Name: separation of aldehydes and reactive ketones from mixtures using a bisulfite extraction protocol
Uploaded: 2018-04-02T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 8 s
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Bestätigung erfolgt an die Spender der amerikanischen chemischen Gesellschaft Petroleum Research Fund für partielle Unterstützung dieser Forschung. Wir sind dankbar für die National Science Foundation (CHE-0619275 und CHE-0963165) für Renovierung und Instrumentierung Zuschüsse, die diese Forschung unterstützt.

1. standard-Protokoll für die Trennung von aromatischen Aldehyden aus einer Mischung. Beispiel: Trennung von Benzyl Butyrat aus einer 1:1 Mischung mit Anisaldehyde.
<ol><li>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.</li>
	<li>Fügen Sie 1 mL der gesättigten wässrigen Natrium Bisulfit und kräftig schütteln für ca. 30 s.</li>
	<li>25 mL entionisiertem Wasser und 25 mL 10 % Ethylacetat/Hexanes hinzufügen und kräftig schütteln.</li>
	<li>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.</li>
</ol>2. Trennung von aliphatischen Aldehyde und Ketone aus einer Mischung. Beispiel: Trennung von Benzyl Butyrat aus einer 1:1 Mischung mit Benzylacetone.
<ol><li>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.</li>
	<li>25 mL gesättigte wässrige Natrium Bisulfit hinzugeben und kräftig schütteln für ca. 30 s.</li>
	<li>25 mL entionisiertem Wasser und 25 mL 10 % Ethylacetat/Hexanes hinzufügen und kräftig schütteln.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
</ol>(3) Trennung von Aldehyden ein Gemisch mit einem Alken. Beispiel: Trennung von Benzyl Butyrat aus einer 1:1 Mischung mit Citronellal.
<ol><li>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.</li>
	<li>25 mL gesättigte wässrige Natrium Bisulfit hinzugeben und kräftig schütteln für ca. 30 s.</li>
	<li>25 mL entionisiertem Wasser und 25 mL Hexanes hinzugeben und kräftig schütteln.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
</ol>4. erneute Isolation von Aldehyden aus einer Mischung. Beispiel: Trennung von Piperonal aus einer 1:1 Mischung mit Benzyl Butyrat.
<ol><li>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.</li>
	<li>Fügen Sie 1 mL der gesättigten wässrigen Natrium Bisulfit und kräftig schütteln für ca. 30 s.</li>
	<li>25 mL entionisiertem Wasser und 25 mL 10 % Ethylacetat/Hexanes hinzufügen und kräftig schütteln.</li>
	<li>Trennen Sie die lagen. Die wässrige Schicht zurück zu den separatory Trichter zurück.<ol>
<li>Optional: Waschen Sie wässrige Schicht einmal mit 25 mL 10 % Ethylacetat/Hexanes, die kleine Menge der verbleibenden Benzyl Butyrat zu entfernen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>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.</li>
	<li>Trennen Sie die lagen. Die wässrige Schicht an den separatory Trichter zurück und 25 mL Ethylacetat. Schütteln Sie kräftig.</li>
	<li>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.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Boucher, M. M., Furigay, M. H., Quach, P. K., Brindle, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid-Liquid+Extraction+Protocol+for+the+Removal+of+Aldehydes+and+Highly+Reactive+Ketones+from+Mixtures.">Liquid-Liquid Extraction Protocol for the Removal of Aldehydes and Highly Reactive Ketones from Mixtures.</a> Org. Process Res. Dev. 21 (9), 1394-1403 (2017).</li><li>Lauer, G. G., Pratt, R. S., Wilson, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separation+of+Aldehydes+and+Ketones.">Separation of Aldehydes and Ketones.</a> , (1951).</li><li>Hsu, W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Separation of Aldehydes from Ketones via Acid-Catalyzed Cyclotrimerization of the Aldehyde. , 4701561 (1987).</li><li>Schreiber, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Process+for+Separating+Aldehydes+and+Ketones.">Process for Separating Aldehydes and Ketones.</a> , (1942).</li><li>Bludworth, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separation+of+Aldehyde-Ketone+Mixtures.">Separation of Aldehyde-Ketone Mixtures.</a> , (1944).</li><li>Masilamani, D., Manahan, E. H., Vitrone, J., Rogic, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organic+Reactions+of+Sulfur+Dioxide.+Reactions+with+Nucleophilic+Double+Bonds+Leading+to+the+Isomerization,+Aromatization,+Selective+Hydrogen-Deuterium+Exchange,+and+Electron-Transfer+Proceses.">Organic Reactions of Sulfur Dioxide. Reactions with Nucleophilic Double Bonds Leading to the Isomerization, Aromatization, Selective Hydrogen-Deuterium Exchange, and Electron-Transfer Proceses.</a> J. Org. Chem. 48 (25), 4918-4931 (1983).</li><li>Masilamani, D., Rogic, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> J. Am. Chem. Soc. 100 (14), 4634-4635 (1978).</li><li>Makitra, R. G., Kal'muk, S. D., Bryk, D. V., Polyuzhin, I. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+Controlling+Sulfur+Dioxide+Solubilities+in+Organic+Solvents.">Factors Controlling Sulfur Dioxide Solubilities in Organic Solvents.</a> Russ. J. Inorg. Chem. 55 (8), 1322-1329 (2010).</li><li>van Dam, M. H. H., Lamine, A. S., Roizard, D., Lochon, P., Roizard, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+Sulfur+Dioxide+Removal+Using+Organic+Solvents.">Selective Sulfur Dioxide Removal Using Organic Solvents.</a> Ind. Eng. Chem. Res. 36 (11), 4628-4637 (1997).</li><li>Li, H., Jiao, X., Chen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solubility+of+Sulphur+Dioxide+in+Polar+Organic+Solvents.">Solubility of Sulphur Dioxide in Polar Organic Solvents.</a> Phys. Chem. Liq. 52 (2), 349-353 (2014).</li><li>Trost, B. M., Brindle, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Direct+Catalytic+Asymmetric+Aldol+Reaction.">The Direct Catalytic Asymmetric Aldol Reaction.</a> Chem. Soc. Rev. 39 (5), 1600 (2010).</li></ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

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...

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.

<table><tbody><tr><td>sodium bisulfite</td><td>Fisher</td><td>AC419440010&amp;nbsp;</td><td>1 kg</td></tr><tr><td>benzyl butyrate</td><td>Fisher</td><td>AAB2424130&amp;nbsp;</td><td>250 g</td></tr><tr><td>anisaldehyde</td><td>Fisher</td><td>AC104801000&amp;nbsp;</td><td>100 mL</td></tr><tr><td>magnesium sulfate</td><td>Fisher</td><td>M65-500&amp;nbsp;</td><td>500 g</td></tr><tr><td>ethyl acetate</td><td>Fisher</td><td>E195-4&amp;nbsp;</td><td>4 L</td></tr><tr><td>hexanes</td><td>Fisher</td><td>H292-4&amp;nbsp;</td><td>4 L</td></tr><tr><td>methanol&amp;nbsp;</td><td>Fisher</td><td>A456-1&amp;nbsp;</td><td>1 L</td></tr><tr><td>dimethylformamide</td><td>Fisher</td><td>D119-1&amp;nbsp;</td><td>1 L</td></tr><tr><td>citronellal</td><td>Fisher</td><td>AAL15753AE&amp;nbsp;</td><td>100 mL</td></tr><tr><td>benzylacetone&amp;nbsp;</td><td>Fisher</td><td>AC105832500&amp;nbsp;</td><td>250 mL</td></tr><tr><td>deionized water</td><td>Fisher</td><td>BP28194&amp;nbsp;</td><td>4 L</td></tr><tr><td>piperonal&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P49104-25G</td><td>25 G</td></tr><tr><td>sodium hydroxide</td><td>Fisher</td><td>S318-1&amp;nbsp;</td><td>1 kg</td></tr><tr><td>separatory funnel with cap</td><td>Fisher</td><td>10-437-5B&amp;nbsp;</td><td>125 mL</td></tr><tr><td>ring stand</td><td>Fisher</td><td>03-422-215</td><td>3 aluminum rods</td></tr><tr><td>ring clamp</td><td>Fisher</td><td>12-000-104&amp;nbsp;</td><td>5 cm</td></tr><tr><td>cork ring</td><td>Fisher</td><td>07-835AA&amp;nbsp;</td><td>8 cm outer dimension</td></tr><tr><td>round bottom flask</td><td>Fisher</td><td>31-501-107&amp;nbsp;</td><td>100 mL</td></tr><tr><td>rotary evaporator with accessories</td><td>Fisher</td><td>05-000-461&amp;nbsp;</td><td>cold trap bondenser</td></tr><tr><td>bump trap 14/20 joint</td><td>Fisher</td><td>CG132201</td><td>14/20 joint</td></tr><tr><td>funnel</td><td>Fisher</td><td>05-555-6&amp;nbsp;</td><td>organic solvent compatible</td></tr><tr><td>cotton</td><td>Fisher</td><td>22-456-881</td><td>non-sterile</td></tr><tr><td>glass pipets</td><td>Fisher</td><td>13-678-20A&amp;nbsp;</td><td>borosilicate 5.75&quot;</td></tr><tr><td>two 250 microliter syringes</td><td>Fisher</td><td>14-813-69&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>4 erlenmeyer flasks</td><td>Fisher</td><td>10-040D&amp;nbsp;</td><td>125 mL</td></tr><tr><td>fume hood&amp;nbsp;</td><td>Fisher</td><td>13-118-370&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>nitrile gloves</td><td>Fisher</td><td>19-149-863B&amp;nbsp;</td><td>medium</td></tr><tr><td>safety goggles</td><td>Fisher</td><td>17-377-403&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>spatula</td><td>Fisher</td><td>14-357Q</td><td></td></tr><tr><td>balance</td><td>Fisher</td><td>01-912-403&amp;nbsp;</td><td>120 g capacity</td></tr></tbody></table>

separation of aldehydes and reactive ketones from mixtures using a bisulfite extraction protocol

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.

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...

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Separation of Aldehydes and Reactive Ketones from Mixtures Using a Bisulfite Extraction Protocol

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

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.

The purification of organic compounds is an essential component of routine synthetic operations. The ability to remove contaminants into an aqueous layer ...

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Serie: Separation of Aldehydes and Reactive Ketones from Mixtures Using a Bisulfite Extraction Protocol

Synthesis of Esters Via a Greener Steglich Esterification in Acetonitrile

The Steglich esterification is a widely-used reaction for the synthesis of esters from carboxylic acids and alcohols. While efficient and mild, the reaction is commonly performed using chlorinated or amide solvent systems, which are hazardous to human health and the environment. Our methodology utilizes acetonitrile as a greener and less hazardous solvent system. This protocol exhibits rates and yields that are comparable to traditional solvent systems and employs an extraction and wash sequence that eliminates the need for the purification of the ester product via column chromatography. This general method can be used to couple a variety of carboxylic acids with 1&#176; and 2&#176; aliphatic alcohols, benzylic and allylic alcohols, and phenols to obtain pure esters in high yields. The goal of the protocol detailed here is to provide a greener alternative to a common esterification reaction, which could serve useful for ester synthesis in both academic and industrial applications.

A modified Steglich esterification reaction was used to synthesize a small library of ester derivatives with primary and secondary alcohols. The methodology uses a non-halogenated and greener solvent, acetonitrile, and enables product isolation in high yields without the need for chromatographic purification.

Synthese von Estern über ein grüner Steglich-Veresterung in Acetonitril

The Steglich esterification is a widely-used reaction for the synthesis of esters from carboxylic acids and alcohols. While efficient and mild, the ...

Forschung

Chemie

Preparation of Contiguous Bisaziridines for Regioselective Ring-Opening Reactions

Aziridines, a class of reactive organic molecules containing a three-membered ring, are important synthons for the synthesis of a large variety of functionalized nitrogen-containing target compounds through the regiocontrolled ring-opening of C-substituted aziridines. Despite the tremendous progress in aziridine synthesis over the past decade, accessing contiguous bisaziridines efficiently remains difficult. Therefore, we were interested in synthesizing contiguous bisaziridines bearing an electronically diverse set of N-substituents beyond the single aziridine backbone for regioselective ring-opening reactions with diverse nucleophiles. In this study, chiral contiguous bisaziridines were prepared by organocatalytic asymmetric aziridination of chiral (E)-3-((S)-1-((R)-1-phenylethyl)aziridin-2-yl)acrylaldehyde with N-Ts-O-tosyl or N-Boc-O-tosyl hydroxylamine as the nitrogen source in the presence of (2S)-[diphenyl(trimethylsilyloxy)methyl]pyrrolidine as a chiral organocatalyst. Also demonstrated here are representative examples of regioselective ring-opening reactions of contiguous bisaziridines with a variety of nucleophiles such as sulfur, nitrogen, carbon, and oxygen, and the application of contiguous bisaziridines to the synthesis of multi-substituted chiral pyrrolidines by Pd-catalyzed hydrogenation.

Contiguous bisaziridines containing non-activated and activated aziridines were synthesized by asymmetric organocatalytic aziridinations and then subjected to chemoselective ring-opening reactions under acidic or basic conditions. The non-activated aziridine ring opens with less reactive nucleophiles under acidic conditions, whereas the activated aziridine ring opens with more reactive nucleophiles under basic conditions.

Herstellung zusammenhängender Bisaziridine für regioselektive Ringöffnungsreaktionen

Aziridines, a class of reactive organic molecules containing a three-membered ring, are important synthons for the synthesis of a large variety of ...

Reducing Agents

Source: Vy M. Dong and Daniel Kim, Department of Chemistry, University of California, Irvine, CA
Controlling the reactivity and selectivity during the synthesis of a molecule is very important criteria for chemists. This has led to the development of many reagents that allow chemists to pick and choose reagents suitable for a given task. Quite often, a balance between reactivity and selectivity needs to be achieved. This experiment will use IR spectroscopy to monitor the reaction and to understand the reactivity of carbonyl compounds as well as the reactivity of hydride-reducing reagents.

Reduction of Carbonyl Compounds

Reduktionsmittel

Source: Vy M. Dong and Daniel Kim, Department of Chemistry, University of California, Irvine, CA
Controlling the reactivity and selectivity during the ...

Lehre

JoVE Science Education

Organische Chemie II

Alcohols from Carbonyl Compounds: Reduction

Reduction is a simple strategy to convert a carbonyl group to a hydroxyl group. The three major pathways to reduce carbonyls to alcohols are catalytic hydrogenation, hydride reduction, and borane reduction.
Catalytic hydrogenation is similar to the reduction of an alkene or alkyne by adding H2 across the pi bond in the presence of transition metal catalysts like Raney Ni, Pd–C, Pt, or Ru. Aldehydes and ketones can be reduced by this method, often under mild to moderate heat (25–100°C) and pressure (1–5 atm H2), to yield 1° and 2° alcohols, respectively.
<img alt="Hydrogenation reaction diagram; cyclohexanone to cyclohexanol using H₂/Pt, Pd, Ni catalyst, 90–95% yield." src="/files/ftp_upload/11925/11925_PT_Figure_1.svg" style="text-align: center; height: 90px;" data-altupdatedat="1747908711000" data-alt="Figure1">
Figure 1. Catalytic hydrogenation can be suitable for industrial applications when harsh conditions are not required, but unsaturated carbon–carbon bonds are also reduced.
Hydride reduction can be achieved by hydride transfer reagents, like sodium borohydride (NaBH4) and lithium aluminum hydride (LiAlH4, or LAH), as nucleophilic attack by a free hydride ion, <img alt="Lewis structure of hydride ion, H⁻, showing a hydrogen atom with a lone pair and a negative charge." src="/files/ftp_upload/11925/11925_PT_Figure_2.svg" style="height: 18px;" data-altupdatedat="1747908711000" data-alt="Figure2">, is almost unknown for NaH salts due to its high charge density, making it a strong base. The hydrogen atoms of LAH and NaBH4, being covalently bonded to boron and aluminum atoms, have partial negative charges, thereby enhancing their nucleophilicity at the cost of basicity. The first step of nucleophilic addition leads to the formation of alkoxide ions. The byproduct alkoxyborohydride or alkoxyaluminate reduces three more carbonyl molecules, successively transferring all their hydrogen atoms. Since hydride is a poor leaving group, the hydride transfer steps are irreversible, and therefore the reaction proceeds to completion. Lastly, the reaction mixture is worked up with solvent (i.e., water or alcohol in the case of NaBH4 and dilute acid in the case of LAH).
<img alt="Chemical reaction diagram: ester reduction by LiAlH4 to form alcohols, showcasing reduction process." src="/files/ftp_upload/11925/11925_PT_Figure_3.svg" style="text-align: center; height:55px;" data-altupdatedat="1747908711000" data-alt="Figure3">
Figure 2. Aldehydes and symmetrical esters produce one 1° alcohol product. Unsymmetrical esters produce a mixture of 1° alcohols.
LAH, NaBH4, and their derivatives are highly useful in the reduction of aldehydes and ketones. LAH, a powerful reducing agent, can also reduce carbonyl compounds like acids, esters, acyl chlorides, and amides. LAH reacts violently with water and other protic solvents, liberating hydrogen gas and forming metal hydroxides/alkoxides. Hence, LAH reductions are typically carried out in aprotic solvents like anhydrous diethyl ether and THF.
<img alt="Organic reduction reaction equation, LiBH4/EtOH, carboxylic acid to alcohol conversion, chemical synthesis." src="/files/ftp_upload/11925/11925_PT_Figure_4.svg" style="text-align: center; height: 45px;" data-altupdatedat="1747908711000" data-alt="Figure4">
Figure 3. An alcoholic solution of lithium borohydride is a non-hazardous alternative to LAH in selectively reducing esters over acids.
On the other hand, NaBH4 is of a milder nature and generally reduces only in protic solvents like ethanol or methanol. Therefore, NaBH4 can be used to reduce aldehydes and ketones in the presence of functional groups like alkyl halides, esters, alkyl tosylates, and nitro groups. Diisobutylaluminum hydride (DIBAL-H) can also convert carbonyls to alcohols at room temperature by two successive additions of hydride ions. However, when reacted with esters at low temperatures, this reaction can be stopped at the aldehyde stage by adding only one equivalent of hydride ion.
Borane reduction uses a borane (BH3) solution in diethyl ether, THF, or Me2S to selectively reduce electron-rich carbonyl groups like carboxylic acids in the presence of other reducible functional groups such as esters and even ketones.
<img alt="Hydroboration-oxidation reaction equation; organic chemistry; synthesis of alcohols; reaction diagram." src="/files/ftp_upload/11925/11925_PT_Figure_5.svg" style="text-align: center; height: 65px;" data-altupdatedat="1747908711000" data-alt="Figure5">
Figure 4. The formation of a reactive triacylborate intermediate with a more electrophilic carbonyl group than the starting ester molecule drives the reduction reaction forward.
For living organisms, reduced coenzyme NADH or its phosphoester NADPH is equivalent to laboratory hydride reagents in enzyme catalysis of similar biological reductions.

Alkohole aus Carbonylverbindungen: Reduktion

Reduction is a simple strategy to convert a carbonyl group to a hydroxyl group. The three major pathways to reduce carbonyls to alcohols are catalytic ...

Organische Chemie

Unit 1

Alkohole und Phenole

SCHLÜSSELBEGRIFFE UND KONZEPTE

Preparation of Aldehydes and Ketones from Alcohols, Alkenes, and Alkynes

Aldehydes and ketones are prepared from alcohols, alkenes, and alkynes via different reaction pathways. Alcohols are the most commonly used substrates for synthesizing aldehydes and ketones. The conversion of alcohol to aldehyde, which involves the oxidation process, depends on the class of the alcohol used and the strength of the oxidizing agent. For instance, primary alcohol will form an aldehyde when treated with a weak oxidizing agent; however, it gets over-oxidized to a carboxylic acid in the presence of a strong oxidizing agent. Hence, a mild oxidant like pyridinium chlorochromate is used to convert primary alcohols to aldehydes.
Similarly, Swern and Dess&#8211;Martin oxidations, which employ weaker oxidizing agents, convert primary alcohols to aldehydes. The strength of the oxidizing agent is irrelevant when converting secondary alcohol to a ketone. Both mild and strong oxidants give ketones from secondary alcohols.
Unsaturated hydrocarbons like alkenes undergo an ozonolysis reaction to give aldehydes and ketones. The product formed depends on the substitution present across the double bond in an alkene. A monosubstituted alkene forms formaldehyde and another aldehyde molecule. However, disubstitution gives rise to two cases. A 1,1-disubstituted alkene upon ozonolysis forms a mixture of formaldehyde and ketone, while a 1,2-disubstituted alkene yields a mixture of aldehydes. Both aldehydes and ketones are formed when trisubstituted alkenes undergo ozonolysis, while tetrasubstituted alkenes form ketones exclusively.
Alkynes&#160;also form aldehydes and ketones under hydroboration-oxidation and acid-catalyzed hydration reaction conditions. The hydroboration-oxidation reaction favors anti-Markovnikov&#8217;s addition. Hence terminal alkynes form aldehydes, and internal alkynes&#160;yield ketones. On the other hand, the acid-catalyzed hydration reaction follows Markonikov&#8217;s addition, and thus both terminal and internal alkynes generate&#160;ketones.

Herstellung von Aldehyden und Ketonen aus Alkoholen, Alkenen und Alkinen

Aldehydes and ketones are prepared from alcohols, alkenes, and alkynes via different reaction pathways. Alcohols are the most commonly used substrates for ...

Aldehyde und Ketone

Preparation of Aldehydes and Ketones from Nitriles and Carboxylic Acids

Although it is possible to reduce a carboxylic acid to an aldehyde, strong reducing agents, like lithium aluminum hydride (LAH), prohibit a controlled reduction, instead causing the generated aldehyde to instantly over-reduce to a primary alcohol.
Reducing carboxylic acid derivatives like acyl chlorides (RCOCl), esters (RCO2R&prime;), and nitriles (RCN) using milder aluminum hydride agents like lithium tri-tert-butoxyaluminum hydride [LiAlH(O-t-Bu)3] and diisobutylaluminum hydride [DIBAL-H] allows the easy conversion of the derivative to the corresponding aldehyde. This is because alkylaluminum hydrides are less reactive than LAH, as the former is more sterically hindered.
According to recent studies, a reductant like diphenylsilane in combination with an air-stable Ni precatalyst and dimethyl dicarbonate as an activator converts most of the carboxylic acid to the aldehyde without causing any over-reduction.
In other studies, a hydrosilane through visible light photoredox catalysis efficiently reduces carboxylic acids to aldehydes.
Ketones, unlike aldehydes, can be directly prepared from carboxylic acids using organolithium reagents. The acid rapidly reacts with two equivalents of an organolithium reagent to form a dianion. This dianion gets protonated to form the corresponding hydrate, which loses a water molecule to give a ketone.
Both aldehydes and ketones can be prepared from nitriles using suitable reducing agents. Aldehydes are formed by the partial reduction of nitriles in the presence of DIBAL-H. The nitrile first forms an aluminum complex, which later, on hydrolysis, yields the corresponding aldehyde. Nitriles can be reduced to ketones via imine intermediates using Grignard or organolithium reagents.

Herstellung von Aldehyden und Ketonen aus Nitrilen und Carbonsäuren

Although it is possible to reduce a carboxylic acid to an aldehyde, strong reducing agents, like lithium aluminum hydride (LAH), prohibit a controlled ...

Preparation of Aldehydes and Ketones from Carboxylic Acid Derivatives

Aldehydes are more reactive than carboxylic acids and hence, can get over-reduced to alcohol in the presence of strong reducing agents. Therefore, carboxylic acids are&#160;inefficient in preparing aldehydes using LAH.
Carboxylic acid derivatives like acid chlorides and esters are more easily reducible than the corresponding acids. The derivatives reduce in the presence of mild reducing agents to give aldehydes. Aldehydes can also be prepared by Rosenmund reduction, that is, the reduction of acid chloride via hydrogenation over a poisoned catalyst. Catalytic poisoning inhibits the over-reduction of aldehydes. A Grignard reagent reduces an acid chloride to tertiary alcohol via a ketone intermediate. The reaction can be stopped at the ketone stage using a milder reducing agent like the Gilman reagent (R2CuLi). Aryl ketones can be prepared by Friedel&#8211;Crafts acylation&#160;in which acid chloride is treated with benzene and AlCl3.
Another carboxylic acid derivative, an ester, can be reduced to an aldehyde using DIBAL-H at dry ice temperature to give an aldehyde. Ketones cannot be prepared directly from esters because ketones are more reactive than esters and tend to over-reduce to tertiary alcohol.

Herstellung von Aldehyden und Ketonen aus Carbonsäurederivaten

Aldehydes are more reactive than carboxylic acids and hence, can get over-reduced to alcohol in the presence of strong reducing agents. Therefore, ...

Reactions of Aldehydes and Ketones: Baeyer&ndash;Villiger Oxidation

Baeyer&#8211;Villiger oxidation converts aldehydes to carboxylic acids and ketones to esters. The reaction uses peroxy acids or peracids and is often catalyzed by acid. The reaction is named after its pioneers, Adolf von Baeyer and Victor Villiger. The reaction is achieved by a wide range of peracids such as m-chloroperoxybenzoic acid (mCPBA), perbenzoic acid (C6H5COOOH), peracetic acid (CH3COOOH), hydrogen peroxide (H2O2), and tert-butyl hydroperoxide (t-BuOOH).
The carbonyl center is activated by protonating the carbonyl oxygen. The peracid then adds across the C=O bond to give a tetrahedral intermediate called the Criegee intermediate. During the concerted intramolecular rearrangement that follows, the carbonyl group is restored, a group migrates from carbon to oxygen, and the weak peroxide bond cleaves to give an acid (if the substrate is an aldehyde) or an ester (if the substrate is a ketone).
<img alt="Figure1" src="/files/ftp_upload/12341/12341_PT_Figure_1.svg" style="text-align: center; height: 275px;" />
The migratory aptitude of different groups follows the order of &#8211;H &#62; &#8211;CR3 &#62; &#8211;CHR2 &approx; &#8211;Ph &#62; &#8211;CRH2 &#62; &#8211;&NoBreak;CH3. This makes Baeyer&#8211;Villiger oxidation regioselective. Also, the reaction retains the stereochemistry at the migrating center for asymmetrical substrates. Reactions involving cyclic ketones produce lactones.

Reactions of Aldehydes and Ketones: Baeyer&amp;#8211;Villiger Oxidation

Reaktionen von Aldehyden und Ketonen: Baeyer-Villiger-Oxidation

Baeyer&#8211;Villiger oxidation converts aldehydes to carboxylic acids and ketones to esters. The reaction uses peroxy acids or peracids and is often ...

&alpha;-Hydroxy Ketones via Reductive Coupling of Esters: Acyloin Condensation Overview

The pinacol and McMurry reactions involve the reductive coupling of ketones or aldehydes. Similarly, the bimolecular reductive coupling of two ester molecules in the presence of sodium metal in an aprotic solvent yields an &#945;-hydroxy ketone product. The &#945;-hydroxy ketone is also called acyloin, so the reaction is referred to as &#8216;acyloin condensation.&#8217;
<img alt="Figure1" src="/files/ftp_upload/12908/12908_PT_Figure_1.svg" style="text-align: center; height: 65px;" />
In the acyloin condensation reaction, esters are converted to ketyls, which undergo radical dimerization to form an unstable tetrahedral intermediate. Further, this intermediate collapses to give a 1,2-diketone intermediate. The 1,2-diketones are comparatively more reactive than ketones towards electrophiles and reducing agents because of lower &#960;* energy. Consequently, two electrons sequentially transfer to the 1,2-diketone to form an enediolate. Lastly, the enediolate intermediate is quenched with acid to yield an &#945;-hydroxy ketone with a good yield.
Often some by-products are obtained alongside the major product because of the reactivity of nucleophilic enediolate. To overcome the side reactions and improve the yield of an acyloin, trimethylsilyl chloride is used to silylate the enediolate. This results in a bis-silyl ether, further hydrolyzed with aqueous acid to give &#945;-hydroxy ketones.

&amp;#945;-Hydroxy Ketones via Reductive Coupling of Esters: Acyloin Condensation Overview

α-Hydroxyketone durch reduktive Kupplung von Estern: Überblick über die Acyloin-Kondensation

The pinacol and McMurry reactions involve the reductive coupling of ketones or aldehydes. Similarly, the bimolecular reductive coupling of two ester ...

Radikalchemie

Alkylation of &beta;-Ketoester Enolates: Acetoacetic Ester Synthesis

Acetoacetic ester synthesis is a method to obtain ketones from alkyl halides and &beta;-keto esters. The reaction occurs in the presence of an alkoxide base that abstracts the acidic proton of the &beta;-keto esters. The step results in an enolate ion which is doubly stabilized. The enolate then reacts with an alkyl halide via the SN2 process to produce an alkylated ester intermediate with a new C&#8211;C bond. The hydrolysis of the intermediate, followed by acidification, results in an alkylated &beta;-keto acid. Under high-temperature conditions, the &beta;-keto acid undergoes decarboxylation to form a ketone. However, if the alkylation is repeated before hydrolysis and decarboxylation steps, a disubstituted ketone is obtained.

Alkylation of &#946;-Ketoester Enolates: Acetoacetic Ester Synthesis

Alkylierung von β-Ketoester-Enolaten: Acetessigester-Synthese

Acetoacetic ester synthesis is a method to obtain ketones from alkyl halides and &beta;-keto esters. The reaction occurs in the presence of an alkoxide ...