Scheiding van aldehyden en ketonen reactieve van mengsels met een bisulfiet extractie Protocol
Summary
Hier presenteren we een protocol om te verwijderen aldehyden en ketonen reactieve van mengsels met een vloeistof-vloeistof extractie protocol rechtstreeks met verzadigde natrium bisulfiet in een mengbaar oplosmiddel. Dit gecombineerde protocol is snelle en facile uit te voeren. De aldehyde of keton kan opnieuw worden geïsoleerd door het basisch van de waterige laag.
Abstract
De zuivering van organische verbindingen is een essentieel onderdeel van synthetische routinebewerkingen. De mogelijkheid om verontreinigingen te verwijderen in een waterige laag door het genereren van een geladen structuur biedt een kans om de extractie te gebruiken als een eenvoudige zuivering techniek. Door het gebruik van een mengbaar organisch oplosmiddel met verzadigde natrium bisulfiet, aldehyden en ketonen reactief met succes kan worden omgezet in combinatie belast bisulfiet adducten dat kan dan worden gescheiden van andere organische componenten van een mengsel door de invoering van een onmengbare organische laag. Hier beschrijven we een eenvoudig protocol voor de verwijdering van aldehyden, met inbegrip van sterically-belemmerd neopentyl aldehyden en sommige ketonen, uit chemische mengsels. Ketonen kunnen worden gescheiden als ze zijn sterically ongehinderd cyclische of methyl ketonen. Voor alifatische aldehyden en ketonen, wordt dimethylformamide gebruikt als het mengbaar oplosmiddel om verwijdering tarieven. De additie van het Bisulfiet kan worden omgekeerd door basisch van de waterige laag, waardoor het opnieuw isolement van de reactieve carbonyl-component van een mengsel.
Introduction
De scheiding van componenten van mengsels van elkaar is essentieel voor de voorbereiding van pure materialen. De beschreven methode hierin maakt de facile scheiding van aldehyden en sterically ongehinderd cyclische en methyl ketonen van andere organische moleculen1. De techniek is afhankelijk van de reactiviteit van bisulfiet met de carbonylgroep maken een geladen adduct die kunnen worden gescheiden in een waterig laag, terwijl andere componenten in een onmengbare organische laag gescheiden. De sleutel tot het bereiken van reactiviteit tussen bisulfiet en de carbonyl is het gebruik van een mengbaar oplosmiddel, waardoor de reactie plaatsvinden vóór de scheiding in twee afzonderlijke fasen. Zonder de toevoeging van de mengbare oplosmiddelen minimale scheiding wordt verkregen, vermoedelijk te wijten aan slechte contact tussen de hydrofiele bisulfiet en de hydrofobe organische verbindingen.
Het voordeel van deze methode van scheiding voor de zuivering is het gemak van het protocol. Vloeistof-vloeistof extractie is een eenvoudige bewerking die wordt uitgevoerd, en op grote schaal kunnen worden uitgevoerd. Alternatieve zuivering technieken, zoals kolom-chromatografie, zijn veel meer duur, tijdrovend en uitdagend om te voeren op grote schaal en vereisen voldoende differentiatie van de componenten in termen van polariteit. Reinigende door herkristallisatie of distillatie vereist voldoende differentiatie tussen de oplosbaarheid of boiling punten van de componenten van het mengsel, respectievelijk. Omdat bisulfiet extractie is gebaseerd op het verschil in de reactiviteit van de carbonylgroep van aldehyden en ketonen, kunnen verbindingen met gelijkaardige oplosbaarheid, boiling punten of polariteiten effectief worden gescheiden. Andere chemische scheidingsmethoden bestaan voor de selectieve scheiding van aldehyden en ketonen van mengsels, bijvoorbeeld de selectieve vorming van oximes2, cyclische acetalen3of mercaptal4 formatie. Deze methoden vereisen een extra stap om te scheiden van de gevormde soorten van het mengsel, omdat het product niet oplosbaar in water is en daarom kan niet worden gescheiden door een eenvoudige extractie-protocol. Aldehyde oxidatie te vormen van verwisselbare carbonzuren is een andere techniek5gemeld, maar de stap vereist oxidatie is minder chemoselective dan de milde bisulfiet voorwaarden hierin beschreven, en vereist het gebruik van zuurstof gas en een kobalt-katalysator.
Deze methode is van toepassing op de scheiding van aldehyden (Figuur 1) en sterically-ongehinderd cyclische en methyl ketonen (Figuur 2) uit moleculen die geen deze functionele groepen bevatten. Met name reactieve ketonen, zoals α-keto-esters worden ook verwijderd met behulp van dit proces. Alkanen, alkenen, dienes, alkynen, esters, amides, carbonzuren, alkylhalides, alcoholen, fenolen, nitrilen, benzyl chloriden, epoxiden, anilines, acetalen, en enigszins gehinderd, α, β-onverzadigde, of aryl ketonen worden alle onreactieve onder de voorwaarden en kan worden losgekoppeld van de aldehyde of keton reactieve component van het mengsel (figuren 2 en Figuur 3). Ethyl ketonen of α-gesubstitueerde cyclische ketonen, bijvoorbeeld voldoende worden belemmerd en zijn daarom te scheiden van aldehyden en ketonen reactiever. Bij het gebruik van alkenen, wordt hexaan aanbevolen als het onmengbare oplosmiddel om te voorkomen dat ongewenste ontleding als gevolg van zwaveldioxide in de bisulfiet oplossing aanwezig. De functionele groep-compatibiliteit van het Bisulfiet extractie protocol is zeer breed, en is daarom van toepassing op een zeer breed scala van scheidingen, als de carbonyl verontreinigingen worden gescheiden van het mengsel ofwel een aldehyde of een ongehinderde is methyl of cyclisch keton. Minder reactieve ketonen niet reageren met bisulfiet onder deze omstandigheden en daarom niet worden verwijderd.
Protocol
Representative Results
Discussion
Eerste pogingen gebruik van het Bisulfiet reactie als een methode om te verwijderen met behulp van een typische twee fasen extractie aldehyden leidde tot zeer lage niveaus van verwijdering. We veronderstelde dat de reactie niet snel genoeg was tijdens de zeer beperkte tijd die de twee lagen in contact waren. Het vergroten van het contact tussen de reactanten, ontwikkelden we een tweetraps extractie-protocol waarin een water-mengbare oplosmiddelen in eerste instantie gebruikt wordt om voldoende mengen van de reactanten v?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Erkenning geschiedt aan de donoren van de American Chemical Society Petroleum Research Fund voor gedeeltelijke ondersteuning van dit onderzoek. Wij zijn dankbaar aan de National Science Foundation (CHE-0619275 en CHE-0963165) voor renovatie en instrumentatie subsidies die dit onderzoek ondersteund.
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 |
References
- 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).
