Overview
מקור: Vy M. דונג וז'יווי צ'ן, המחלקה לכימיה, אוניברסיטת קליפורניה, אירווין, קליפורניה
ניסוי זה מדגים דוגמה לתגובת אוזונוליזה לסנתז ונילין מאיזוגנול (איור 1). Ozonolysis של אלקנס, תגובת חמצון בין אוזון אלקן, היא שיטה נפוצה להכנת אלדהידים, קטונים וחומצות קרבוקסיליות. ניסוי זה מדגים גם את השימוש במחולל אוזון ותגובה בטמפרטורה נמוכה (−78 מעלות צלזיוס).
איור 1. תרשים המציג את האוזונוליזה של איזואוגנול לוניל.
Principles
המחשוף החמצוני של אלקינים לשתי תרכובות המכילות קרבוניל-קבוצה נקרא תגובת אוזונוליזה(איור 2). המנגנון המוצע (איור 3) מתחיל עם [3+2] ציקדציה בין אלקין 1 עם אוזון כדי ליצור את המולוזונייד ביניים A. A אינו יציב ומסדר מחדש את האוזוניד C היציב יותר דרך zwitterion B. C מתפרק בנוכחות רדוקטנט כגון דימתיל גופרתי כדי לספק את שני מוצרי קרבוניל (2, 3) ודימתיל סולפוקסיד. כאשר נעשה שימוש בממס נוקלאופילי (למשל,מתנול), הנוקלאופילי תוקף את הביניים B כדי ליצור הידרופרוקסיד E,אשר מתפרק למוצר 3 כאשר דימתיל גופרתי מתווסף (איור 4). התגובה מבוצעת בדרך כלל ב- −78 °C (78 °F) כדי למנוע תגובות צד ובנוכחות אינדיקטור כדי לקבוע מתי התגובה הושלמה. סודאן השלישית היא אינדיקטור נפוץ. בתחילה, תערובת התגובה היא אדומה ופונה סגול / כחול כאשר כל alkene הוא נצרך. כאשר כל האלקן הגיב, האינדיקטור, שיש לו קשר כפול N-N, מגיב עם האוזון ובכך נותן את שינוי הצבע.
איור 2. תרשים המציג את תגובת האוזונוליזה הכללית של אלקן עם בדיקה מופחתת.
איור 3. תרשים המציג את המנגנון הכללי של אלקן אוזונוליזה.
איור 4. דיאגרמה המציגה היווצרות של הידרופרוקסיד מ- B ביניים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Procedure
- יש להוסיף 200 מ"ג איזואוגנול, 15 מ"ל של MeOH, ו-2 מ"ג של Sudan III לבקבוקון עגול בעל שלושה צווארים בגודל 50 מ"ל המצויד בברז מוקפץ מגנטי.
- חבר את בקבוק התגובה למיכל חמצן ובועות.
- הפעל את זרימת החמצן.
- מצננים את תערובת התגובה באמבט קרח/אצטון יבש.
- להפעיל את מחולל האוזון, אשר ממיר את החמצן מן הטנק לאוזון שנכנס בקבוקון התגובה. הגנרטור יהיה בין מיכל החמצן לבקבוקון התגובה. אפשר לתערובת התגובה לבחוש עד שהצבע האדום משתנה לסגול/כחול.
- לכבות את מחולל האוזון, ולאפשר חמצן לטהר את תערובת התגובה של האוזון במשך 5 דקות.
- הסר את אמבט הקירור ולהוסיף 0.2 מ"ל של דימתיל גופרתי.
- מערבבים את תערובת התגובה תוך כדי התחממות לטמפרטורת החדר במשך שעה.
- הסר את הממס על ידי אידוי סיבובי. הפוך תקע סיליקה על ידי הצבת ג'ל סיליקה לתוך משפך Büchner. ממיסים את השאריות ב-10% אתיל אצטט בהקסנים ומעבירים את התמיסה דרך תקע הסיליקה תחת ואקום כדי להסיר זיהומים. לשטוף את תקע סיליקה 2 פעמים נוספות עם 10% אצטט אתיל בהקסנים. לאסוף את הסינון ולהסיר את הממס על ידי אידוי סיבובי כדי להשיג ונילין כמו מוצק לבן.
- חשב את התשואה האחוזית של ונילין שהושגה וקבע את טוהרו וזהותו על ידי נקודת התכה (m.p. ) ו- 1H NMR.
Ozonolysis הוא חמצון של קשרים בלתי רוויים בתרכובות אורגניות על ידי אוזון.
Ozonolysis משמש לעתים קרובות ביותר כדי דבק alkenes כדי להשיג שני מוצרי קרבוניל. אוזון מגיב גם עם אלקינים והידראזונים. Ozonolysis משמש מחקר כימיה אורגנית, במיוחד סינתזה של מוצרים טבעיים, ובסינתזה בקנה מידה תעשייתי של תרופות.
וידאו זה ימחיש את ההליך עבור ozonolysis של alkenes ולהציג כמה יישומים של ozonolysis בכימיה.
אוזונוליזה של אלקן מתחילה בציקנודיציה של אוזון על פני הקשר הכפול פחמן-פחמן כדי ליצור ביניים לא יציב שנקרא מולוזונייד. לאחר מכן, המולוזונייד מתנתק לתחמוצת קרבוניל ופחם קרבוניל. שברים אלה לסדר מחדש כדי להזיז את חמצן קרבוניל מן חמצן תחמוצת קרבוניל. השברים ואז recombine על ידי cycloaddition לתוך ozonideיציב יותר , שבו חמצן קרבוניל קשור אטומי פחמן.
האוזוניד עובד עד לבקע את הטבעת לתוך מוצרי קרבוניל. אם שני המחליפים בצד הם קבוצות פחמן, נוצר קטון ללא קשר לתנאי העבודה. בהינתן תחליף מימן, בדיקה חמצונית עם מי חמצן תייצר חומצה קרבוקסילית. בדיקה מצמצמת עם אבץ בחומצה אצטית או דימתיל סולפיד תפיק אלדהיד.
Alkene ozonolysis מבוצע בדרך כלל בנוכחות אינדיקטור כדי לעקוב אחר התקדמות התגובה. אינדיקטור הוא תרכובת עם מראה חזותי שונה בשלבים שונים בתגובה. לדוגמה, ozonolysis של האינדיקטור סודאן III תוצאות שינוי צבע מאדום בהיר לכחול עמוק או סגול. Alkenes לעבור ozonolysis מהר יותר מסודן השלישי, כך שינוי הצבע מציין כי תגובת אלקנה ozonolysis הושלמה.
עכשיו שאתה מבין את העקרונות של ozonolysis של alkenes, בואו נעבור הליך עבור ozonolysis של איזואוגנול באחת התגובות החלוציות לסינתזת ונילין מסחרית.
כדי להתחיל את ההליך, לשלב 200 מ"ג של איזואוגנול, 15 מ"ל של מתנול, וכ 2 מ"ג של אינדיקטור סודאן III בבקבוקון עגול 3 צוואר מצויד בר stir.
אבטחו את הבקבוק במכסה המנוע מעל צלחת ערבוב. ודא כי גנרטור האוזון כבוי, ולאחר מכן לחבר את הבקבוקון לגנרטור מבעבע שמן.
הפעל את המנוע המערבב כדי לערבב את הפתרון. ודא כי המחוון האדום מופץ באופן שווה לאורך תערובת התגובה. לאחר מכן, להכין אמבט קירור של קרח יבש אצטון.
התחל את זרימת החמצן דרך מחולל האוזון. מניחים את אמבט הקירור על שקע מעבדה ומרימים את האמבטיה כדי לקרר את תערובת התגובה. לאחר שהתערובת התקררה, הפעל את מחולל האוזון.
לפקח על תערובת התגובה כפי שהוא בוחש עד התערובת הופך כחול לסגול במראה. לאחר מכן, לכבות את גנרטור האוזון לטהר את תערובת התגובה עם חמצן דיאטומי במשך 5 דקות.
לאחר הטיהור הושלם, לכבות את זרימת החמצן ולהוריד את אמבט הקירור מתחת לבקבוקון. כדי להתחיל את העבודה רדוקטיבית, להוסיף 0.2 מ"ל של דימתיל גופרתי לבקבוקון. אפשר לתערובת להתחמם לטמפרטורת החדר תוך ערבוב במשך שעה.
לאחר מכן, להסיר ממס עודף עם מאידה סיבובי. לאחר שזה נעשה, להמיס את השאריות ב 10 מ"ל של 10% אתיל אצטט בהקסנים.
חבר בקבוק סינון ואקום לקו ואקום. אבטחו משפך בוצ'נר בבקבוק וטענו את המשפך בג'ל סיליקה.
מטהרים את תערובת המוצר באמצעות סינון ואקום. לשטוף את המוצר דרך ג'ל סיליקה עם שתי מנות של 10% אתיל אצטט בהקסנים.
מעבירים את הסינון לבקבוקון עגול. שוב להסיר את הממס עם מאייד סיבובי כדי להשיג ונילין כמו מחטים גבישיות צהובות ללבן.
חשב את התשואה באחוזים, קבע את נקודת ההיתוך וקבל ספקטרום NMR פרוטון של המוצר.
ונילין מתקבל כמוצק גבישי לבן. טווח נקודות ההיתוך בספרות הוא 81 עד 83 מעלות. ספקטרום NMR פרוטון ניתן להשוות דוחות ספרות קודמים.
Ozonolysis נמצא בשימוש נרחב בכימיה וביולוגיה. בואו נסתכל על כמה דוגמאות.
Ozonolysis הוא צעד של סינתיסייזרים תעשייתיים רבים של תרופות. לדוגמה, אנטיביוטיקה ceftibuten ו cefaclor מיוצרים ממוצר ביניים נפוץ גישה על ידי ozonolysis של אלקן סופני לקטון. מוצר הקטון הבינוני יכול להתחבר עם טופס enol. קבוצת enol hydroxy לאחר מכן עוברת תגובות שונות בשלבים הנותרים לשתי האנטיביוטיקות.
Ozonolysis יכול להיות הצעד האחרון של טכניקה עבור סטריאו-אלקסימליה alkylating האלפא פחמן של אלדהידים וקטונים. בתגובה זו, ריאגנט פירולידין שולט במערכת הסטריאו-סלקטיביות של היווצרות קשר פחמן-פחמן על ידי יצירת הידרזון מגושם באופן סטרי. לאחר אלקילציה של פחמן אלפא, הקשר הכפול פחמן-חנקן של hydrazone יכול להיות מבקע על ידי ozonolysis כדי לחדש את הקטון או אלדהיד לאחר בדיקה מופחתת.
הרגע צפית בהקדמה של ג'וב לאוזונוליזה. עכשיו אתה צריך להבין את העקרונות הבסיסיים של ozonolysis, ההליך עבור ozonolysis של alkenes, וכמה דוגמאות של איך ozonolysis משמש בכימיה אורגנית. תודה שצפיתם!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
ונילין הושג כמו מוצק לבן (150 מ"ג, 76% תשואה); m.p. 76-79 °C (79 °F; 1 H NMR (400 מגה-הרץ, CDCl3) δ 9.82 (br s, 1H), 7.43-7.41 (מ', 2H), 7.04 (ד', J = 8.8 הרץ, 1H), 6.30 (s, 1H), 3.96 (s, 3H).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
בניסוי זה, הדגמנו את הסינתזה של ונילין מאיזוגנול באמצעות תגובת האוזונוליזה. כמו כן, באמצעות מחולל אוזון בעת ביצוע תגובת טמפרטורה נמוכה הוצג.
Ozonolysis היא תגובה שימושית להכנת אלדהידים, קטונים וחומצות קרבוקסיליות מאלקנס. זה יושם בסינתזת מוצר טבעי והכנה בקנה מידה תעשייתי של תרופות. ארטמיסינין הוא סוכן אנטי-מאלרי רב עוצמה והיה אחד המוצרים הטבעיים המוכרים בפרס נובל לרפואה לשנת 2015. בסינתזה של 10 שלבים מ-( R)-(+)-פולגון, נעשה שימוש באוזונוליזה בשלב האחרון כדי ליצור את המוצר הטבעי (איור 5). Ceftibuten ו cefaclor הם אנטיביוטיקה cephalosporin המיוצר בקנה מידה תעשייתי. מסלול מסחרי אחד משתמש באוזונוליזה כדי לגשת למפתח ביניים משותף, שניתן לפרט לשתי התרכובות(איור 6).
איור 5. דיאגרמה המציגה אוזונוליזה כשלב האחרון בסינתזה של ארטמיסינין.
איור 6. תרשים המציג אוזונוליזה כדי להכין ביניים מפתח בסינתזה מפוצלת של cefaclor ו ceftibuten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
