用亚硫酸氢萃取协议分离混合物中的醛和反应性酮
Summary
在这里, 我们提出了一个协议, 从混合物中去除醛和反应酮的液体-液体萃取协议直接与饱和亚硫酸氢钠在混溶溶剂。这个组合协议是快速和轻便的执行。醛或酮可以通过水层的碱化重新分离。
Abstract
有机化合物的提纯是常规合成作业的重要组成部分。通过生成带电结构将污染物移到水层中的能力提供了利用萃取作为一种简单的净化技术的机会。通过将混溶有机溶剂与饱和亚硫酸氢钠结合使用, 可以成功地将醛类和反应性酮转化为带电的亚硫酸氢加合物, 然后将其与混合物的其他有机成分分离。介绍一种不相容的有机层。在这里, 我们描述了一个简单的协议, 以去除醛, 包括 sterically 受阻的新戊二醛和一些酮, 从化学混合物。酮可以分离, 如果他们是 sterically 不受阻碍的循环或甲基酮。对于脂肪族醛类和酮类, 甲基酰胺被用作混溶溶剂, 以提高去除率。亚硫酸氢的加入反应可以通过碱化的水层来逆转, 从而使混合物的反应羰基组分重新分离。
Introduction
混合物组分的分离对制备纯材料是必不可少的。本文介绍的方法允许从其他有机分子中简便地分离醛和 sterically 不受阻碍的循环和甲基酮1。该技术依赖亚硫酸氢与羰基基团的反应性, 创建一个可分离成水层的带电加合物, 而其他组分则分离成不相容的有机层。在亚硫酸氢和羰基之间实现反应性的关键是使用一种混溶溶剂, 这使得在分离之前的反应发生在不同的阶段。如果没有加入混溶溶剂的最小分离, 大概是由于亲水性亚硫酸氢和疏水性有机物之间的接触差。
这种分离方法的优点是能方便地进行纯化。液-液萃取是一种简单的操作, 可以大规模地进行。替代纯化技术, 如柱层析, 是昂贵得多, 耗时, 并具有挑战性的大规模执行, 需要充分的差异, 在极性方面的成分。通过再结晶或蒸馏提纯, 需要对混合物组分的溶解度或沸点进行充分的分异。由于亚硫酸氢提取依赖于醛和酮羰基基团反应性的差异, 具有相似溶解度、沸点或极性的化合物可以有效地分离。其他化学分离方法存在选择性地分离醛和酮从混合物, 例如, 选择性形成肟2, 循环缩醛产物3, 或缩4 形成。这些方法需要额外的步骤来分离形成的物种与混合物, 因为产品不是水溶性的, 因此不能用简单的萃取协议分离。醛氧化形成可移动羧酸是另一种报告的技术5, 但所需的氧化步骤是低于 chemoselective 的温和亚硫酸氢条件, 并要求使用氧气气体和钴催化剂。
此方法适用于不包含这些功能组的分子的分离醛 (图 1) 和 sterically 不受阻碍的循环和甲基酮 (图 2)。特别是反应性酮, 如α-酮酯也被删除使用这个过程。烷烃, 烯烃, 二烯烃, 炔烃, 酯, 酰胺, 羧酸, 烷基卤化物, 醇, 酚, 腈, 苄基氯化物, 环氧化合物, 苯胺, 缩醛产物, 和稍受阻, α, β不饱和, 或芳酮都不活跃在条件下并且可以与混合物中的醛或反应性酮组分 (图2和图形 3) 分开。例如, 乙基酮或α取代的循环酮受到了充分的阻碍, 因此可从醛类和更多反应性酮中分离出来。当使用烯烃时, 将己烷推荐为不溶溶剂, 以防止亚硫酸氢溶液中的二氧化硫造成不必要的分解。亚硫酸氢萃取协议的官能团相容性非常广泛, 因此适用于极宽范围的分离, 如果要从混合物中分离的羰基污染物要么是醛或不受阻碍甲基或循环酮。没有反应的酮在这些情况下不会与亚硫酸氢反应, 因此不被去除。
Protocol
Representative Results
Discussion
最初尝试使用亚硫酸氢反应作为一种方法来去除醛使用典型的两相萃取, 导致极低的去除水平。我们假设, 反应是不够快, 在非常有限的时间内发生的两层接触。为了增加反应物之间的接触, 我们开发了一个两阶段萃取协议, 在这种条件下, 首先使用水混溶溶剂, 使反应物在引入不溶溶剂之前有足够的混合。引入不相容的溶剂, 然后允许分离的带电亚硫酸氢合物从带电有机成分。该协议的关键步骤是使…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
对美国化学学会石油研究基金的捐助者的承认是对这项研究的部分支持。我们感谢国家科学基金会 (CHE-0619275 和 CHE-0963165) 的革新和仪器赠款, 支持这项研究。
Materials
| 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 |
Referencias
- 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).
- Lauer, G. G., Pratt, R. S., Wilson, W. B. Separation of Aldehydes and Ketones. , (1951).
- Hsu, W. L. . Separation of Aldehydes from Ketones via Acid-Catalyzed Cyclotrimerization of the Aldehyde. , 4701561 (1987).
- Schreiber, R. S. Process for Separating Aldehydes and Ketones. , (1942).
- Bludworth, J. E. Separation of Aldehyde-Ketone Mixtures. , (1944).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Li, H., Jiao, X., Chen, W. Solubility of Sulphur Dioxide in Polar Organic Solvents. Phys. Chem. Liq. 52 (2), 349-353 (2014).
- Trost, B. M., Brindle, C. S. The Direct Catalytic Asymmetric Aldol Reaction. Chem. Soc. Rev. 39 (5), 1600 (2010).
