用亚硫酸氢萃取协议分离混合物中的醛和反应性酮

摘要

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。

摘要

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。

引言

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。

研究方案

1. 从混合物中分离芳香醛的标准协议。例子: 从1:1 混合物与茴香醛分离丁酸苄酯。

1. 将 175 ul 的茴香醛和 250 ul 的丁酸苄酯溶解在5毫升甲醇中, 并将溶液转移到部位漏斗上。
   注意: 亚硫酸氢钠可以产生二氧化硫气体, 因此该协议应进行适当的通风, 如通风罩。
2. 加入1毫升饱和水亚硫酸氢钠, 并大力摇动大约三十年代。
3. 加入25毫升去离子水和25毫升10% 乙酸乙酯/hexanes, 并大力摇动。
4. 分隔图层。用无水硫酸镁干燥有机层。过滤解决方案, 以去除硫酸镁和集中在真空使用旋转蒸发器。

2. 从混合物中分离脂肪醛和酮。例子: 从1:1 混合物与 Benzylacetone 分离丁酸苄酯。

1. 在10毫升的甲基酰胺中溶解 213 ul 的 benzylacetone 和 250 ul 的丁酸苄酯, 并将溶液转移到部位漏斗上。
   注意: 亚硫酸氢钠可以产生二氧化硫气体, 因此该协议应进行适当的通风, 如通风罩。
2. 加入25毫升饱和水亚硫酸氢钠, 并大力摇动大约三十年代。
3. 加入25毫升去离子水和25毫升10% 乙酸乙酯/hexanes, 并大力摇动。
4. 分隔图层。将水层返回部位漏斗, 加入25毫升10% 乙基醋酸盐/hexanes, 并大力摇动。排出水层, 将有机层留在部位漏斗中。将以前的有机层添加回部位漏斗。
5. 用去离子水洗三次组合的有机层 (每洗涤10毫升)。用无水硫酸镁干燥有机层。过滤解决方案, 以去除硫酸镁和集中在真空使用旋转蒸发器。

3. 从含有烯烃的混合物中分离醛。例子: 从1:1 混合物与香茅醛物分离丁酸苄酯。

1. 在10毫升的甲基酰胺中溶解 255 ul 的香茅醛物和 250 ul 的丁酸苄酯, 并将溶液转移到部位漏斗上。
   注意: 亚硫酸氢钠可以产生二氧化硫气体, 因此该协议应进行适当的通风, 如通风罩。
2. 加入25毫升饱和水亚硫酸氢钠, 并大力摇动大约三十年代。
3. 加入25毫升去离子水和25毫升的 hexanes, 并大力摇动。
4. 分隔图层。将水层返回部位漏斗, 加入25毫升 hexanes, 用力摇动。排出水层, 将有机层留在部位漏斗中。将以前的有机层添加回部位漏斗。
5. 用去离子水洗三次组合的有机层 (每洗涤10毫升)。用无水硫酸镁干燥有机层。过滤解决方案, 以去除硫酸镁和集中在真空使用旋转蒸发器。

4. 从混合物中重新分离醛类。例子: 从1:1 混合物中分离胡椒与丁酸苄酯。

1. 在5毫升甲醇中溶解217毫克的胡椒和 250 ul 的丁酸苄酯, 并将溶液转移到部位漏斗上。
   注意: 亚硫酸氢钠可以产生二氧化硫气体, 因此, 该协议应进行适当的通风, 如在油烟机。
2. 加入1毫升饱和水亚硫酸氢钠, 并大力摇动大约三十年代。
3. 加入25毫升去离子水和25毫升10% 乙酸乙酯/hexanes, 并大力摇动。
4. 分隔图层。将水层回流回部位漏斗。
   1. 可选: 用25毫升10% 乙酸乙酯/hexanes 洗涤水层, 除去少量残留的丁酸苄酯。
5. 加入25毫升醋酸乙酯, 然后加入50% 氢氧化钠, 直到 ph 条指示 ph 值为12。用力摇动。
   注意: 在这一步骤中已经观察到气体的演化, 并可能导致压力积聚。一定要正确地排出部位漏斗。扩大这一过程将使气体演化更加明显。请小心。
6. 分隔图层。将水层返回部位漏斗, 加入25毫升醋酸乙酯。用力摇动。
7. 分隔图层。从上一步将有机层与有机层结合起来。用无水硫酸镁将有机复合层干燥。过滤解决方案, 以去除硫酸镁和集中在真空使用旋转蒸发器。

结果

用于醛去除的过程1用于芳香醛。过程2, 其中甲基酰胺用作混溶溶剂, 应用于脂肪族醛和酮。过程2还应用于不完全溶于甲醇的混合物。利用¹H 核磁共振积分分析和质量恢复率分析了从每种协议获得的材料的纯度。典型的纯度和恢复大于 95% (图 1)。成功的分离取决于醛或酮组件 (图 4和...

讨论

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...

材料

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