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Chemistry

Trennung von Aldehyden und reaktive Ketone von Mischungen mit einem Bisulfit-Extraktion-Protokoll

Published: April 2, 2018 doi: 10.3791/57639

Summary

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll um Aldehyde und reaktive Ketone aus Mischungen durch ein flüssig-flüssig-Extraktion-Protokoll direkt mit gesättigten Natrium Bisulfit in einem mischbar Lösungsmittel zu entfernen. Dieses kombinierte Protokoll ist schnell und oberflächlich durchzuführen. Der Aldehyd oder Keton kann durch die Basification der wässrigen Schicht neu isoliert werden.

Abstract

Die Reinigung von organischen Verbindungen ist ein wesentlicher Bestandteil der synthetischen Routineoperationen. Die Fähigkeit, Schadstoffe in eine wässrige Schicht zu entfernen, durch die Erzeugung einer geladenen Struktur ermöglicht es, Extraktion als eine einfache Reinigung-Technik verwenden. Durch die Kombination, die die Verwendung eines mischbaren organischen Lösungsmittels mit gesättigten Natrium Bisulfit, Aldehyde und reaktive Ketone kann erfolgreich umgewandelt aufgeladen Bisulfit Addukte können dann von anderen organischen Bestandteile einer Mischung von getrennt werden das Einführung einer nicht mischbaren organischen Schicht. Hier beschreiben wir ein einfaches Protokoll für die Entfernung von Aldehyden, einschließlich sterisch behindert Neopentyl Aldehyde und einige Ketone aus chemischen Mischungen. Ketone können getrennt werden, wenn sie sterisch zyklische ungehindert sind oder Methyl-Ketone. Für aliphatische Aldehyde und Ketone dient zur Verbesserung der Abtragsraten Dimethylformamid als Lösungsmittel mischbar. Die Bisulfit Additionsreaktion kann durch Basification der wässrigen Schicht, so dass für die erneute Isolation der reaktiven Carbonyl-Komponente eine Mischung rückgängig gemacht werden.

Introduction

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Die Trennung der Komponenten der Mischungen von einander ist wesentlich an der Vorbereitung der reinen Materialien. Die beschriebene Methode hierin ermöglicht die einfache Trennung von Aldehyden und sterisch ungehindert zyklische und Methyl-Ketone aus anderen organischen Molekülen1. Die Technik stützt sich auf die Reaktivität von Bisulfit mit der Carbonylgruppe erstelle ich eine geladene Addukt, das in eine wässrige Schicht getrennt werden können, während andere Komponenten in einer nicht mischbaren organischen Schicht zu trennen. Der Schlüssel zur Erreichung Reaktivität zwischen Bisulfit und die Carbonylgruppe ist die Verwendung eines mischbar Lösungsmittels, wodurch die Reaktion auf die vor der Trennung in einzelne Phasen stattfinden. Ohne Zusatz von Lösungsmittel mischbar minimale Trennung, vermutlich aufgrund schlechter Kontakt zwischen der hydrophilen Bisulfit und die hydrophoben organischen ergibt.

Der Vorteil dieser Trennung Methode zur Reinigung ist die Leichtigkeit des Protokolls. Flüssig-flüssig-Extraktion ist eine einfache Bedienung zu erfüllen, und in großem Umfang durchgeführt werden können. Alternative Reinigungstechniken, wie z. B. Säulenchromatographie, sind viel mehr teuer, zeitaufwändig und schwierig, in großem Umfang durchzuführen und erfordert ausreichende Differenzierung der Komponenten in Bezug auf die Polarität. Reinigen durch Rekristallisation oder Destillation erfordert ausreichende Differenzierung zwischen die Löslichkeit oder Siedepunkte der Komponenten des Gemisches, beziehungsweise. Da Bisulfit Extraktion auf den Unterschied in der Reaktivität der Carbonylgruppe von Aldehyden und Ketonen beruht, können Verbindungen mit ähnlichen Löslichkeit, Siedepunkte oder Polaritäten effektiv getrennt werden. Andere chemische Trennmethoden gibt es für die selektive Trennung der Aldehyde und Ketone von Mischungen, zum Beispiel die selektive Bildung von Oximes2, zyklische Acetale3oder4 Bildung Mercaptal. Diese Methoden erfordern einen zusätzlichen Schritt, die gebildete Spezies aus der Mischung zu trennen, weil das Produkt nicht wasserlöslich ist und daher nicht durch eine einfache Extraktion Protokoll getrennt werden. Aldehyd Oxidation, abnehmbare Karboxylhaltige Säuren zu bilden ist eine andere Technik5berichtet, aber die erforderlichen Oxidationsschritt ist weniger chemische als milde Bisulfit-Bedingungen beschriebenen und erfordert den Einsatz von Sauerstoffgas und Kobalt Katalysator.

Diese Methode gilt für die Trennung von Aldehyden (Abbildung 1) und sterisch ungehindert zyklisch und Methyl-Ketone (Abbildung 2) von den Molekülen, die nicht diese funktionellen Gruppen enthalten. Besonders reaktive Ketone, z. B. α-Keto Ester werden auch mit diesen Prozess entfernt. Alkanen, Alkenen, Dienes, Alkinen, Ester, Amide, Carbonsäuren, Alkyl-Halogenide, Alkohole, Phenole, Nitriles, Benzyl Chloride, Epoxide, Anilines, POM, und leicht behindert, α, β-ungesättigten oder Aryl Ketone sind alle reaktionsträgen unter den Bedingungen und aus dem Aldehyd oder Keton reaktive Komponente des Gemisches (Abbildung 2 und Abbildung 3) getrennt werden können. Ethyl Ketone oder α-ersetzt zyklischen Ketone, z. B. ausreichend behindert werden und sind daher trennbar von Aldehyden und reaktiver Ketone. Bei der Verwendung von Alkenen ist Hexan als nicht mischbare Lösungsmittel empfohlen, um zu verhindern, dass unerwünschte Zersetzung durch Schwefeldioxid in die Bisulfit-Lösung vorhanden. Die funktionelle Gruppe Vereinbarkeit des Protokolls Bisulfit-Extraktion ist extrem breit, und gilt daher für eine extrem breite Palette von Trennungen, wenn Carbonyl Verunreinigung aus der Mischung zu trennen ein Aldehyd oder einen ungehinderten ist Methyl oder zyklische Keton. Weniger reaktiv Ketone reagieren nicht mit Bisulfit unter diesen Bedingungen und sind daher nicht entfernt.

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Protocol

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1. standard-Protokoll für die Trennung von aromatischen Aldehyden aus einer Mischung. Beispiel: Trennung von Benzyl Butyrat aus einer 1:1 Mischung mit Anisaldehyde.

  1. Lösen Sie 175 μL Anisaldehyde und 250 μL der Benzyl-Butyrat in 5 mL Methanol und übertragen Sie die Lösung auf einem separatory Trichter.
    Achtung: Natrium Bisulfit kann Schwefeldioxid-Gas erzeugen, so dieses Protokolls sollte durchgeführt werden mit Belüftung, wie z. B. in einer Dampfhaube.
  2. Fügen Sie 1 mL der gesättigten wässrigen Natrium Bisulfit und kräftig schütteln für ca. 30 s.
  3. 25 mL entionisiertem Wasser und 25 mL 10 % Ethylacetat/Hexanes hinzufügen und kräftig schütteln.
  4. Trennen Sie die lagen. Trocknen Sie die organische Schicht mit wasserfrei Magnesiumsulfat. Filtern Sie die Lösung zum Entfernen von Magnesiumsulfat und konzentrieren sich im Vakuum mit einer Drehverdampfer.

2. Trennung von aliphatischen Aldehyde und Ketone aus einer Mischung. Beispiel: Trennung von Benzyl Butyrat aus einer 1:1 Mischung mit Benzylacetone.

  1. Lösen Sie 213 μL Benzylacetone und 250 μL der Benzyl-Butyrat in 10 mL Dimethylformamid auf und übertragen Sie die Lösung auf einem separatory Trichter.
    Achtung: Natrium Bisulfit kann Schwefeldioxid-Gas erzeugen, so dieses Protokolls sollte durchgeführt werden mit Belüftung, wie z. B. in einer Dampfhaube.
  2. 25 mL gesättigte wässrige Natrium Bisulfit hinzugeben und kräftig schütteln für ca. 30 s.
  3. 25 mL entionisiertem Wasser und 25 mL 10 % Ethylacetat/Hexanes hinzufügen und kräftig schütteln.
  4. Trennen Sie die lagen. Die wässrige Schicht an den separatory Trichter zurück, 25 mL 10 % Ethylacetat/Hexanes hinzugeben und kräftig schütteln. Abfließen Sie die wässrige Schicht, verlassen die organische Schicht im separatory Trichter. Fügen Sie die bisherigen organische Schicht wieder separatory Trichter hinzu.
  5. Waschen Sie die kombinierten organischen Schichten dreimal mit entionisiertem Wasser (10 mL pro Waschgang). Trocknen Sie die organische Schicht mit wasserfrei Magnesiumsulfat. Filtern Sie die Lösung zum Entfernen von Magnesiumsulfat und konzentrieren sich im Vakuum mit einer Drehverdampfer.

(3) Trennung von Aldehyden ein Gemisch mit einem Alken. Beispiel: Trennung von Benzyl Butyrat aus einer 1:1 Mischung mit Citronellal.

  1. Lösen Sie 255 μL von Citronellal und 250 μL der Benzyl-Butyrat in 10 mL Dimethylformamid auf und übertragen Sie die Lösung auf einem separatory Trichter.
    Achtung: Natrium Bisulfit kann Schwefeldioxid-Gas erzeugen, so dieses Protokolls sollte durchgeführt werden mit Belüftung, wie z. B. in einer Dampfhaube.
  2. 25 mL gesättigte wässrige Natrium Bisulfit hinzugeben und kräftig schütteln für ca. 30 s.
  3. 25 mL entionisiertem Wasser und 25 mL Hexanes hinzugeben und kräftig schütteln.
  4. Trennen Sie die lagen. Die wässrige Schicht an den separatory Trichter zurück, 25 mL Hexanes hinzufügen und kräftig schütteln. Abfließen Sie die wässrige Schicht, verlassen die organische Schicht im separatory Trichter. Fügen Sie die bisherigen organische Schicht wieder separatory Trichter hinzu.
  5. Waschen Sie die kombinierten organischen Schichten dreimal mit entionisiertem Wasser (10 mL pro Waschgang). Trocknen Sie die organische Schicht mit wasserfrei Magnesiumsulfat. Filtern Sie die Lösung zum Entfernen von Magnesiumsulfat und konzentrieren sich im Vakuum mit einer Drehverdampfer.

4. erneute Isolation von Aldehyden aus einer Mischung. Beispiel: Trennung von Piperonal aus einer 1:1 Mischung mit Benzyl Butyrat.

  1. Lösen Sie 217 mg Piperonal und 250 μL der Benzyl-Butyrat in 5 mL Methanol auf und übertragen Sie die Lösung auf einem separatory Trichter.
    Achtung: Natrium Bisulfit kann Schwefeldioxid-Gas erzeugen, damit dieses Protokolls sollte durchgeführt werden mit Belüftung, wie z. B. in einer Dampfhaube.
  2. Fügen Sie 1 mL der gesättigten wässrigen Natrium Bisulfit und kräftig schütteln für ca. 30 s.
  3. 25 mL entionisiertem Wasser und 25 mL 10 % Ethylacetat/Hexanes hinzufügen und kräftig schütteln.
  4. Trennen Sie die lagen. Die wässrige Schicht zurück zu den separatory Trichter zurück.
    1. Optional: Waschen Sie wässrige Schicht einmal mit 25 mL 10 % Ethylacetat/Hexanes, die kleine Menge der verbleibenden Benzyl Butyrat zu entfernen.
  5. Fügen Sie 25 mL Ethylacetat hinzu und fügen Sie dann 50 % Natriumhydroxid bis pH-Streifen anzeigt, dass der pH 12 ist. Schütteln Sie kräftig.
    Achtung: Gasentwicklung während dieses Schritts beobachtet worden und kann dazu führen, dass Druckaufbau. Stellen Sie sicher, den separatory Trichter richtig zu lüften. Dieses Verfahren Skalierung machen Gasentwicklung stärker ausgeprägt. Seien Sie vorsichtig.
  6. Trennen Sie die lagen. Die wässrige Schicht an den separatory Trichter zurück und 25 mL Ethylacetat. Schütteln Sie kräftig.
  7. Trennen Sie die lagen. Kombinieren Sie die organische Schicht mit der organischen Schicht aus dem vorherigen Schritt. Trocknen Sie die kombinierten organische Schicht mit wasserfrei Magnesiumsulfat. Filtern Sie die Lösung zum Entfernen von Magnesiumsulfat und konzentrieren sich im Vakuum mit einer Drehverdampfer.

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Representative Results

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Schritt 1 für Aldehyd Entfernung dient zur aromatischen Aldehyden. Verfahren 2, in denen Dimethylformamid als mischbar Lösungsmittel verwendet wird sollte für aliphatische Aldehyde und Ketone verwendet werden. Verfahren 2 sollte auch für Gemische verwendet werden, die nicht vollständig in Methanol löslich sind. Das Material aus jedes Protokoll wird für Reinheit mit 1H NMR-Integration-Analyse und Verwertungsquote durch Masse analysiert. Typische Reinheiten und Wiederherstellungen sind mehr als 95 % (Abbildung 1). Eine erfolgreiche Trennung ergibt sich durch das Fehlen von 1H NMR-Signale aus dem Aldehyd oder Keton Komponente (Abbildung 4 und Abbildung 5). Besonders Diagnose einer erfolgreichen Trennung ist das Fehlen eines Peaks zwischen 9 und 10 ppm als ein Aldehyd zu entfernen. Wenn die Trennung nicht auftritt, kann es mangels ausreichender Bisulfit-Reaktivität mit der Carbonyl-Verbindung sein. Konjugierten Ketone oder sterisch gehindert Ketone sind nicht abnehmbar mit dieser Methode (Abbildung 2).

Bei der Verwendung von Alken-haltigen Verbindungen hat das zurückgewonnene Material beobachtet worden, um erhebliche Verunreinigungen enthalten als Standardverfahren 1 oder 2 eingesetzt wird, wie durch das Vorhandensein von nicht identifizierten Peaks in der 1H NMR ( bestimmt Abbildung 6). Für diese Substrate geändert Verfahren 3, mit Hexanes, schränkt die Beeinträchtigung durch gelösten Schwefeldioxid ()Abbildung 7). Wenn Hexanes zu unpolaren aufzulösen die Moleküle des Interesses, wie durch die Bildung von Feststoffen angezeigt, kann Chloroform verwendet werden, wenn ein Anstieg der Abbau mit diesem Lösungsmittel relativ Hexanes (Abbildung 1) beobachtet wird.

Ggf. erneute Isolation des reaktiven Aldehyd oder Keton kann Verfahren 4 verwendet werden, die Reaktion umkehren und die Carbonyl-Verbindung zu reformieren. Eine optionale waschen kann verwendet werden, um die kleine Menge der verbleibenden nicht-Carbonyl-Komponente (Abbildung 8 und Abbildung 9) zu entfernen.

Figure 1
Abbildung 1 . Repräsentative Auszüge zeigen breite Substrat Geltungsbereich in Bezug auf die Aldehyd-Partner-7. (a) Benzyl Butyrat (250 μl, 1,4 Mmol) und Aldehyd (1,4 Mmol) wurden in 5 mL Methanol gelöst 25 mL gesättigte wässrige Natrium Bisulfit hinzugefügt, erschüttert für ca. 30 s, mit 25 mL Wasser verdünnt und mit 25 mL 10 % Ethylacetat/Hexanes extrahiert. (b) Dimethylformamid anstelle von Methanol verwendet. (c) erforderliche Filtration durch Celite. (d) Hexanes wurde anstelle von 10 % Ethylacetat/Hexanes verwendet. (e) Chloroform wurde anstelle von 10 % Ethylacetat/Hexanes verwendet. Beachten Sie, dass einige dieser Werte für unoptimierten Bedingungen. Mit 1 mL der gesättigten wässrigen Natrium Bisulfitbietet höhere Abtragsraten für aromatischen Aldehyden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2 . Ketone fallen in der Regel in zwei Kategorien: reaktive und Plattierung7. (a) Keton (1,4 Mmol) und Benzylbutylphthalat Butyrat (250 µL, 1,4 Mmol) aufgelöst in 5 mL Methanol, 25 mL gesättigte wässrige Natrium Bisulfit hinzugefügt, erschüttert für ca. 30 s, mit 25 mL Wasser verdünnt und mit 25 mL 10 % Ethylacetat/Hexanes extrahiert. (b) Dimethylformamid anstelle von Methanol verwendet. Die wässrige Schicht wurde zweimal gewonnen. Die organische Schicht wurde dreimal mit Wasser gewaschen. (c) erforderliche Filtration entfernen solide Bisulfit Addukt. (d) Pentan anstelle von 10 % Ethylacetat/Hexanes verwendet. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3 . Repräsentative Auszüge zeigen breite Substrat Geltungsbereich in Bezug auf die Plattierung Partner7. (a) Substrat (1,4 Mmol) und Anisaldehyde (175 μL, 1,4 Mmol) aufgelöst in 5 mL Methanol, 25 mL gesättigte wässrige Natrium Bisulfit hinzugefügt, erschüttert für ca. 30 s, mit 25 mL Wasser verdünnt und mit 25 mL 10 % Ethylacetat/Hexanes extrahiert. (b) Dimethylformamid anstelle von Methanol verwendet. Ethylacetat anstelle von 10 % Ethylacetat/Hexanes verwendet. Die wässrige Schicht wurde zweimal gewonnen. Die organische Schicht wurde dreimal mit Wasser gewaschen. (c) 50 % Ethylacetat/Hexanes anstelle von 10 % Ethylacetat/Hexanes verwendet. (d) die wässrige Schicht wurde drei Mal gewonnen. (e) Pentan wurde anstelle von 10 % Ethylacetat/Hexanes verwendet. (f) Hexanes wurde anstelle von 10 % Ethylacetat/Hexanes verwendet. Beachten Sie, dass diese Werte für unoptimierten Bedingungen. Mit 1 mL der gesättigten wässrigen Natrium Bisulfit gibt höhere Abtragsraten für aromatischen Aldehyden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4 . Repräsentative 1H NMR eine erfolglose Trennung zeigt das Vorhandensein der Carbonyl-Komponente. Alle Signale, die Wasserstoffatome der Carbonyl-Komponente entsprechen sind sichtbar, aber das Vorhandensein von Aldehyd Wasserstoff Signal, das in der Regel zwischen 9-10 ppm kommt, ist vor allem diagnostische. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 5
Abbildung 5 . Repräsentative 1H NMR einer erfolgreichen Trennung bedeutet vollständige Entfernung der reaktiven Carbonyl-Komponente. Keines die Signale entsprechend der Wasserstoffatome der Carbonyl-Komponente werden angezeigt. Das Fehlen der Aldehyd-Wasserstoff-Signal, das kommt in der Regel zwischen 9-10 ppm, ist vor allem diagnostische Aldehyd entfernen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 6
Abbildung 6 . Repräsentative 1H NMR eine erfolglose Trennung ein Alken-haltigen Aldehyd zeigt eine erhebliche Menge an Verunreinigungen Gipfeln. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 7
Abbildung 7 . Repräsentative 1H NMR einer erfolgreichen Trennung ein Alken-haltigen Aldehyd zeigt nur kleine Unreinheit Gipfeln und sehr wenig verbleibenden Aldehyd. Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.

Figure 8
Abbildung 8 . Repräsentative 1H NMR eine erfolgreiche erneute Isolation ein Aldehyd ohne optionale waschen. Die Anwesenheit von der enthaltenden nicht Carbonyl-Komponente ergibt sich als die Wasserstoff-Signale entsprechend dieser Verbindung sind sichtbar, aber die Menge an dieser Verunreinigung ist sehr klein. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 9
Abbildung 9 . Repräsentative 1H NMR eine erfolgreiche erneute Isolation ein Aldehyd mit dem optionalen waschen. Das Vorhandensein von nicht-Carbonyl-Komponente ist fast nicht nachweisbar durch 1H NMR, wenn die optionale Waschen der wässrigen Schicht vor Basification verwendet wird. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

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Discussion

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Erste Versuche, die Bisulfit-Reaktion als eine Methode verwenden, um Aldehyde mit einer typischen Phasenextraktion führte zu sehr geringen Entfernung zu entfernen. Wir stellten die Hypothese, dass die Reaktion nicht schnell genug war, um während der sehr kurzen Zeit auftreten, die die zwei Schichten in Kontakt waren. Um den Kontakt zwischen den Reaktanden zu erhöhen, entwickelten wir ein Zweistufen Extraktion-Protokoll, in dem Wasser mischbar Lösungsmittel zunächst erlauben ausreichend Mischen der Edukte vor der Einführung von einem nicht mischbare Lösungsmittel verwendet wird. Die Einführung der nicht mischbare Lösungsmittel dann ermöglicht die Trennung von den geladenen Bisulfit Addukt aus der ungeladene organische Komponente. Der entscheidende Schritt im Protokoll ist die Verwendung eines mischbaren organischen Lösungsmittels, der Kontakt zwischen den wässrigen Bisulfit und löslichen organischen Bestandteile verbessert. Die Identität der mischbar und nicht mischbare Lösungsmittel kann variiert werden, ebenso wie das Verhältnis und die Identitäten der reaktiven Partner, das Ausmaß des Protokolls und die Einbeziehung einer Vielzahl von zusätzlichen Extraktionen bzw. Waschungen des Protokolls. Dies ermöglicht die Anwendung und Anpassung dieses Protokolls zur Trennung von den unterschiedlichsten chemischen Mischungen, die eine reaktive Carbonyl-Komponente.

Bei der Anpassung dieses Protokoll auf neuartige chemische Mischungen muss darauf geachtet werden, um Gasentwicklung oder übermäßige Wärmeentwicklung zu vermeiden. Der Nutzer überprüft chemische Verträglichkeit vor dem Versuch des Bisulfit-Protokolls. Bisulfit Lösungen entwickeln können Schwefeldioxid-Gas, der Druckaufbau führen kann. Bisulfit sollte mit Vorsicht in Kombination mit Natriumcarbonat oder Natriumbicarbonat, durch die Erzeugung von Kohlendioxid-Gas verwendet werden. Es wird empfohlen, dass das Bisulfit langsam die Kontrolle Gasentwicklung und die schnelle Erzeugung von Wärme hinzugefügt werden sollen. Die hier beschriebenen Beispiel Trennungen erzeugen keine Hitze oder Gas, aber diese Sicherheitsbedenken können auftreten, wenn das Protokoll auf neuartige Situationen anzupassen oder das Ausmaß des Protokolls zu erhöhen. Das Protokoll sollte in einer Dampfhaube, Belüftung durchgeführt werden. Bisulfit ist eine reduzierende Reagenz und eine schwache Säure, die für jede neue Anpassung dieses Protokolls berücksichtigt werden sollten. Die meisten aliphatischen Amine sind beispielsweise ungeeignete Substrate durch eine unerwünschte Säure-Base-Reaktion mit Bisulfit-Ionen (Abbildung 3).

Die Identität des mischbar Lösungsmittels kann mit minimalen Auswirkungen auf die Abtragsraten variiert werden. In der Tat, geben die meisten mischbaren Lösemittel verbesserte Abtragsraten im Vergleich zu Methanol, mit Ausnahme von Tetrahydrofuran1. Methanol ist zu den meisten anderen Lösungsmitteln mischbaren vorzuziehen, da es in die wässrige Schicht effektiver Partitionen und verbleibende Lösungsmittel leicht werden beim Dreh verdampfen aufgrund der relativ hohen Volatilität entfernt kann. Das zweitbeste Lösungsmittel, in Bezug auf Benutzerfreundlichkeit verwenden, Dimethylformamid. Dimethylformamid bietet überlegene Abtragsraten aber erfordert zusätzliches Wasser wäscht, um das restliche Lösungsmittel, aufgrund der geringeren Volatilität und weniger günstigen Verteilungskoeffizienten zu entfernen. Aceton sollte durch Konkurrenzreaktion mit Bisulfit vermieden werden. Dimethyl Sulfoxid wird auch nicht empfohlen, aufgrund der Erzeugung von unangenehmen Gerüchen, die mild reduzierenden Bedingungen zugeordnet. Da alle mischbar Lösungsmittel getestet funktioniert vergleichsweise gefunden wurden, ist es möglich, dieses Protokoll direkt auf Reaktionsgemischen beschäftigt diese Lösungsmittel zu verwenden, solange die Chemikalien, die kompatibel sind. Das Volumen der mischbar verwendete Lösungsmittel wirkt sich auf die Beseitigung Rate1, so dass das Volumen der Reaktion, wenn direkt verwendet entsprechend, entweder durch Verdunstung oder Verdünnung angepasst werden sollte.

Die Identität der nicht mischbare Lösungsmittel kann auch unterschiedlich (Abbildung 1-3). Unpolare Lösungsmittel geben die höchste Abtragsleistung, während polare Lösungsmittel niedrigerere Abtragsraten geben. Es wird empfohlen, dass der Benutzer mindestens polare nicht mischbare Lösungsmittel auswählen, das die Mischung auflösen wird. Bisulfit-Lösungen befinden sich im Gleichgewicht mit Schwefeldioxid-Gas, die unerwünschte Nebenreaktionen, besonders mit Alkenen6,7verursachen können. Die Löslichkeit von Schwefeldioxid ist niedriger in unpolaren Lösungsmitteln8,9,10. Bei Anwendung dieser Methode auf Alken-haltigen Verbindungen, empfiehlt sich die Verwendung von Hexanes, Pentan oder Petrolether, die Generation von Verunreinigungen während der Extraktion Protokoll verursacht durch Schwefeldioxid zu begrenzen. Da diese Lösungsmittel nicht polaren organische Verbindungen auflösen, darf jedoch Chloroform eine geeignete Alternative für Mischungen, die polaren Komponenten. Es ist nicht so effektiv wie aliphatischen Lösungsmittel bei der Minimierung unerwünschter Zersetzung, aber gibt bessere Ergebnisse im Zusammenhang mit der Nutzung von 10 % Ethylacetat/Hexanes.

Anpassung an neuartigen chemischen Mischungen kann die Optimierung der Identität und Mengen der mischbar und nicht mischbare Lösungsmittel erfordern. Aromatische Aldehyde sind besonders gute Substrate für die Bisulfit-Protokoll, so dass für die Nutzung des Protokolls bequemer Methanol. Aliphatische Aldehyde und Ketone geben niedrigerere im Vergleich zu aromatischen Aldehyden Abtragsraten, Dimethylformamid dient daher um hohe Abtragsraten zu pflegen, für diese Substrate. Dieses Protokoll wurde für die Trennung der äquimolaren Verhältnisse von reaktiven und nicht-reaktiven Komponenten optimiert. Anpassungen des Protokolls sollte auf die ursprünglichen Verhältnisse der Komponenten in der ursprünglichen Probe für neuartige chemische Gemische Basis erfolgen. Z. B. wenn nur Spur Aldehyd werden entfernt muss, kann Schritt 1 die geeignetere Wahl sein. Wenn Sie ausgewählt haben, verwenden Sie 1 für eine einfachere und weniger zeitaufwendig Trennung, und Verfahren 2 für höhere Reinheit für das zurückgewonnene Material.

Bei der Durchführung dieses Protokolls gibt es mehrere Beobachtungen, die den Benutzer, die das Protokoll für ihre speziellen chemischen Szenario anpassen helfen können. Wenn die Mischung nicht vollständig in der mischbar Lösungsmittel (Schritt 1.1) löst, sollte verschiedene Lösungsmittel mischbar ausgewählt werden, die die Polarität der bestimmten chemischen Mischung unter Prüfung besser entspricht. Wenn Bisulfit (Schritt 1.2) hinzugefügt wird, wird ein trüber weißer Niederschlag häufig beobachtet. Dieser Niederschlag ist die Bisulfit Addukt. Es wird nicht immer beachtet, da es löslich in der mischbar Lösungsmittel/wässrigen Bisulfit-Mischung sein kann. Wenn Wasser und einem nicht mischbare Lösungsmittel eingeführt (Schritt 1.3), keine Feststoffe sollte ersichtlich sein. Wenn Feststoffe zu beobachten sind, ist es ein Hinweis, dass eine oder beide Komponenten nicht in der wässrigen oder organischen Schicht löslich sind. Wenn die nicht-reaktiven Komponente nicht löslich ist, kann dieses Problem gelöst werden, indem Sie die Identität des nicht mischbare Lösungsmittel anpassen. Z. B. Carbonsäuren sind sehr polar, und 10 % Ethylacetat/Hexanes sind daher unzureichend Oberflächenladungen. Einfach ändern das Lösungsmittel mischbar, 50 % Ethylacetat/Hexanes erlaubt für hervorragende Reinigung von Cinnamic Acid 43 von Anisaldehyde (Abbildung 3). Wenn die reaktive Komponente ist unlöslich, die Menge des Wassers kann erhöht werden, um besser auflösen, die die Bisulfit Addukte oder mehrere Wasser wäscht können verwendet werden, um zu entfernen das Bisulfit Addukt. Wenn die Zugabe von zweimal das Volumen des Wassers nicht ausreicht, um die Bisulfit aufzulösen ist Addukt, das Gemisch kann auch durch Celite Volumenkörper zu entfernen gefiltert werden Bisulfit Addukt aus der Mischung, bevor Sie fortfahren mit dem nächsten Schritt fort. Sobald das Material getrocknet und das Lösungsmittel entfernt wurde, können 1H NMR-Analyse und die Massenbilanz bei der Problembehandlung des Protokolls. Wenn die Trennung schlecht ist, wird die Masse deuten auf das Vorhandensein der Aldehyd oder Keton und die Signale entsprechend der Aldehyd oder Keton in der 1H-NMR-Spektrum beobachtet werden. Verbesserte Trennung erforderlich ist, empfiehlt Verfahren 2. Spitzen ungebunden mit beiden Komponenten eingehalten, Zersetzung durch Schwefeldioxid aufgetreten. In diesen Fällen empfiehlt sich Verfahren 3.

Die Bisulfit-Protokoll kann auch verwendet werden, die reaktive Komponente neu zu isolieren, durch die Umkehrung der Bisulfit Additionsreaktion mit Schritt 4. Dies kann durch Basification der wässrigen Schicht und Extraktion mit einem nicht mischbare Lösungsmittel erfolgen. Die Identität des Sockels kann variiert werden. Natriumhydroxid wird empfohlen für völlige Umkehrung der Reaktion. Für enolizable Carbonylverbindungen sollten eine schwächere Basis zur Deprotonierung zu verhindern. Dies verhindert, dass unerwünschte Nebenreaktionen, wie z. B. die Aldol-Reaktion-11. Wenn die Carbonyl-Komponente eine enolizable α-chirale Zentrum verfügt, ist Epimerization oder Racemisierung auch Anliegen. Die geeignete Unterlage variieren je nach der PKA-Wert des Substrates. Natriumkarbonat wird nicht empfohlen, aufgrund der Erzeugung von Kohlendioxid bei der Ergänzung der Bisulfit Addukt-haltige wässrige Schicht, die eine gefährliche Situation schaffen können, es sei denn, sorgfältig kontrolliert. Es wird empfohlen, Natriumphosphat tribasic. Die Umkehr-Reaktion ist pH-abhängig, daher die Reaktion wird nicht wie beim begünstigt mit schwächeren Grundlagen. Um die Erholung zu verbessern, kann La Châtelier Prinzip ausgenutzt werden, durch den Einsatz einen großen Überschuss an der Basis zu helfen, die Reaktion nach vorne schieben. Mehreren Extraktionen sind auch empfohlen, Wiederherstellung der Carbonyl-Komponente aufgrund der verringerten Favorability der Reaktion bei niedrigeren pH-Werten zu erhöhen. Der Erfolg dieses Protokolls kann beobachtet werden, um 1H NMR-Analyse: erhebliche Verunreinigung Spitzen zeigen, dass Enolization gefolgt von unerwünschten Nebenreaktionen, wie z. B. die Aldol-Reaktion, stattgefunden haben. Ist mehr als ein Stereocenter, würde die Beobachtung des Epimers auch deuten Enolization aufgetreten ist. Wenn es keine anderen Stereozentren gibt, kann optische Drehung durchgeführt werden, um die Beibehaltung der optische Reinheit zu beurteilen. Chirale HPLC-Analytik kann verwendet werden, um optische Reinheit festzustellen, ob die optische Drehwert nicht verfügbar ist.

Diese Methode ist äußerst oberflächlich durchzuführen und im Vergleich zu alternativen Keton und Aldehyd-Entfernung-Protokolle zu optimieren. Das gesamte Protokoll kann in weniger als 15 Minuten mit gemeinsamen Labor-Ausrüstung in einem typischen organischen Chemie-Labor durchgeführt werden. Die Methode ist äußerst anpassungsfähig an neue Situationen und kann leicht bereinigt werden, um Schwankungen in der Polarität von Substraten von Interesse. Die funktionelle Gruppe Toleranz ist unglaublich breit, wodurch dieses Protokoll für die meisten chemischen Trennungen mit einer reaktiven Carbonyl-Komponente. Das Protokoll kann angepasst werden, um unerwünschte Nebenreaktionen verursacht durch das Vorhandensein von Schwefeldioxid aus Bisulfit generiert zu mildern. In Anbetracht die Prävalenz von Reaktionen, die reaktive Carbonylverbindungen in der organischen Chemie, ist die Fähigkeit, schnell und einfach entfernen überschüssige Reagenzien oder Verunreinigungen aus Mischungen, oder neu isolieren diese Materialien äußerst wertvoll. In Zukunft hoffen wir, dieses Protokoll für das schwierigere Reinigung Problem zu isolieren, Naturprodukte, die reaktive Carbonylverbindungen aus ganzen Organismen enthalten anzupassen.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Bestätigung erfolgt an die Spender der amerikanischen chemischen Gesellschaft Petroleum Research Fund für partielle Unterstützung dieser Forschung. Wir sind dankbar für die National Science Foundation (CHE-0619275 und CHE-0963165) für Renovierung und Instrumentierung Zuschüsse, die diese Forschung unterstützt.

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).
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Trennung von Aldehyden und reaktive Ketone von Mischungen mit einem Bisulfit-Extraktion-Protokoll
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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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