Trennung von Aldehyden und reaktive Ketone von Mischungen mit einem Bisulfit-Extraktion-Protokoll

Zusammenfassung

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll um Aldehyde und reaktive Ketone aus Mischungen durch ein flüssig-flüssig-Extraktion-Protokoll direkt mit gesättigten Natrium Bisulfit in einem mischbar Lösungsmittel zu entfernen. Dieses kombinierte Protokoll ist schnell und oberflächlich durchzuführen. Der Aldehyd oder Keton kann durch die Basification der wässrigen Schicht neu isoliert werden.

Zusammenfassung

Die Reinigung von organischen Verbindungen ist ein wesentlicher Bestandteil der synthetischen Routineoperationen. Die Fähigkeit, Schadstoffe in eine wässrige Schicht zu entfernen, durch die Erzeugung einer geladenen Struktur ermöglicht es, Extraktion als eine einfache Reinigung-Technik verwenden. Durch die Kombination, die die Verwendung eines mischbaren organischen Lösungsmittels mit gesättigten Natrium Bisulfit, Aldehyde und reaktive Ketone kann erfolgreich umgewandelt aufgeladen Bisulfit Addukte können dann von anderen organischen Bestandteile einer Mischung von getrennt werden das Einführung einer nicht mischbaren organischen Schicht. Hier beschreiben wir ein einfaches Protokoll für die Entfernung von Aldehyden, einschließlich sterisch behindert Neopentyl Aldehyde und einige Ketone aus chemischen Mischungen. Ketone können getrennt werden, wenn sie sterisch zyklische ungehindert sind oder Methyl-Ketone. Für aliphatische Aldehyde und Ketone dient zur Verbesserung der Abtragsraten Dimethylformamid als Lösungsmittel mischbar. Die Bisulfit Additionsreaktion kann durch Basification der wässrigen Schicht, so dass für die erneute Isolation der reaktiven Carbonyl-Komponente eine Mischung rückgängig gemacht werden.

Einleitung

Die Trennung der Komponenten der Mischungen von einander ist wesentlich an der Vorbereitung der reinen Materialien. Die beschriebene Methode hierin ermöglicht die einfache Trennung von Aldehyden und sterisch ungehindert zyklische und Methyl-Ketone aus anderen organischen Molekülen¹. Die Technik stützt sich auf die Reaktivität von Bisulfit mit der Carbonylgruppe erstelle ich eine geladene Addukt, das in eine wässrige Schicht getrennt werden können, während andere Komponenten in einer nicht mischbaren organischen Schicht zu trennen. Der Schlüssel zur Erreichung Reaktivität zwischen Bisulfit und die Carbonylgruppe ist die Verwendung eines mischbar Lösungsmittels, wodurch die Reaktion auf die vor der Trennung in einzelne Phasen stattfinden. Ohne Zusatz von Lösungsmittel mischbar minimale Trennung, vermutlich aufgrund schlechter Kontakt zwischen der hydrophilen Bisulfit und die hydrophoben organischen ergibt.

Der Vorteil dieser Trennung Methode zur Reinigung ist die Leichtigkeit des Protokolls. Flüssig-flüssig-Extraktion ist eine einfache Bedienung zu erfüllen, und in großem Umfang durchgeführt werden können. Alternative Reinigungstechniken, wie z. B. Säulenchromatographie, sind viel mehr teuer, zeitaufwändig und schwierig, in großem Umfang durchzuführen und erfordert ausreichende Differenzierung der Komponenten in Bezug auf die Polarität. Reinigen durch Rekristallisation oder Destillation erfordert ausreichende Differenzierung zwischen die Löslichkeit oder Siedepunkte der Komponenten des Gemisches, beziehungsweise. Da Bisulfit Extraktion auf den Unterschied in der Reaktivität der Carbonylgruppe von Aldehyden und Ketonen beruht, können Verbindungen mit ähnlichen Löslichkeit, Siedepunkte oder Polaritäten effektiv getrennt werden. Andere chemische Trennmethoden gibt es für die selektive Trennung der Aldehyde und Ketone von Mischungen, zum Beispiel die selektive Bildung von Oximes², zyklische Acetale³oder⁴ Bildung Mercaptal. Diese Methoden erfordern einen zusätzlichen Schritt, die gebildete Spezies aus der Mischung zu trennen, weil das Produkt nicht wasserlöslich ist und daher nicht durch eine einfache Extraktion Protokoll getrennt werden. Aldehyd Oxidation, abnehmbare Karboxylhaltige Säuren zu bilden ist eine andere Technik⁵berichtet, aber die erforderlichen Oxidationsschritt ist weniger chemische als milde Bisulfit-Bedingungen beschriebenen und erfordert den Einsatz von Sauerstoffgas und Kobalt Katalysator.

Diese Methode gilt für die Trennung von Aldehyden (Abbildung 1) und sterisch ungehindert zyklisch und Methyl-Ketone (Abbildung 2) von den Molekülen, die nicht diese funktionellen Gruppen enthalten. Besonders reaktive Ketone, z. B. α-Keto Ester werden auch mit diesen Prozess entfernt. Alkanen, Alkenen, Dienes, Alkinen, Ester, Amide, Carbonsäuren, Alkyl-Halogenide, Alkohole, Phenole, Nitriles, Benzyl Chloride, Epoxide, Anilines, POM, und leicht behindert, α, β-ungesättigten oder Aryl Ketone sind alle reaktionsträgen unter den Bedingungen und aus dem Aldehyd oder Keton reaktive Komponente des Gemisches (Abbildung 2 und Abbildung 3) getrennt werden können. Ethyl Ketone oder α-ersetzt zyklischen Ketone, z. B. ausreichend behindert werden und sind daher trennbar von Aldehyden und reaktiver Ketone. Bei der Verwendung von Alkenen ist Hexan als nicht mischbare Lösungsmittel empfohlen, um zu verhindern, dass unerwünschte Zersetzung durch Schwefeldioxid in die Bisulfit-Lösung vorhanden. Die funktionelle Gruppe Vereinbarkeit des Protokolls Bisulfit-Extraktion ist extrem breit, und gilt daher für eine extrem breite Palette von Trennungen, wenn Carbonyl Verunreinigung aus der Mischung zu trennen ein Aldehyd oder einen ungehinderten ist Methyl oder zyklische Keton. Weniger reaktiv Ketone reagieren nicht mit Bisulfit unter diesen Bedingungen und sind daher nicht entfernt.

Protokoll

1. standard-Protokoll für die Trennung von aromatischen Aldehyden aus einer Mischung. Beispiel: Trennung von Benzyl Butyrat aus einer 1:1 Mischung mit Anisaldehyde.

1. Lösen Sie 175 μL Anisaldehyde und 250 μL der Benzyl-Butyrat in 5 mL Methanol und übertragen Sie die Lösung auf einem separatory Trichter.
   Achtung: Natrium Bisulfit kann Schwefeldioxid-Gas erzeugen, so dieses Protokolls sollte durchgeführt werden mit Belüftung, wie z. B. in einer Dampfhaube.
2. Fügen Sie 1 mL der gesättigten wässrigen Natrium Bisulfit und kräftig schütteln für ca. 30 s.
3. 25 mL entionisiertem Wasser und 25 mL 10 % Ethylacetat/Hexanes hinzufügen und kräftig schütteln.
4. Trennen Sie die lagen. Trocknen Sie die organische Schicht mit wasserfrei Magnesiumsulfat. Filtern Sie die Lösung zum Entfernen von Magnesiumsulfat und konzentrieren sich im Vakuum mit einer Drehverdampfer.

2. Trennung von aliphatischen Aldehyde und Ketone aus einer Mischung. Beispiel: Trennung von Benzyl Butyrat aus einer 1:1 Mischung mit Benzylacetone.

1. Lösen Sie 213 μL Benzylacetone und 250 μL der Benzyl-Butyrat in 10 mL Dimethylformamid auf und übertragen Sie die Lösung auf einem separatory Trichter.
   Achtung: Natrium Bisulfit kann Schwefeldioxid-Gas erzeugen, so dieses Protokolls sollte durchgeführt werden mit Belüftung, wie z. B. in einer Dampfhaube.
2. 25 mL gesättigte wässrige Natrium Bisulfit hinzugeben und kräftig schütteln für ca. 30 s.
3. 25 mL entionisiertem Wasser und 25 mL 10 % Ethylacetat/Hexanes hinzufügen und kräftig schütteln.
4. Trennen Sie die lagen. Die wässrige Schicht an den separatory Trichter zurück, 25 mL 10 % Ethylacetat/Hexanes hinzugeben und kräftig schütteln. Abfließen Sie die wässrige Schicht, verlassen die organische Schicht im separatory Trichter. Fügen Sie die bisherigen organische Schicht wieder separatory Trichter hinzu.
5. Waschen Sie die kombinierten organischen Schichten dreimal mit entionisiertem Wasser (10 mL pro Waschgang). Trocknen Sie die organische Schicht mit wasserfrei Magnesiumsulfat. Filtern Sie die Lösung zum Entfernen von Magnesiumsulfat und konzentrieren sich im Vakuum mit einer Drehverdampfer.

(3) Trennung von Aldehyden ein Gemisch mit einem Alken. Beispiel: Trennung von Benzyl Butyrat aus einer 1:1 Mischung mit Citronellal.

1. Lösen Sie 255 μL von Citronellal und 250 μL der Benzyl-Butyrat in 10 mL Dimethylformamid auf und übertragen Sie die Lösung auf einem separatory Trichter.
   Achtung: Natrium Bisulfit kann Schwefeldioxid-Gas erzeugen, so dieses Protokolls sollte durchgeführt werden mit Belüftung, wie z. B. in einer Dampfhaube.
2. 25 mL gesättigte wässrige Natrium Bisulfit hinzugeben und kräftig schütteln für ca. 30 s.
3. 25 mL entionisiertem Wasser und 25 mL Hexanes hinzugeben und kräftig schütteln.
4. Trennen Sie die lagen. Die wässrige Schicht an den separatory Trichter zurück, 25 mL Hexanes hinzufügen und kräftig schütteln. Abfließen Sie die wässrige Schicht, verlassen die organische Schicht im separatory Trichter. Fügen Sie die bisherigen organische Schicht wieder separatory Trichter hinzu.
5. Waschen Sie die kombinierten organischen Schichten dreimal mit entionisiertem Wasser (10 mL pro Waschgang). Trocknen Sie die organische Schicht mit wasserfrei Magnesiumsulfat. Filtern Sie die Lösung zum Entfernen von Magnesiumsulfat und konzentrieren sich im Vakuum mit einer Drehverdampfer.

4. erneute Isolation von Aldehyden aus einer Mischung. Beispiel: Trennung von Piperonal aus einer 1:1 Mischung mit Benzyl Butyrat.

1. Lösen Sie 217 mg Piperonal und 250 μL der Benzyl-Butyrat in 5 mL Methanol auf und übertragen Sie die Lösung auf einem separatory Trichter.
   Achtung: Natrium Bisulfit kann Schwefeldioxid-Gas erzeugen, damit dieses Protokolls sollte durchgeführt werden mit Belüftung, wie z. B. in einer Dampfhaube.
2. Fügen Sie 1 mL der gesättigten wässrigen Natrium Bisulfit und kräftig schütteln für ca. 30 s.
3. 25 mL entionisiertem Wasser und 25 mL 10 % Ethylacetat/Hexanes hinzufügen und kräftig schütteln.
4. Trennen Sie die lagen. Die wässrige Schicht zurück zu den separatory Trichter zurück.
   1. Optional: Waschen Sie wässrige Schicht einmal mit 25 mL 10 % Ethylacetat/Hexanes, die kleine Menge der verbleibenden Benzyl Butyrat zu entfernen.
5. Fügen Sie 25 mL Ethylacetat hinzu und fügen Sie dann 50 % Natriumhydroxid bis pH-Streifen anzeigt, dass der pH 12 ist. Schütteln Sie kräftig.
   Achtung: Gasentwicklung während dieses Schritts beobachtet worden und kann dazu führen, dass Druckaufbau. Stellen Sie sicher, den separatory Trichter richtig zu lüften. Dieses Verfahren Skalierung machen Gasentwicklung stärker ausgeprägt. Seien Sie vorsichtig.
6. Trennen Sie die lagen. Die wässrige Schicht an den separatory Trichter zurück und 25 mL Ethylacetat. Schütteln Sie kräftig.
7. Trennen Sie die lagen. Kombinieren Sie die organische Schicht mit der organischen Schicht aus dem vorherigen Schritt. Trocknen Sie die kombinierten organische Schicht mit wasserfrei Magnesiumsulfat. Filtern Sie die Lösung zum Entfernen von Magnesiumsulfat und konzentrieren sich im Vakuum mit einer Drehverdampfer.

Ergebnisse

Schritt 1 für Aldehyd Entfernung dient zur aromatischen Aldehyden. Verfahren 2, in denen Dimethylformamid als mischbar Lösungsmittel verwendet wird sollte für aliphatische Aldehyde und Ketone verwendet werden. Verfahren 2 sollte auch für Gemische verwendet werden, die nicht vollständig in Methanol löslich sind. Das Material aus jedes Protokoll wird für Reinheit mit ¹H NMR-Integration-Analyse und Verwertungsquote durch Ma...

Diskussion

Erste Versuche, die Bisulfit-Reaktion als eine Methode verwenden, um Aldehyde mit einer typischen Phasenextraktion führte zu sehr geringen Entfernung zu entfernen. Wir stellten die Hypothese, dass die Reaktion nicht schnell genug war, um während der sehr kurzen Zeit auftreten, die die zwei Schichten in Kontakt waren. Um den Kontakt zwischen den Reaktanden zu erhöhen, entwickelten wir ein Zweistufen Extraktion-Protokoll, in dem Wasser mischbar Lösungsmittel zunächst erlauben ausreichend Mischen der Edukte vor der Ein...

Materialien

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