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Chemistry

Separación de aldehidos y cetonas reactivas de mezclas mediante un protocolo de extracción de bisulfito

Published: April 2, 2018 doi: 10.3791/57639

Summary

Aquí, presentamos un protocolo para eliminar aldehídos y cetonas reactivas de mezclas mediante un protocolo de extracción líquido-líquido directamente con bisulfito de sodio saturado en un solvente miscible. Este protocolo combinado es rápido y fácil de realizar. El aldehído o cetona puede aislarse nuevamente por basification de la capa acuosa.

Abstract

La purificación de compuestos orgánicos es un componente esencial de las operaciones sintéticas de rutina. La capacidad para eliminar los contaminantes en una capa acuosa generando una estructura cargada proporciona la oportunidad de utilizar extracción como una técnica de purificación simple. Combinando el uso de un disolvente orgánico miscible con bisulfito de sodio saturado, aldehídos y cetonas reactivas puede con éxito transformarse cargado bisulfito de aductos que puede entonces ser separados de otros componentes orgánicos de una mezcla por la introducción de una capa orgánica inmiscible. Aquí, describimos un protocolo simple para la remoción de aldehídos, incluyendo aldehídos Neopentilglicol sterically obstaculizado y algunas cetonas, de mezclas químicas. Las cetonas pueden ser separadas si ellos son sterically unhindered cíclica o metil cetonas. Para alifáticos aldehinos y cetonas, dimetilformamida se utiliza como solvente miscible para mejorar las tasas de extracción. Puede invertirse la reacción de adición de bisulfito por basification de la capa acuosa, lo que permite el nuevo aislamiento del componente carbonilo reactivo de una mezcla.

Introduction

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La separación de componentes de mezclas entre ellas es esencial para la preparación de los materiales puros. El método descrito en este documento permite la fácil separación de aldehinos y sterically unhindered cíclico y metil cetonas de otras moléculas orgánicas1. La técnica se basa en la reactividad de bisulfito con el grupo carbonilo para crear un aducto que se puede separar en una capa acuosa, mientras que otros componentes de separan en una capa orgánica inmiscible. La clave para alcanzar la reactividad entre el bisulfito y el carbonilo es el uso de un solvente miscible, que permite la reacción que tendrá lugar antes de la separación en fases separadas. Sin la adición de la separación mínima solvente miscible es obtenida, presumiblemente debido al mal contacto entre el bisulfito hidrofílico y los compuestos orgánicos hidrofóbicos.

La ventaja de este método de separación para la purificación es la facilidad del protocolo. Extracción líquido-líquido es una operación sencilla de realizar y puede llevarse a cabo en gran escala. Técnicas de purificación alternativos, tales como cromatografía en columna, son mucho más costosos, desperdiciadores de tiempo y difíciles de realizar en gran escala y requieren suficiente diferenciación de los componentes en términos de polaridad. La purificación por recristalización o destilación requiere suficiente diferenciación entre la solubilidad y puntos de ebullición de los componentes de la mezcla, respectivamente. Porque extracción de bisulfito se basa en la diferencia en la reactividad del grupo carbonilo de aldehídos y cetonas, compuestos con similar solubilidad, puntos de ebullición o polaridades pueden separar con eficacia. Otros métodos de separación químicos existen para la separación selectiva de aldehídos y cetonas de mezclas, por ejemplo, la formación selectiva de oximas2, Acetales cíclicos3o mercaptal4 formación. Estos métodos requieren un paso adicional para separar las especies formadas de la mezcla, porque el producto no es soluble en agua y por lo tanto no se puede separar por un protocolo de extracción simple. Oxidación del aldehído para formar ácidos carboxílicos extraíbles es otro había comunicado técnica5, pero el paso de oxidación requiere menos estereoselectiva que las condiciones de bisulfito leve descrita en este documento y requiere el uso de gas de oxígeno y un catalizador de cobalto.

Este método es aplicable a la separación de aldehidos (figura 1) y unhindered sterically cíclicas y metil cetonas (figura 2) de las moléculas que no contienen estos grupos funcionales. Particularmente reactivas cetonas, como la α-ceto ésteres también se quitan usando este proceso. Alcanos, alquenos, dienos, alquinos, ésteres, amidas, ácidos carboxílicos, halides alkyl, alcoholes, fenoles, nitrilos, cloruros de bencil, epóxidos, anilinas, acetales, y ligeramente obstaculizado, α, β-insaturado, o aril cetonas son todos no reacciona en las condiciones y se puede separar del aldehino o cetona reactivo componente de la mezcla (figuras 2 y figura 3). Cetonas Ethyl o cetonas cíclicas α-sustituido, por ejemplo, son suficientemente obstaculizadas y por lo tanto son separables de aldehídos y cetonas más reactivas. Al usar los alkenes, hexano se recomienda como el solvente inmiscible para evitar descomposición no deseada debido al dióxido de azufre presente en la solución de bisulfito. La compatibilidad de grupo funcional del Protocolo de extracción de bisulfito es extremadamente amplia y por lo tanto es aplicable a una gama muy amplia de las separaciones, si el contaminante de carbonilo que se separará de la mezcla es un aldehído o una sin obstáculos metilo o cetona cíclica. Menos reactivas cetonas no reaccionan con bisulfito bajo estas condiciones y por lo tanto no se quitan.

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Protocol

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1. estándar protocolo para la separación de aldehídos aromáticos de una mezcla. Ejemplo: Separación de butirato de bencilo de una mezcla 1:1 con Anisaldehyde.

  1. Disolver 175 μL de anisaldehyde y 250 μL de butirato de bencilo en 5 mL de metanol y transferir la solución a un matraz de filtración.
    PRECAUCIÓN: Bisulfito de sodio puede generar gas de dióxido de sulfuro, así este protocolo debe realizarse con ventilación adecuada, como en una campana de humos.
  2. Añadir 1 mL de bisulfito de sodio acuoso saturado y agitar vigorosamente durante aproximadamente 30 s.
  3. Añadir 25 mL de agua desionizada y 25 mL de 10% de acetato de etilo/hexanes y agite vigorosamente.
  4. Separar las capas. Secar la capa orgánica con sulfato de magnesio anhidro. Filtrar la solución para eliminar el sulfato de magnesio y concentrarse en vacío usando un evaporador rotatorio.

2. separación de alifáticos aldehinos y cetonas de una mezcla. Ejemplo: Separación de butirato de bencilo de una mezcla 1:1 con Benzylacetone.

  1. Disolver 213 μL de benzylacetone y 250 μL de butirato de bencilo en 10 mL de dimetilformamida y transferir la solución a un matraz de filtración.
    PRECAUCIÓN: Bisulfito de sodio puede generar gas de dióxido de sulfuro, así este protocolo debe realizarse con ventilación adecuada, como en una campana de humos.
  2. Añadir 25 mL de bisulfito de sodio acuoso saturado y agitar vigorosamente durante aproximadamente 30 s.
  3. Añadir 25 mL de agua desionizada y 25 mL de 10% de acetato de etilo/hexanes y agite vigorosamente.
  4. Separar las capas. Volver a la capa acuosa al embudo de separatory, añadir 25 mL de 10% de acetato de etilo/hexanes y agite vigorosamente. La capa acuosa, dejando la capa orgánica en el embudo de desagüe. Añadir la capa orgánica anterior hacia el embudo.
  5. Lavar las capas orgánicas combinadas tres veces con agua desionizada (10 mL en cada lavado). Secar la capa orgánica con sulfato de magnesio anhidro. Filtrar la solución para eliminar el sulfato de magnesio y concentrarse en vacío usando un evaporador rotatorio.

3. separación de aldehídos de una mezcla que contiene un Alkene. Ejemplo: Separación de butirato de bencilo de una mezcla 1:1 con Citronelal.

  1. Disolver 255 μL de Citronelal y 250 μL de butirato de bencilo en 10 mL de dimetilformamida y transferir la solución a un matraz de filtración.
    PRECAUCIÓN: Bisulfito de sodio puede generar gas de dióxido de sulfuro, así este protocolo debe realizarse con ventilación adecuada, como en una campana de humos.
  2. Añadir 25 mL de bisulfito de sodio acuoso saturado y agitar vigorosamente durante aproximadamente 30 s.
  3. Añadir 25 mL de agua desionizada y 25 mL de hexanes y agite vigorosamente.
  4. Separar las capas. Retomar la capa acuosa del embudo de separatory, añadir hexanes 25 mL y agitar enérgicamente. La capa acuosa, dejando la capa orgánica en el embudo de desagüe. Añadir la capa orgánica anterior hacia el embudo.
  5. Lavar las capas orgánicas combinadas tres veces con agua desionizada (10 mL en cada lavado). Secar la capa orgánica con sulfato de magnesio anhidro. Filtrar la solución para eliminar el sulfato de magnesio y concentrarse en vacío usando un evaporador rotatorio.

4. re-aislamiento de aldehídos de una mezcla. Ejemplo: Separación de Piperonal de una mezcla 1:1 con butirato de bencilo.

  1. Disolver 217 mg de piperonal y 250 μL de butirato de bencilo en 5 mL de metanol y transferir la solución a un matraz de filtración.
    PRECAUCIÓN: Bisulfito de sodio puede generar gas de dióxido de azufre, por lo tanto, este protocolo debe realizarse con ventilación adecuada, como en una campana de humos.
  2. Añadir 1 mL de bisulfito de sodio acuoso saturado y agitar vigorosamente durante aproximadamente 30 s.
  3. Añadir 25 mL de agua desionizada y 25 mL de 10% de acetato de etilo/hexanes y agite vigorosamente.
  4. Separar las capas. Nuevamente la capa acuosa del embudo.
    1. Opcional: Lavado acuoso capa una vez con 25 mL de acetato de etilo/hexanes del 10% para eliminar la pequeña cantidad de butirato de bencilo restantes.
  5. Añadir 25 mL de acetato de etilo y agregar luego 50% hidróxido de sodio hasta una tira de pH indica que el pH es 12. Agite vigorosamente.
    PRECAUCIÓN: Evolución de Gas se ha observado durante este paso y puede causar la acumulación de la presión. Asegúrese de ventilar adecuadamente el embudo. Ampliar este procedimiento hará que la evolución de gas más pronunciado. Tenga cuidado.
  6. Separar las capas. Devolver la capa acuosa para el matraz y añadir 25 mL de acetato de etilo. Agite vigorosamente.
  7. Separar las capas. Combinar la capa orgánica con la capa orgánica del paso anterior. Secar la capa orgánica combinada con sulfato de magnesio anhidro. Filtrar la solución para eliminar el sulfato de magnesio y concentrarse en vacío usando un evaporador rotatorio.

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Representative Results

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Procedimiento 1 para el retiro del aldehino se utiliza para aldehídos aromáticos. Procedimiento 2, en el cual dimetilformamida se utiliza como disolvente miscible, puede usarse para cetonas y Aldehídos alifáticos. Procedimiento 2 también puede usarse para mezclas que no son totalmente solubles en metanol. El material obtenido de cada uno de los protocolos se analiza para pureza utilizando 1análisis de integración H NMR y tasa de recuperación por la masa. Recuperaciones y purezas típicos son más del 95% (figura 1). Una exitosa separación viene determinada por la falta de 1H NMR señales derivadas del componente de aldehído o cetona (figura 4 y figura 5). Diagnóstica particular de una separación exitosa es la ausencia de un pico entre el 9 y 10 ppm al retirar un aldehído. Si la separación no ocurre, puede ser debido a la falta de suficiente reactividad de bisulfito con el compuesto de carbonilo. No se pueden quitar usando este método (figura 2) cetonas conjugadas o cetonas sterically obstaculizado.

Al utilizar compuestos que contengan el alkene, el material recuperado se ha observado que contienen impurezas significativas cuando se utiliza el procedimiento estándar 1 o 2 , según lo determinado por la presencia de picos no identificados en el 1H NMR ( Figura 6). Para estos sustratos, modificado procedimiento 3, empleando hexanes, limita la degradación causada por el dióxido de sulfuro disuelto ()figura 7). Si hexanes son también no-polar para disolver las moléculas de interés, según lo indicado por la formación de sólidos, cloroformo puede utilizarse, aunque se observa un aumento en la degradación con este solvente respecto hexanes (figura 1).

Si se desea volver a aislamiento del reactivo aldehino o cetona, procedimiento 4 puede utilizarse para revertir la reacción y reformar el carbonyl compuesto. Un lavado opcional puede utilizarse para extraer la pequeña cantidad restante componente no carbonilo (figura 8 y figura 9).

Figure 1
Figura 1 . Representante separaciones indican alcance amplio sustrato con respecto a la aldehído socio7. (a) butirato de bencilo (250 μL, 1,4 mmol) y aldehídos (1,4 mmol) fueron disueltos en 5 mL de metanol, agregar 25 mL de bisulfito de sodio acuoso saturado, sacudido por aproximadamente 30 s, diluidos con 25 mL de agua y extraer con 25 mL de acetato de etilo/hexanes 10%. (b) dimetilformamida utilizado en lugar de metanol. (c) requiere filtración a través de Celite. (d) hexanes fue utilizado en lugar de 10% de acetato de etilo/hexanes. (e) el cloroformo fue utilizado en lugar de 10% de acetato de etilo/hexanes. Tenga en cuenta que algunos de estos valores son para condiciones de unoptimized. Usando 1 mL de bisulfito de sodio acuoso saturadoda tasas de eliminación para aldehídos aromáticos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2 . Las cetonas por lo general caen en dos categorías distintas: reactiva y unreactive7. (a) cetona (1,4 mmol) y butirato de bencilo (250 μl, 1,4 mmol) fueron disueltos en 5 mL de metanol, agregar 25 mL de bisulfito de sodio acuoso saturado, sacudido por aproximadamente 30 s, diluidos con 25 mL de agua y extraer con 25 mL de acetato de etilo/hexanes 10%. (b) dimetilformamida utilizado en lugar de metanol. La capa acuosa se extrajo dos veces. La capa orgánica se lavó tres veces con agua. (c) requiere filtración para remover sólido bisulfito aducción. (d) se utiliza en lugar de 10% de acetato de etilo/hexanes pentano. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3 . Representante separaciones indican alcance amplio sustrato con respecto a la pareja unreactive7. (a) sustrato (1,4 mmol) y anisaldehyde (175 μL, 1,4 mmol) fueron disueltos en 5 mL de metanol, agregar 25 mL de bisulfito de sodio acuoso saturado, sacudido por aproximadamente 30 s, diluidos con 25 mL de agua y extraer con 25 mL de acetato de etilo/hexanes 10%. (b) dimetilformamida utilizado en lugar de metanol. Acetato de etilo se utiliza en lugar de 10% de acetato de etilo/hexanes. La capa acuosa se extrajo dos veces. La capa orgánica se lavó tres veces con agua. (c) 50% acetato de etilo/hexanes utilizados en lugar de 10% de acetato de etilo/hexanes. (d) la capa acuosa se extrajo tres veces. (e) pentano fue utilizado en lugar de 10% de acetato de etilo/hexanes. (f) hexanes fue utilizado en lugar de 10% de acetato de etilo/hexanes. Tenga en cuenta que estos valores son condiciones unoptimized. Usando 1 mL de bisulfito de sodio acuoso saturado da mayores tasas de eliminación para aldehídos aromáticos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4 . Representante 1H NMR de una separación indica la presencia del componente carbonil. Todas las señales correspondientes a los hidrógenos del componente carbonilo son visibles, pero la presencia de la señal de hidrógeno aldehino, que normalmente llega entre 9-10 ppm, es particularmente diagnóstica. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5 . Representante 1H NMR de una exitosa separación indica retiro completo del componente carbonilo reactivo. Ninguna de las señales correspondientes a los hidrógenos del componente carbonilo son accesibles. La ausencia de la señal de hidrógeno aldehino, que normalmente llega entre 9-10 ppm, es de diagnóstica particularmente en la eliminación de aldehído. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 6
Figura 6 . Representante 1H NMR de una separación fracasada de un aldehído que contiene alqueno muestra una gran cantidad de picos de impureza. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 7
Figura 7 . Representante 1H NMR de una separación exitosa de un aldehído que contiene alqueno muestra sólo picos de impureza pequeña y aldehído restantes muy poco. Por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 8
Figura 8 . Representante 1H NMR de un re-aislamiento acertado de un aldehído sin lavado opcional. La presencia del componente que contiene carbonilo no es aparente, como las señales de hidrógeno correspondiente a este compuesto son visibles, pero la cantidad de este contaminante es muy pequeña. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 9
Figura 9 . Representante 1H NMR de un re-aislamiento acertado de un aldehído con el lavado opcional. La presencia del componente no-carbonilo es casi indetectable por 1H NMR cuando se utiliza el lavado opcional de la capa acuosa antes basification. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

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Inicial intenta utilizar la reacción del bisulfito como un método para eliminar aldehídos mediante una extracción de 2 fases típica llevada a niveles muy bajos de retiro. La hipótesis de que la reacción no fue lo suficientemente rápida como para ocurrir durante el tiempo muy limitado que las dos capas en contacto. Para aumentar el contacto entre los reactantes, hemos desarrollado un protocolo de extracción de dos fases en el que un disolvente miscible con agua se utiliza inicialmente para permitir suficiente mezcla de los reactivos antes de la introducción de un solvente inmiscible. La introducción del disolvente inmiscible entonces permite la separación de la carga bisulfito aducción desde el componente orgánico sin cargar. El paso crítico en el protocolo es el uso de un solvente orgánico miscible que mejora el contacto entre el bisulfito acuosa y los componentes solubles orgánicos. La identidad de los solventes miscibles e inmiscibles puede ser variada, así como la relación y la identidad de los socios del reactivos, la escala del protocolo y la incorporación de una variedad de extracciones adicionales o lavados en el protocolo. Esto permite la aplicación y adaptación de este protocolo a la separación de una amplia gama de mezclas químicas que contengan un componente de carbonilo reactivo.

Al adaptar este protocolo nuevas mezclas químicas, debe tener cuidado para evitar la evolución de gas o generación de calor excesivo. El usuario debe comprobar compatibilidad química antes de intentar el protocolo de bisulfito. Soluciones de bisulfito pueden evolucionar dióxido de azufre, que puede conducir a la acumulación de presión. Bisulfito debe utilizarse con precaución en combinación con carbonato de sodio o bicarbonato de sodio, debido a la generación de dióxido de carbono. Es aconsejable que bisulfito debe agregarse lentamente a la evolución de gas control y la generación rápida de calor. Las separaciones de ejemplo descritas no generan calor excesivo o a gas, pero estas preocupaciones de seguridad surgen cuando adaptar el protocolo a situaciones novedosas o al aumentar la escala del protocolo. El protocolo debe realizarse en una campana de humos para asegurar una ventilación adecuada. Bisulfito es un reactivo reductor y un ácido débil, que debe ser tenido en cuenta para cualquier nueva adaptación de este protocolo. Por ejemplo, más Aminas alifáticas son sustratos inadecuados debido a una reacción ácido-base no deseado con el ion bisulfito (figura 3).

La identidad del disolvente miscible puede ser variada con un impacto mínimo en las tasas de extracción. De hecho, más solventes miscibles darán tasas de remoción mejorada en comparación con el metanol, con la excepción de tetrahidrofurano1. El metanol es preferible a la mayoría de los otros solventes miscible porque divide en la capa acuosa más eficazmente y disolventes restantes se quitan fácilmente en evaporación rotatoria, debido a su volatilidad relativamente alta. El segundo mejor disolvente, en términos de facilidad de uso, es dimetilformamida. Dimetilformamida da tasas de extracción superior, pero requiere agua adicional se lava para quitar el solvente residual, debido a su baja volatilidad y menor coeficiente de partición favorable. Acetona debe ser evitada, debido a la reacción competitiva con bisulfito. Dimetil sulfóxido también no se recomienda, debido a la generación de olores desagradables asociados a las condiciones ligeramente reductoras. Porque se encontraron todos los disolventes miscibles probados funcionamiento comparable, es posible utilizar este protocolo directamente en las mezclas de reacción empleando estos solventes, como todos los productos químicos presentes son compatibles. El volumen de solvente miscible utilizado tiene un impacto en la tasa de extracción1, por lo que el volumen de la reacción, si se utiliza directamente, debe ajustarse apropiadamente, ya sea por evaporación o disolución.

La identidad del disolvente inmiscible puede también ser variado (figura 1-3). Solventes no-polares dan las mayores tasas de retiro, mientras que solventes polares dan menores tasas de eliminación. Se recomienda que el usuario seleccione el disolvente inmiscible menos polar que se disuelve la mezcla. Soluciones de bisulfito están en equilibrio con dióxido de azufre, que puede causar reacciones laterales no deseados, particularmente con los alkenes6,7. La solubilidad del dióxido de azufre es menor en solventes no polares8,9,10. Al aplicar este método al alkene contiene compuestos, se recomienda el uso de hexanes, pentano o éter de petróleo para limitar la generación de las impurezas durante el protocolo de extracción causada por el dióxido de azufre. Ya que estos disolventes no disuelven compuestos orgánicos polares, sin embargo, cloroformo puede ser una alternativa adecuada para las mezclas que contengan componentes polares. No es tan eficaz como solventes alifáticos, reducir al mínimo la descomposición no deseada, pero da mejores resultados en relación con el uso de 10% de acetato de etilo/hexanes.

Adaptación a las nuevas mezclas químicas puede requerir la optimización de la identidad y cantidad de los solventes miscibles y no miscibles. Aldehídos aromáticos son sustratos particularmente buenos para el protocolo de bisulfito, permitiendo el uso del protocolo más conveniente de metanol. Cetonas y Aldehídos alifáticos dan tasas más bajas de retiro comparadas con aldehídos aromáticos, por lo tanto, para mantener las tasas de extracción alta, dimetilformamida se utiliza para estos sustratos. Este protocolo se ha optimizado para la separación de proporciones equimolares de componentes reactivos y no reactivos. En el protocolo deben hacerse ajustes basados en las proporciones iniciales de los componentes de la muestra original para nuevas mezclas químicas. Por ejemplo, si sólo aldehino del rastro debe ser extirpado, procedimiento 1 puede ser la opción más adecuada. Al seleccionar, usar el procedimiento 1 para un más simple y menos desperdiciadora de tiempo separación y procedimiento 2 para mayor pureza del material recuperado.

Cuando se realiza este protocolo, hay varias observaciones que pueden ayudar a que el usuario ajuste el protocolo para su escenario particular de química. Si la mezcla no se disuelve completamente en el solvente miscible (paso 1.1), un disolvente miscible diferentes debe seleccionarse que mejor coincida con la polaridad de la mezcla química particular bajo examen. Cuando bisulfito es añadido (paso 1.2), a menudo se observa un precipitado blanco nublado. Este precipitado es el bisulfito aducción. No se siempre respeta, puesto que puede ser soluble en la mezcla de bisulfito acuosa/solvente miscible. Cuando se introdujeron agua y un solvente inmiscible (paso 1.3), no sólidos deben ser evidentes. Si se observan sólidos, es un indicio de que uno o ambos componentes no son solubles en la capa acuosa u orgánica. Si el componente no reactivo no es soluble, este problema puede resolverse ajustando la identidad del disolvente inmiscible. Por ejemplo, los ácidos carboxílicos son muy polares y por lo tanto, 10% acetato de etilo/hexanes son insuficientemente solvating. Simplemente cambiando el disolvente miscible a 50% acetato de etilo/hexanes permitidas excelente purificación de ácido cinámico 43 de anisaldehyde (figura 3). Si el componente reactivo es insoluble, puede aumentar la cantidad de agua para disolver mejor el bisulfito aductos o múltiples lavados de agua pueden utilizarse para eliminar el bisulfito aducción. Si la adición de dos veces el volumen de agua no es suficiente para disolver el bisulfito aducción, también puede filtrar la mezcla a través de Celite para quitar los sólidos bisulfito aducción de la mezcla antes de proceder al siguiente paso. Una vez que el material se ha secado y se ha eliminado el disolvente, análisis de 1H NMR y el balance de masas pueden ayudar a solucionar problemas del protocolo. Si la separación es mala, la masa indica la presencia del aldehído o cetona, y las señales correspondientes a la aldehído o cetona se observará en el espectro de 1H NMR. Si mejor separación se requiere, se recomienda el procedimiento 2. Si se observan picos no afiliados con cualquiera de los dos componente, pudo haber ocurrido descomposición debido al dióxido de azufre. Para estas situaciones, se recomienda el procedimiento 3.

El protocolo de bisulfito puede utilizarse también para volver a aislar el componente reactivo invirtiendo la reacción de adición de bisulfito mediante procedimiento 4. Esto puede hacerse por basification de la capa acuosa y la extracción con un solvente inmiscible. La identidad de la base puede variar. Hidróxido de sodio se recomienda para la completa reversión de la reacción. Para los compuestos de carbonyl enolizables, una base más débil puede usarse para prevenir la desprotonación. Esto evita reacciones laterales no deseadas, como la reacción del aldol del11. Si el componente de carbonilo tiene un centro quiral α enolizables, Epimerización o racemización es también preocupante. La base apropiada variará dependiendo del pKa del sustrato. Carbonato de sodio no se recomienda, debido a la generación de dióxido de carbono en adición a la bisulfito aducción-que contiene acuoso capa, que puede crear una situación peligrosa a menos que cuidadosamente controladas. Recomendamos fosfato de sodio tribásico. La reacción de reversión es dependiente del pH, por lo tanto la reacción no será como cuando favoreció con bases más débiles. Para mejorar la recuperación, principio de La Châtelier puede ser explotado mediante el empleo de un exceso de la base para ayudar a impulsar la reacción. Extracciones múltiples también se recomiendan para aumentar la recuperación del componente carbonilo debido a la favorabilidad de disminución de la reacción en valores de pH más bajos. El éxito de este protocolo puede ser observado por 1análisis NMR de H: picos de impureza importante indicar eso enolization seguido por reacciones laterales no deseadas, como la reacción del aldol, se han producido. Si hay más de un stereocenter, la observación de epímeros indicaría también enolization ha ocurrido. Si no hay ningún otros estereocentros, rotación óptica puede realizarse para evaluar la retención de pureza óptica. Análisis HPLC quiral pueden utilizarse para determinar pureza óptica si el valor de la rotación óptica no está disponible.

Este método es muy fácil de realizar y optimizar en relación con los protocolos de extracción alternativos cetona y aldehído. El conjunto del Protocolo puede realizarse en menos de 15 minutos con el equipo común de laboratorio disponible en el laboratorio de química orgánica típica. El método es extremadamente adaptable a nuevas situaciones y se puede ajustar fácilmente para tener en cuenta la variabilidad en la polaridad de los substratos de interés. La tolerancia del grupo funcional es increíblemente amplia, que hace que este protocolo aplicables a separaciones más químicas que implica un componente de carbonilo reactivo. El protocolo se puede adaptar para reducir reacciones laterales no deseadas causadas por la presencia de dióxido de azufre generado por bisulfito. Dada la prevalencia de reacciones con compuestos carbonilo reactivo en química orgánica, la capacidad para rápida y fácilmente eliminar exceso reactivos o impurezas de mezclas o volver a aislar a estos materiales es extremadamente valiosa. En el futuro, esperamos poder adaptar este protocolo el más difícil problema de purificación de aislamiento de productos naturales que contienen compuestos de carbonilo reactivo de organismos enteros.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Se hace reconocimiento a los donantes de americano químico sociedad investigación fondo petrolero para soporte parcial de esta investigación. Agradecemos a la National Science Foundation (-0619275 y-0963165) becas de renovación y la instrumentación que apoyaron esta investigación.

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).
Separación de aldehidos y cetonas reactivas de mezclas mediante un protocolo de extracción de bisulfito
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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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