations, la procédure 3 est recommandée.

Le protocole de bisulfite permet également à ré-isoler la composante réactive en inversant la réaction d’addition de bisulfite à l’aide de la méthode 4. Cela peut être fait par basification de la couche aqueuse et extraction avec un solvant non miscible. L’identité de la base peut varier. Hydroxyde de sodium est recommandée pour un renversement complet de la réaction. Pour les composés carbonylés énolisables, une base plus faible devrait être utilisée pour prévenir la déprotonation. Cela empêche les réactions secondaires indésirables, comme la réaction aldol11. Si le composant de carbonyle possède un centre chiral-α énolisables, épimérisation ou racémisation est également préoccupante. La base appropriée variera selon le pKa du substrat. Carbonate de sodium est déconseillé, en raison de la génération de gaz de dioxyde de carbone lors de l’addition à la bisulfite contenant de l’adduit phase aqueuse, ce qui peut créer une situation dangereuse sauf si soigneusement contrôlée. Nous vous recommandons de phosphate tribasique de sodium. La réaction de reversion est dépendante du pH, donc la réaction ne sera pas comme favorisée lorsque à l’aide de bases plus faibles. Pour améliorer la récupération, principe de La Châtelier peut être exploitée en employant un grand excès de la base pour aider à pousser la réaction vers l’avant. Extractions multiples sont également recommandées pour accroître la récupération de la composante de carbonyle en raison de la favorabilité une diminution de la réaction à des valeurs de pH inférieures. Le succès du présent protocole peuvent être observé par 1H RMN analyse : pics d’impuretés significatives indiquent qu’énolisation suivie de réactions secondaires indésirables, tels que la réaction d’aldolisation, ont eu lieu. Si il n’y a plus d’un centre stéréogène, l’observation des épimères indiquerait également énolisation s’est produite. S’il n’y a aucune autre stéréocentres, rotation optique peut être effectuée afin d’évaluer le maintien de la pureté optique. L’analyse HPLC chirale peut servir à déterminer la pureté optique si la valeur de la rotation optique n’est pas disponible.

Cette méthode est extrêmement facile à réaliser et d’optimiser par rapport aux autres protocoles de retrait aldéhyde et cétone. L’ensemble du protocole peut être effectué en moins de 15 minutes avec des équipements de laboratoire courantes disponibles dans un laboratoire typique de chimie organique. La méthode est extrêmement adaptable aux situations nouvelles et peut être facilement ajustée pour tenir compte de la variabilité dans la polarité des substrats d’intérêt. La tolérance du groupe fonctionnel est incroyablement large, qui rend ce protocole applicable à des séparations plus chimiques impliquant une composante réactive carbonyle. Le protocole peut être adapté pour atténuer les réactions secondaires indésirables causées par la présence de dioxyde de soufre produit de bisulfite. Compte tenu de la prévalence des réactions impliquant des composés carbonylés réactif en chimie organique, la capacité de rapidement et facilement supprimer excès réactifs ou impuretés de mélanges, ou ré-isoler ces matériaux est extrêmement précieuse. À l’avenir, nous espérons pouvoir adapter ce protocole pour le problème de purification plus difficile d’isoler les produits naturels contenant des composés carbonylés réactive des organismes entiers.

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Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Accusé de réception est faite pour les donateurs de l’American Chemical Society pétrole fonds de recherche du prise en charge partielle de cette recherche. Nous sommes reconnaissants à la National Science Foundation (CHE-0619275 et CHE-0963165) pour la rénovation et l’instrumentation des subventions qui ont soutenu cette recherche.

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

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References

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Séparation des aldéhydes et des cétones réactives des mélanges à l’aide d’un protocole d’Extraction de Bisulfite
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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).

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