Separación de aldehidos y cetonas reactivas de mezclas mediante un protocolo de extracción de bisulfito

Resumen

Aquí, presentamos un protocolo para eliminar aldehídos y cetonas reactivas de mezclas mediante un protocolo de extracción líquido-líquido directamente con bisulfito de sodio saturado en un solvente miscible. Este protocolo combinado es rápido y fácil de realizar. El aldehído o cetona puede aislarse nuevamente por basification de la capa acuosa.

Resumen

La purificación de compuestos orgánicos es un componente esencial de las operaciones sintéticas de rutina. La capacidad para eliminar los contaminantes en una capa acuosa generando una estructura cargada proporciona la oportunidad de utilizar extracción como una técnica de purificación simple. Combinando el uso de un disolvente orgánico miscible con bisulfito de sodio saturado, aldehídos y cetonas reactivas puede con éxito transformarse cargado bisulfito de aductos que puede entonces ser separados de otros componentes orgánicos de una mezcla por la introducción de una capa orgánica inmiscible. Aquí, describimos un protocolo simple para la remoción de aldehídos, incluyendo aldehídos Neopentilglicol sterically obstaculizado y algunas cetonas, de mezclas químicas. Las cetonas pueden ser separadas si ellos son sterically unhindered cíclica o metil cetonas. Para alifáticos aldehinos y cetonas, dimetilformamida se utiliza como solvente miscible para mejorar las tasas de extracción. Puede invertirse la reacción de adición de bisulfito por basification de la capa acuosa, lo que permite el nuevo aislamiento del componente carbonilo reactivo de una mezcla.

Introducción

La separación de componentes de mezclas entre ellas es esencial para la preparación de los materiales puros. El método descrito en este documento permite la fácil separación de aldehinos y sterically unhindered cíclico y metil cetonas de otras moléculas orgánicas¹. La técnica se basa en la reactividad de bisulfito con el grupo carbonilo para crear un aducto que se puede separar en una capa acuosa, mientras que otros componentes de separan en una capa orgánica inmiscible. La clave para alcanzar la reactividad entre el bisulfito y el carbonilo es el uso de un solvente miscible, que permite la reacción que tendrá lugar antes de la separación en fases separadas. Sin la adición de la separación mínima solvente miscible es obtenida, presumiblemente debido al mal contacto entre el bisulfito hidrofílico y los compuestos orgánicos hidrofóbicos.

La ventaja de este método de separación para la purificación es la facilidad del protocolo. Extracción líquido-líquido es una operación sencilla de realizar y puede llevarse a cabo en gran escala. Técnicas de purificación alternativos, tales como cromatografía en columna, son mucho más costosos, desperdiciadores de tiempo y difíciles de realizar en gran escala y requieren suficiente diferenciación de los componentes en términos de polaridad. La purificación por recristalización o destilación requiere suficiente diferenciación entre la solubilidad y puntos de ebullición de los componentes de la mezcla, respectivamente. Porque extracción de bisulfito se basa en la diferencia en la reactividad del grupo carbonilo de aldehídos y cetonas, compuestos con similar solubilidad, puntos de ebullición o polaridades pueden separar con eficacia. Otros métodos de separación químicos existen para la separación selectiva de aldehídos y cetonas de mezclas, por ejemplo, la formación selectiva de oximas², Acetales cíclicos³o mercaptal⁴ formación. Estos métodos requieren un paso adicional para separar las especies formadas de la mezcla, porque el producto no es soluble en agua y por lo tanto no se puede separar por un protocolo de extracción simple. Oxidación del aldehído para formar ácidos carboxílicos extraíbles es otro había comunicado técnica⁵, pero el paso de oxidación requiere menos estereoselectiva que las condiciones de bisulfito leve descrita en este documento y requiere el uso de gas de oxígeno y un catalizador de cobalto.

Este método es aplicable a la separación de aldehidos (figura 1) y unhindered sterically cíclicas y metil cetonas (figura 2) de las moléculas que no contienen estos grupos funcionales. Particularmente reactivas cetonas, como la α-ceto ésteres también se quitan usando este proceso. Alcanos, alquenos, dienos, alquinos, ésteres, amidas, ácidos carboxílicos, halides alkyl, alcoholes, fenoles, nitrilos, cloruros de bencil, epóxidos, anilinas, acetales, y ligeramente obstaculizado, α, β-insaturado, o aril cetonas son todos no reacciona en las condiciones y se puede separar del aldehino o cetona reactivo componente de la mezcla (figuras 2 y figura 3). Cetonas Ethyl o cetonas cíclicas α-sustituido, por ejemplo, son suficientemente obstaculizadas y por lo tanto son separables de aldehídos y cetonas más reactivas. Al usar los alkenes, hexano se recomienda como el solvente inmiscible para evitar descomposición no deseada debido al dióxido de azufre presente en la solución de bisulfito. La compatibilidad de grupo funcional del Protocolo de extracción de bisulfito es extremadamente amplia y por lo tanto es aplicable a una gama muy amplia de las separaciones, si el contaminante de carbonilo que se separará de la mezcla es un aldehído o una sin obstáculos metilo o cetona cíclica. Menos reactivas cetonas no reaccionan con bisulfito bajo estas condiciones y por lo tanto no se quitan.

Protocolo

1. estándar protocolo para la separación de aldehídos aromáticos de una mezcla. Ejemplo: Separación de butirato de bencilo de una mezcla 1:1 con Anisaldehyde.

1. Disolver 175 μL de anisaldehyde y 250 μL de butirato de bencilo en 5 mL de metanol y transferir la solución a un matraz de filtración.
   PRECAUCIÓN: Bisulfito de sodio puede generar gas de dióxido de sulfuro, así este protocolo debe realizarse con ventilación adecuada, como en una campana de humos.
2. Añadir 1 mL de bisulfito de sodio acuoso saturado y agitar vigorosamente durante aproximadamente 30 s.
3. Añadir 25 mL de agua desionizada y 25 mL de 10% de acetato de etilo/hexanes y agite vigorosamente.
4. Separar las capas. Secar la capa orgánica con sulfato de magnesio anhidro. Filtrar la solución para eliminar el sulfato de magnesio y concentrarse en vacío usando un evaporador rotatorio.

2. separación de alifáticos aldehinos y cetonas de una mezcla. Ejemplo: Separación de butirato de bencilo de una mezcla 1:1 con Benzylacetone.

1. Disolver 213 μL de benzylacetone y 250 μL de butirato de bencilo en 10 mL de dimetilformamida y transferir la solución a un matraz de filtración.
   PRECAUCIÓN: Bisulfito de sodio puede generar gas de dióxido de sulfuro, así este protocolo debe realizarse con ventilación adecuada, como en una campana de humos.
2. Añadir 25 mL de bisulfito de sodio acuoso saturado y agitar vigorosamente durante aproximadamente 30 s.
3. Añadir 25 mL de agua desionizada y 25 mL de 10% de acetato de etilo/hexanes y agite vigorosamente.
4. Separar las capas. Volver a la capa acuosa al embudo de separatory, añadir 25 mL de 10% de acetato de etilo/hexanes y agite vigorosamente. La capa acuosa, dejando la capa orgánica en el embudo de desagüe. Añadir la capa orgánica anterior hacia el embudo.
5. Lavar las capas orgánicas combinadas tres veces con agua desionizada (10 mL en cada lavado). Secar la capa orgánica con sulfato de magnesio anhidro. Filtrar la solución para eliminar el sulfato de magnesio y concentrarse en vacío usando un evaporador rotatorio.

3. separación de aldehídos de una mezcla que contiene un Alkene. Ejemplo: Separación de butirato de bencilo de una mezcla 1:1 con Citronelal.

1. Disolver 255 μL de Citronelal y 250 μL de butirato de bencilo en 10 mL de dimetilformamida y transferir la solución a un matraz de filtración.
   PRECAUCIÓN: Bisulfito de sodio puede generar gas de dióxido de sulfuro, así este protocolo debe realizarse con ventilación adecuada, como en una campana de humos.
2. Añadir 25 mL de bisulfito de sodio acuoso saturado y agitar vigorosamente durante aproximadamente 30 s.
3. Añadir 25 mL de agua desionizada y 25 mL de hexanes y agite vigorosamente.
4. Separar las capas. Retomar la capa acuosa del embudo de separatory, añadir hexanes 25 mL y agitar enérgicamente. La capa acuosa, dejando la capa orgánica en el embudo de desagüe. Añadir la capa orgánica anterior hacia el embudo.
5. Lavar las capas orgánicas combinadas tres veces con agua desionizada (10 mL en cada lavado). Secar la capa orgánica con sulfato de magnesio anhidro. Filtrar la solución para eliminar el sulfato de magnesio y concentrarse en vacío usando un evaporador rotatorio.

4. re-aislamiento de aldehídos de una mezcla. Ejemplo: Separación de Piperonal de una mezcla 1:1 con butirato de bencilo.

1. Disolver 217 mg de piperonal y 250 μL de butirato de bencilo en 5 mL de metanol y transferir la solución a un matraz de filtración.
   PRECAUCIÓN: Bisulfito de sodio puede generar gas de dióxido de azufre, por lo tanto, este protocolo debe realizarse con ventilación adecuada, como en una campana de humos.
2. Añadir 1 mL de bisulfito de sodio acuoso saturado y agitar vigorosamente durante aproximadamente 30 s.
3. Añadir 25 mL de agua desionizada y 25 mL de 10% de acetato de etilo/hexanes y agite vigorosamente.
4. Separar las capas. Nuevamente la capa acuosa del embudo.
   1. Opcional: Lavado acuoso capa una vez con 25 mL de acetato de etilo/hexanes del 10% para eliminar la pequeña cantidad de butirato de bencilo restantes.
5. Añadir 25 mL de acetato de etilo y agregar luego 50% hidróxido de sodio hasta una tira de pH indica que el pH es 12. Agite vigorosamente.
   PRECAUCIÓN: Evolución de Gas se ha observado durante este paso y puede causar la acumulación de la presión. Asegúrese de ventilar adecuadamente el embudo. Ampliar este procedimiento hará que la evolución de gas más pronunciado. Tenga cuidado.
6. Separar las capas. Devolver la capa acuosa para el matraz y añadir 25 mL de acetato de etilo. Agite vigorosamente.
7. Separar las capas. Combinar la capa orgánica con la capa orgánica del paso anterior. Secar la capa orgánica combinada con sulfato de magnesio anhidro. Filtrar la solución para eliminar el sulfato de magnesio y concentrarse en vacío usando un evaporador rotatorio.

Resultados

Procedimiento 1 para el retiro del aldehino se utiliza para aldehídos aromáticos. Procedimiento 2, en el cual dimetilformamida se utiliza como disolvente miscible, puede usarse para cetonas y Aldehídos alifáticos. Procedimiento 2 también puede usarse para mezclas que no son totalmente solubles en metanol. El material obtenido de cada uno de los protocolos se analiza para pureza utilizando ¹análisis de integración H NMR y...

Discusión

Inicial intenta utilizar la reacción del bisulfito como un método para eliminar aldehídos mediante una extracción de 2 fases típica llevada a niveles muy bajos de retiro. La hipótesis de que la reacción no fue lo suficientemente rápida como para ocurrir durante el tiempo muy limitado que las dos capas en contacto. Para aumentar el contacto entre los reactantes, hemos desarrollado un protocolo de extracción de dos fases en el que un disolvente miscible con agua se utiliza inicialmente para permitir suficiente mez...

Materiales

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