Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Separation av aldehyder och reaktiva ketoner från blandningar med ett Bisulfite extraktion protokoll

Published: April 2, 2018 doi: 10.3791/57639

Summary

Här presenterar vi ett protokoll för att ta bort aldehyder och reaktiva ketoner från blandningar av ett vätska-vätska extraktion protokoll direkt med mättade natrium bisulfite i en blandbar vätska. Detta kombinerade protokoll är snabb och lättköpt att utföra. Den aldehyd eller keton kan isoleras åter av basification av vattenskiktet.

Abstract

Rening av organiska föreningar är en viktig del av syntetiska Rutinoperationer. Förmågan att ta bort föroreningar i ett vattenskiktet genom att generera en laddad struktur ger möjlighet att använda extraktion som en enkel reningsteknik. Genom att kombinera användningen av blandbar organiska lösningsmedel med mättade natrium bisulfite, aldehyder och reaktiva ketoner framgångsrikt kan omvandlas till debiteras bisulfite addukter som kan sedan skiljas från andra organiska komponenter i en blandning av de införandet av ett icke blandbara organiska skikt. Här beskriver vi ett enkelt protokoll för avlägsnande av aldehyder, inklusive koalisera hindrat neopentyl aldehyder och några ketoner, från kemiska blandningar. Ketoner kan separeras om de är koalisera obehindrat cyklisk eller metyl ketoner. För alifatiska aldehyder och ketoner används dimetylformamid som blandbar vätska för att förbättra avverkningshastigheter. Bisulfite tillägg reaktionen kan vändas genom basification av vattenskiktet, möjliggör ny isolering av reaktiva karbonyl-komponenten i en blandning.

Introduction

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

Separation av komponenter av blandningar från varandra är viktigt att beredningen av rena material. Den metod som beskrivs häri möjliggör lättköpt separation av aldehyder och koalisera obehindrat cyklisk och metyl ketoner från andra organiska molekyler1. Tekniken bygger på Reaktiviteten hos bisulfite med karbonyl gruppen Skapa en laddad addukt som kan delas in i en vattenskiktet, medan andra komponenter separat i ett icke blandbara organiska skikt. Nyckeln till att uppnå reaktivitet mellan bisulfite och karbonylgruppen är användningen av en blandbar vätska, vilket gör att reaktionen sker innan separationen i separata faser. Utan tillsats av blandbar vätska minimal avskiljandet erhålls, förmodligen på grund av dålig kontakt mellan den hydrofila bisulfite och den hydrofoba organics.

Fördelen med denna separationsmetod för rening är lättheten av protokollet. Vätska-vätska utvinning är en enkel operation att utföra, och kan genomföras i stor skala. Alternativa rening tekniker, såsom kolonnkromatografi, är mycket mer dyrt, tidskrävande och utmanande att utföra omfattande och kräver tillräcklig differentiering av komponenter i form av polaritet. Rening genom omkristallisering eller destillation kräver tillräcklig differentiering mellan löslighet eller kokpunkter av komponenterna i blandningen, respektive. Eftersom bisulfite utvinning beroende skillnaden i Reaktiviteten hos karbonyl gruppen av aldehyder och ketoner, kan föreningar med liknande löslighet, kokpunkter eller polariteter effektivt separeras. Det finns andra kemisk separationsmetoder för selektiv separation av aldehyder och ketoner från blandningar, till exempel selektiv bildandet av oximes2, cykliska acetaler3eller mercaptal4 bildandet. Dessa metoder kräver ett ytterligare steg för att skilja de bildade arterna från blandningen, eftersom produkten inte är vattenlösliga och därför inte kan separeras genom en enkel extraktion protokoll. Aldehyd oxidation bildar flyttbara karboxylsyror är en annan rapporterade teknik5, men krävs oxidering steget är mindre chemoselective än de milda bisulfite villkor beskrivs häri, och kräver användning av syrgas och kobolt katalysator.

Denna metod är tillämplig till avskiljandet av aldehyder (figur 1) och koalisera-obehindrat cykliska och metyl ketoner (figur 2) från molekyler som inte innehåller dessa funktionella grupper. Särskilt reaktiva ketoner, såsom α-keto estrar tas även med denna process. Alkaner, alkener, Diener, alkyner, estrar, amider, karboxylsyror, alkyl halider, alkoholer, fenoler, nitriler, bensyl klorider, epoxider, anilines, acetaler, och något hindras, α, β-omättade, eller aryl ketoner är alla föga reaktivt på villkor och kan skiljas från aldehyd eller reaktiva keton komponenten i blandningen (figur 2 och figur 3). Etyl ketoner eller α-substituerade cykliska ketoner, exempelvis hindras tillräckligt och därför kan skiljas från aldehyder och mer reaktiv ketoner. När du använder alkenes, rekommenderas hexan som blandbara lösningsmedlet att förhindra oönskade nedbrytning på grund av svaveldioxid bisulfite lösningen i. Funktionell grupp förenligheten av protokollet bisulfite utvinning är extremt bred och är därför tillämpliga på ett extremt stort antal separationer, om det främmande ämnet karbonyl avskiljas från blandningen är antingen en aldehyd eller ett obehindrat metyl eller cyklisk keton. Mindre reaktiv ketoner reagerar inte med bisulfite under dessa villkor och därför tas bort inte.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

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

1. standardprotokoll för Separation av aromatiska aldehyder från en blandning. Exempel: Separation av bensyl Butyrate från en 1:1 blandning med Anisaldehyde.

  1. Lös upp 175 μl av anisaldehyde och 250 μL av bensyl butyrate i 5 mL metanol och överför lösningen till en separatory tratt.
    Försiktighet: Natrium bisulfite kan generera svaveldioxid gas, således detta protokoll bör utföras med lämplig ventilation, såsom i dragskåp.
  2. Tillsätt 1 mL mättad vattenlösning natrium bisulfite och skaka kraftigt för ca 30 s.
  3. Tillsätt 25 mL avjoniserat vatten och 25 mL 10% etylacetat/hexanes och skaka kraftigt.
  4. Separata lager. Torka det organiska skiktet med vattenfritt magnesiumsulfat. Filtrera lösningen för att ta bort magnesiumsulfat och koncentrera sig i vakuum med en roterande indunstare.

2. separation av alifatiska aldehyder och ketoner från en blandning. Exempel: Separation av bensyl Butyrate från en 1:1 blandning med Benzylacetone.

  1. Lös upp 213 μL av benzylacetone och 250 μL av bensyl butyrate i 10 mL dimetylformamid och överför lösningen till en separatory tratt.
    Försiktighet: Natrium bisulfite kan generera svaveldioxid gas, således detta protokoll bör utföras med lämplig ventilation, såsom i dragskåp.
  2. Tillsätt 25 mL mättad vattenlösning natrium bisulfite och skaka kraftigt för ca 30 s.
  3. Tillsätt 25 mL avjoniserat vatten och 25 mL 10% etylacetat/hexanes och skaka kraftigt.
  4. Separata lager. Återgå vattenskiktet till separatory tratten, tillsätt 25 mL 10% etylacetat/hexanes och skaka kraftigt. Dränera vattenskiktet, lämnar det organiska lagret i separatory tratten. Lägga till föregående organiskt lager igen separatory tratten.
  5. Tvätta de kombinerade organiska skikt tre gånger med avjoniserat vatten (10 mL för varje tvätt). Torka det organiska skiktet med vattenfritt magnesiumsulfat. Filtrera lösningen för att ta bort magnesiumsulfat och koncentrera sig i vakuum med en roterande indunstare.

3. separation av aldehyder från en blandning som innehåller en Alken. Exempel: Separation av bensyl Butyrate från en 1:1 blandning med Citronellal.

  1. Lös upp 255 μL av citronellal och 250 μL av bensyl butyrate i 10 mL dimetylformamid och överför lösningen till en separatory tratt.
    Försiktighet: Natrium bisulfite kan generera svaveldioxid gas, således detta protokoll bör utföras med lämplig ventilation, såsom i dragskåp.
  2. Tillsätt 25 mL mättad vattenlösning natrium bisulfite och skaka kraftigt för ca 30 s.
  3. Tillsätt 25 mL avjoniserat vatten och 25 mL av hexanes och skaka kraftigt.
  4. Separata lager. Återgå vattenskiktet till separatory tratten, tillsätt 25 mL hexanes och skaka kraftigt. Dränera vattenskiktet, lämnar det organiska lagret i separatory tratten. Lägga till föregående organiskt lager igen separatory tratten.
  5. Tvätta de kombinerade organiska skikt tre gånger med avjoniserat vatten (10 mL för varje tvätt). Torka det organiska skiktet med vattenfritt magnesiumsulfat. Filtrera lösningen för att ta bort magnesiumsulfat och koncentrera sig i vakuum med en roterande indunstare.

4. ny isolering av aldehyder från en blandning. Exempel: Separation av Piperonal från en 1:1 blandning med bensyl Butyrate.

  1. Lös upp 217 mg piperonal och 250 μL av bensyl butyrate i 5 mL metanol och överför lösningen till en separatory tratt.
    Försiktighet: Natrium bisulfite kan generera svaveldioxid gas, således detta protokoll bör utföras med lämplig ventilation, såsom i dragskåp.
  2. Tillsätt 1 mL mättad vattenlösning natrium bisulfite och skaka kraftigt för ca 30 s.
  3. Tillsätt 25 mL avjoniserat vatten och 25 mL 10% etylacetat/hexanes och skaka kraftigt.
  4. Separata lager. Tillbaka vattenskiktet till separatory tratten.
    1. Valfritt: Tvätta vattenskiktet en gång med 25 mL 10% etylacetat/hexanes att ta bort den lilla mängden återstående bensyl butyrate.
  5. Tillsätt 25 mL etylacetat och sedan lägga 50% natriumhydroxid tills en pH-remsa indikerar att pH är 12. Skaka kraftigt.
    Försiktighet: Gas evolution har observerats under detta steg och kan orsaka tryckuppbyggnad. Se till att ventilera ordentligt separatory tratten. Skala upp detta förfarande kommer att göra gas evolution mer uttalad. Använd med försiktighet.
  6. Separata lager. Återgå vattenskiktet till separatory tratten och tillsätt 25 mL etylacetat. Skaka kraftigt.
  7. Separata lager. Kombinera det organiska lagret med det organiska lagret från föregående steg. Torka det kombinera organiska skiktet med vattenfritt magnesiumsulfat. Filtrera lösningen för att ta bort magnesiumsulfat och koncentrera sig i vakuum med en roterande indunstare.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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

Procedur 1 för aldehyd borttagning används för aromatiska aldehyder. Förfarande 2, där dimetylformamid används som blandbar lösningsmedlet, bör användas för alifatiska aldehyder och ketoner. Förfarande 2 bör också användas för blandningar som inte är helt lösliga i metanol. Det material som erhållits från samtliga protokoll analyseras för renhet med 1H NMR integration analys och återvinningsgraden av massan. Typiska föroreningar och återvinningar är större än 95% (figur 1). En framgångsrik separation bestäms av bristen på 1H NMR signalerar uppkommer komponenten aldehyd eller keton (figur 4 och figur 5). Särskilt diagnostik av en framgångsrik separation är avsaknaden av en topp mellan 9 och 10 ppm när du tar bort en aldehyd. Om separationen inte inträffar, kan det på grund av brist på tillräcklig bisulfite reaktivitet med den karbonyl-föreningen. Konjugerad ketoner eller koalisera-hindrat ketoner kan inte tas bort med den här metoden (figur 2).

När du använder alkene-innehållande föreningar, har det återvunna materialet observerats för att innehålla betydande föroreningar när standardförfarande 1 eller 2 är anställd, som bestäms av förekomsten av oidentifierade toppar i 1H NMR ( Figur 6). För dessa substrat, modifierade procedur 3, anställa hexanes, begränsar nedbrytningen orsakas av upplöst svaveldioxid ()figur 7). Om hexanes är också icke-polära att upplösa molekylerna av intresse, som indikeras av bildandet av fasta ämnen, kan kloroform användas, men en ökning av nedbrytningen observeras med detta lösningsmedel i förhållande till hexanes (figur 1).

Om ny isolering av reaktiva aldehyd eller keton önskas, kan procedur 4 användas omvänd reaktion och reformera karbonyl förening. En valfri tvätta kan användas för att ta bort den lilla mängden återstående icke-karbonyl-komponenten (figur 8 och figur 9).

Figure 1
Figur 1 . Representativa separationer ange breda substrat tillämpningsområde med avseende på den aldehyd partner7. (a) bensyl butyrate (250 μL, 1,4 mmol) och aldehyd (1,4 mmol) upplöstes i 5 mL metanol, 25 mL mättad vattenlösning natrium bisulfite lagt, skakas för cirka 30 s, utspädd med 25 mL vatten och extraheras med 25 mL 10% etylacetat/hexanes. (b) dimetylformamid används i stället för metanol. (c) krävs filtrering genom clotting. (d) hexanes användes i stället för 10% etylacetat/hexanes. (e) kloroform användes i stället för 10% etylacetat/hexanes. Observera att vissa av dessa värden för deoptymalizować villkor. Med 1 mL mättad vattenlösning natrium bisulfiteger högre avverkningshastigheter för aromatiska aldehyder. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2 . Ketoner normalt delas in i två distinkta kategorier: reaktiva och föga reaktivt7. a en keton (1,4 mmol) och bensyl butyrate (250 µL, 1,4 mmol) upplöstes i 5 mL metanol, 25 mL mättad vattenlösning natrium bisulfite lagt, skakas för cirka 30 s, utspädd med 25 mL vatten och extraheras med 25 mL 10% etylacetat/hexanes. (b) dimetylformamid används i stället för metanol. Vattenskiktet extraherades två gånger. Det organiska lagret spolades tre gånger med vatten. (c) krävs filtrering ta bort fast bisulfite addukt. (d) pentan används i stället för 10% etylacetat/hexanes. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3 . Representativa separationer ange breda substrat tillämpningsområde med avseende på den föga reaktivt partner7. (a) substrat (1,4 mmol) och anisaldehyde (175 μl, 1,4 mmol) upplöstes i 5 mL metanol, 25 mL mättad vattenlösning natrium bisulfite lagt, skakas för cirka 30 s, utspädd med 25 mL vatten och extraheras med 25 mL 10% etylacetat/hexanes. (b) dimetylformamid används i stället för metanol. Etylacetat används i stället för 10% etylacetat/hexanes. Vattenskiktet extraherades två gånger. Det organiska lagret spolades tre gånger med vatten. (c) 50% etylacetat/hexanes används i stället för 10% etylacetat/hexanes. (d) vattenskiktet extraherades tre gånger. (e) pentan användes i stället för 10% etylacetat/hexanes. (f) hexanes användes i stället för 10% etylacetat/hexanes. Observera att dessa värden för deoptymalizować villkor. Med 1 mL mättad vattenlösning natrium bisulfite ger högre avverkningshastigheter för aromatiska aldehyder. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4 . Representativa 1H NMR av en misslyckad separation indikerar förekomst av komponenten karbonyl. Alla de signaler som motsvarar hydrogens av komponenten karbonylgruppen är synliga, men förekomsten av aldehyd väte signalera, som vanligtvis kommer mellan 9-10 ppm, är särskilt diagnostiska. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5 . Representativa 1H NMR av framgångsrika avskiljande anger fullständig borttagning av reaktiva karbonyl-komponenten. Ingen av de signaler som motsvarar hydrogens av komponenten karbonylgruppen är synliga. Avsaknad av aldehyd väte signalera, som vanligtvis kommer mellan 9-10 ppm, är särskilt diagnostiska i aldehyd borttagning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6 . Representativa 1H NMR av en misslyckad separation av en alkene-innehållande aldehyd visar en betydande mängd förorening toppar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 7
Figur 7 . Representativa 1H NMR av en framgångsrik separation av en alkene-innehållande aldehyd visar endast små orenhet toppar och mycket lite återstående aldehyd. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 8
Figur 8 . Representativa 1H NMR av en framgångsrik ny isolering av en aldehyd utan tillval tvätta. Förekomst av komponenten som innehåller icke-karbonyl framgår, som väte signalerna motsvarar denna förening är synliga, men av denna förorening är mycket liten. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 9
Figur 9 . Representativa 1H NMR av en framgångsrik ny isolering av en aldehyd med valfria tvätten. Förekomst av komponenten icke-karbonylgruppen är nästan omätbara på 1H NMR när den valfria tvätten av vattenskiktet före basification används. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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

Inledande försök att använda bisulfite reaktionen som en metod att ta bort aldehyder med en typisk två faser utvinning ledde till mycket låga nivåer av borttagning. Vi hade en hypotes att reaktionen inte var tillräckligt snabb för att inträffa under den mycket begränsade tid som de två lagrarna var i kontakt. För att öka kontakten mellan reaktanterna, utvecklade vi ett tvåstegs extraktion protokoll där vatten-blandbart lösningsmedel används initialt att tillåta tillräcklig blandning av reaktanterna före införandet av ett icke blandbara lösningsmedel. Införandet av blandbara lösningsmedlet sedan tillåter för separation av de laddade bisulfite addukt från oladdade organiska komponenten. Det kritiska steget i protokollet är användningen av en blandbar organiskt lösningsmedel som förbättrar kontakt mellan den aqueous bisulfite och organiska lösliga komponenter. Identiteten på de blandbar och blandbara lösningsmedel kan varieras, liksom baserat och identiteter reaktiva partner, omfattningen av protokollet, och införlivandet av en mängd ytterligare extraktioner eller tvättar till protokollet. Detta möjliggör tillämpning och anpassning av detta protokoll till avskiljandet av ett brett spektrum av kemiska blandningar innehållande en reaktiv karbonyl-komponent.

När anpassa detta protokoll till romanen kemiska blandningar, måste vara försiktig att undvika gas evolution, eller överdriven värmealstring. Användaren bör kontrollera kemisk kompatibilitet innan du försöker bisulfite protokollet. Bisulfite lösningar kan utvecklas svaveldioxid gas, vilket kan leda till ansamling av trycket. Bisulfite bör användas med försiktighet i kombination med natriumkarbonat eller natriumbikarbonat, på grund av generationen av koldioxidgas. Det rekommenderas att bisulfite bör tillsättas långsamt till kontroll gas evolution och snabb produktion av värme. Till exempel separationer beskrivs häri genererar inte hetta eller gas, men dessa säkerhetsproblem kan uppstå när anpassa protokollet till nya situationer eller när öka omfattningen av protokollet. Protokollet bör utföras i dragskåp att säkerställa korrekt ventilation. Bisulfite är en reducerande reagens och en svag syra, som bör beaktas för varje ny anpassning av detta protokoll. Till exempel är mest alifatiska aminer olämpligt substrat på grund av en oönskad syra-bas-reaktion med bisulfite ion (figur 3).

Identiteten på den blandbar vätskan kan varieras med minimal inverkan på avverkningshastigheter. Faktum är mest blandbar lösningsmedel ger förbättrad borttagning priser i förhållande till metanol, med undantag av tetrahydrofuran1. Metanol är att föredra framför de flesta andra blandbar lösningsmedel eftersom det partitioner i vattenskiktet mer effektivt och eventuella återstående lösningsmedel avlägsnas enkelt under roterande avdunstning på grund av dess relativt hög volatilitet. Näst bästa lösningsmedlet, när det gäller användarvänlighet, är dimetylformamid. Dimetylformamid ger överlägsen avverkningshastigheter, men kräver ytterligare vatten tvättar för att ta bort kvarvarande lösningsmedlet, på grund av dess lägre volatilitet och mindre gynnsamma Fördelningskoefficient. Aceton bör undvikas, på grund av konkurrenskraftiga reaktion med bisulfite. Dimetyl sulfoxid rekommenderas inte heller, på grund av generationen av obehagliga lukter milt reducerande förhållanden. Eftersom alla blandbar lösningsmedel testade befanns fungera comparably, är det möjligt att använda detta protokoll direkt på reaktion blandningar anställa dessa lösningsmedel, så länge alla kemikalierna som är närvarande är kompatibla. Volymen av blandbar vätska används inverkar på borttagning kurs1, så volymen av reaktionen, om den används direkt, bör justeras på lämpligt sätt, antingen genom avdunstning eller utspädning.

Identitet av blandbara lösningsmedel kan också vara varierade (figur 1-3). Icke-polära lösningsmedel ger de högsta avverkningshastigheter, medan polära lösningsmedel ger lägre avverkningshastigheter. Det rekommenderas att användaren väljer minst polar blandbara lösningsmedlet som kommer att upplösa blandningen. Bisulfite lösningar är i jämvikt med svaveldioxid gas, som kan orsaka oönskade sidoreaktioner, särskilt med alkenes6,7. Lösligheten av svaveldioxid är lägre i icke-polära lösningsmedel8,9,10. När tillämpa denna metod på alkene-innehållande föreningar, rekommenderas användning av hexanes, pentan eller petroleumeter att begränsa generering av föroreningar under protokollet extraktion orsakas av svaveldioxid. Eftersom dessa lösningsmedel inte löser sig polära organiska föreningar, kan kloroform dock ett lämpligt alternativ för blandningar som innehåller polära komponenter. Det är inte lika effektivt som alifatiska lösningsmedel att minimera oönskade nedbrytning, men ger bättre resultat i förhållande till användningen av 10% etylacetat/hexanes.

Anpassning till nya kemiska blandningar kan kräva optimering av identitet och mängder av båda blandbara och blandbart lösningsmedel. Aromatiska aldehyder är särskilt bra substrat för protokollet bisulfite, möjliggör användning av protokollet bekvämare metanol. Alifatiska aldehyder och ketoner ger lägre avverkningshastigheter jämfört med aromatiska aldehyder, därför för att upprätthålla höga avverkningshastigheter, dimetylformamid används för dessa substrat. Detta protokoll var optimerad för separation av equimolar nyckeltal av reaktiva och icke-reaktiva komponenter. Till protokollet bör justeras baserat på de inledande nyckeltal komponenter i det ursprungliga provet för romanen kemiska blandningar. Exempelvis, om bara spåra aldehyd måste tas bort, vara procedur 1 lämpligare val. När du väljer, använda procedur 1 för en enklare och mindre tidskrävande separation och procedur 2 för högre renhetsgrad för det återvunna materialet.

När du utför detta protokoll, finns det flera observationer som kan hjälpa användaren att justera protokollet för deras kemiska framtidsbild. Om blandningen inte löser sig fullständigt i blandbar lösningsmedlet (steg 1.1), bör en annan blandbar vätska väljas som bättre matchar polariteten för den särskild kemisk blandningen under prövning. När bisulfite läggs (steg 1.2), är en grumlig vit fällning ofta observeras. Denna utfällning är bisulfite addukt. Det är inte alltid iakttas, eftersom det kan vara lösliga i blandbar vätska/vattenlösning bisulfite blandningen. När vatten och ett icke blandbara lösningsmedel introduceras (steg 1.3), inga fasta ämnen bör vara uppenbar. Om partiklar observeras, är det en indikation att en eller båda komponenter inte är lösligt i antingen vatten eller organiska skiktet. Om den icke-reaktiva komponenten inte är lösliga, kan detta problem lösas genom att justera blandbara lösningsmedlet identitet. Till exempel karboxylsyror är mycket polära och därför 10% etylacetat/hexanes är otillräckligt solvating. Helt enkelt ändra blandbar lösningsmedlet att 50% etylacetat/hexanes tillåtet för utmärkt rening av kanelsyra 43 från anisaldehyde (figur 3). Om komponenten reaktiva är olösligt, mängden vatten kan ökas för att bättre lösa bisulfite addukter eller flera vatten tvättar kan användas för att ta bort bisulfite addukt. Om tillägg av två gånger volymen av vatten är otillräcklig för att upplösa bisulfite addukt, blandningen kan också filtreras genom clotting ta bort fast bisulfite addukt från blandningen innan du fortsätter till nästa steg. När materialet har torkats och lösningsmedlet har tagits bort, kan analys av 1H NMR och massbalansen hjälpa vid felsökning av protokollet. Om separationen är dålig, massan kommer att indikera närvaron av aldehyd eller keton och de signaler som motsvarar aldehyd eller keton kommer att observeras i 1H NMR spectrumen. Om förbättrad separation krävs, rekommenderas procedur 2. Om toppar oassocierade med antingen komponent observeras, kan nedbrytning på grund av svaveldioxid ha uppstått. För dessa situationer rekommenderas förfarande 3.

Bisulfite protokollet kan också användas för att åter isolera komponenten reaktiv genom att vända bisulfite tillägg reaktionen med procedur 4. Detta kan göras genom basification i vattenskiktet och extraktion med ett icke blandbara lösningsmedel. Identiteten på basen kan varieras. Natriumhydroxid är rekommenderat för total omsvängning av reaktionen. För enolizable karbonyl föreningar, bör en svagare bas användas för att förhindra deprotonation. Detta förhindrar oönskade sidoreaktioner, såsom aldol reaktion11. Om komponenten carbonyl har en enolizable α-kirala center, är epimerization eller racemization också av intresse. Lämpliga basen varierar beroende på pKa av substratet. Natriumkarbonat rekommenderas inte, på grund av generationen av koldioxid vid tillägg till bisulfite addukt-innehållande vattenskiktet, vilket kan skapa en farlig situation om inte kontrolleras noga. Vi rekommenderar natriumfosfat tribasisk. Reversion reaktionen är pH-beroende, därför reaktionen inte blir som gynnade när använder svagare baser. För att förbättra återhämtningen, kan La Châteliers princip utnyttjas genom att anställa ett stort överskott av basen för att hjälpa driva reaktionen. Flera extraktioner rekommenderas också att öka återvinning av komponenten karbonyl på grund av den minskade favorability av reaktionen vid lägre pH-värden. Framgången med detta protokoll kan observeras av 1H NMR analys: betydande förorening toppar indikerar att enolization följt av oönskade sidoreaktioner, såsom aldolreaktion, har inträffat. Om det finns mer än ett stereocenter, tyder också observationen av epimers enolization har inträffat. Om det finns inga andra stereocenters, kan optiska rotationen utföras för att bedöma lagring av optisk renhet. Kirala HPLC-analysen kan användas för att bestämma optisk renhet om optiska rotationen värdet inte är tillgänglig.

Denna metod är extremt lättköpt att utföra och att optimera i förhållande till alternativa keton och aldehyd borttagning-protokoll. Hela protokollet kan utföras på mindre än 15 minuter med gemensamma laboratorieutrustning som är tillgängliga i en typisk organisk kemi lab. Metoden är mycket anpassningsbar till nya situationer och kan enkelt justeras för att ta hänsyn till variabilitet i polariteten av substrat av intresse. Funktionell grupp toleransen är otroligt bred, vilket gör detta protokoll gäller för de flesta kemiska separationer som involverar en reaktiv karbonyl-komponent. Protokollet kan anpassas för att mildra oönskade sidoreaktioner orsakas av förekomsten av svaveldioxid som genereras från bisulfite. Med tanke på prevalensen av reaktioner som involverar reaktiva karbonyl föreningar i organisk kemi, är möjligheten att snabbt och enkelt ta bort överflödig reagenser eller orenheter blandningar eller åter isolera dessa material oerhört värdefullt. I framtiden hoppas vi kunna anpassa detta protokoll till mer utmanande rening problemet att isolera naturprodukter som innehåller reaktiva karbonyl föreningar från hela organismer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

Bekräftelsen görs till givarna av amerikanska kemiska samhället Petroleum forskningsfonden för delvis stöd av denna forskning. Vi är tacksamma att National Science Foundation (CHE-0619275 och CHE-0963165) för renovering och instrumentation bidrag som stöds denna forskning.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
sodium bisulfite Fisher AC419440010  1 kg
benzyl butyrate Fisher AAB2424130  250 g
anisaldehyde Fisher AC104801000  100 mL
magnesium sulfate Fisher M65-500  500 g
ethyl acetate Fisher E195-4  4 L
hexanes Fisher H292-4  4 L
methanol  Fisher A456-1  1 L
dimethylformamide Fisher D119-1  1 L
citronellal Fisher AAL15753AE  100 mL
benzylacetone  Fisher AC105832500  250 mL
deionized water Fisher BP28194  4 L
piperonal  Sigma-Aldrich P49104-25G 25 G
sodium hydroxide Fisher S318-1  1 kg
separatory funnel with cap Fisher 10-437-5B  125 mL
ring stand Fisher 03-422-215 3 aluminum rods
ring clamp Fisher 12-000-104  5 cm
cork ring Fisher 07-835AA  8 cm outer dimension
round bottom flask Fisher 31-501-107  100 mL
rotary evaporator with accessories Fisher 05-000-461  cold trap bondenser
bump trap 14/20 joint Fisher CG132201 14/20 joint
funnel Fisher 05-555-6  organic solvent compatible
cotton Fisher 22-456-881 non-sterile
glass pipets Fisher 13-678-20A  borosilicate 5.75"
two 250 microliter syringes Fisher 14-813-69 
4 erlenmeyer flasks Fisher 10-040D  125 mL
fume hood  Fisher 13-118-370 
nitrile gloves Fisher 19-149-863B  medium
safety goggles Fisher 17-377-403 
spatula Fisher 14-357Q
balance Fisher 01-912-403  120 g capacity

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Boucher, M. M., Furigay, M. H., Quach, P. K., Brindle, C. S. Liquid-Liquid Extraction Protocol for the Removal of Aldehydes and Highly Reactive Ketones from Mixtures. Org. Process Res. Dev. 21, (9), 1394-1403 (2017).
  2. Separation of Aldehydes and Ketones. Lauer, G. G., Pratt, R. S., Wilson, W. B. US2552513 A (1951).
  3. Hsu, W. L. Separation of Aldehydes from Ketones via Acid-Catalyzed Cyclotrimerization of the Aldehyde. October 4701561 (1987).
  4. Process for Separating Aldehydes and Ketones. Schreiber, R. S. US2295760 A (1942).
  5. Separation of Aldehyde-Ketone Mixtures. Bludworth, J. E. US2355140 A (1944).
  6. Masilamani, D., Manahan, E. H., Vitrone, J., Rogic, M. M. Organic Reactions of Sulfur Dioxide. Reactions with Nucleophilic Double Bonds Leading to the Isomerization, Aromatization, Selective Hydrogen-Deuterium Exchange, and Electron-Transfer Proceses. J. Org. Chem. 48, (25), 4918-4931 (1983).
  7. Masilamani, D., Rogic, M. M. Organic Reactions of Sulfur Dioxide. 4. A Facile Regiospecific Hydrogen-Deuterium Exchange in Olefins. Consequence of the Intermediacy of Allylic Sulfinic Acids in the Ene Reaction of Sulfur Dioxide with Double Bonds. J. Am. Chem. Soc. 100, (14), 4634-4635 (1978).
  8. Makitra, R. G., Kal'muk, S. D., Bryk, D. V., Polyuzhin, I. P. Factors Controlling Sulfur Dioxide Solubilities in Organic Solvents. Russ. J. Inorg. Chem. 55, (8), 1322-1329 (2010).
  9. van Dam, M. H. H., Lamine, A. S., Roizard, D., Lochon, P., Roizard, C. Selective Sulfur Dioxide Removal Using Organic Solvents. Ind. Eng. Chem. Res. 36, (11), 4628-4637 (1997).
  10. Li, H., Jiao, X., Chen, W. Solubility of Sulphur Dioxide in Polar Organic Solvents. Phys. Chem. Liq. 52, (2), 349-353 (2014).
  11. Trost, B. M., Brindle, C. S. The Direct Catalytic Asymmetric Aldol Reaction. Chem. Soc. Rev. 39, (5), 1600 (2010).
Separation av aldehyder och reaktiva ketoner från blandningar med ett Bisulfite extraktion protokoll
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Furigay, M. H., Boucher, M. M., Mizgier, N. A., Brindle, C. S. Separation of Aldehydes and Reactive Ketones from Mixtures Using a Bisulfite Extraction Protocol. J. Vis. Exp. (134), e57639, doi:10.3791/57639 (2018).More

Furigay, M. H., Boucher, M. M., Mizgier, N. A., Brindle, C. S. Separation of Aldehydes and Reactive Ketones from Mixtures Using a Bisulfite Extraction Protocol. J. Vis. Exp. (134), e57639, doi:10.3791/57639 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter