Séparation des aldéhydes et des cétones réactives des mélanges à l’aide d’un protocole d’Extraction de Bisulfite

Résumé

Nous présentons ici un protocole pour supprimer des aldéhydes et des cétones réactives de mélanges par un protocole d’extraction liquide-liquide directement avec du bisulfite de sodium saturée dans un solvant miscible. Ce protocole combiné est rapide et facile à réaliser. L’aldéhyde ou cétone peut être ré-isolé par la basification de la phase aqueuse.

Résumé

La purification de composés organiques est une composante essentielle des opérations de routine synthétiques. La capacité d’éliminer les contaminants dans une phase aqueuse en générant une structure chargée permet d’utiliser l’extraction comme une technique de purification simple. En combinant l’utilisation d’un solvant organique miscible avec du bisulfite de sodium saturée, des aldéhydes et des cétones réactives peut être transformée avec succès en charge bisulfite adduits qui peuvent ensuite être séparés des autres constituants organiques d’un mélange de la mise en place d’une couche organique non miscible. Nous décrivons ici un protocole simple pour l’enlèvement des aldéhydes, y compris néopentyle stériquement aldéhydes et des cétones, de mélanges chimiques. Cétones peuvent être séparés si elles sont sans encombre stériquement cyclique ou méthyl cétones. Pour les aldéhydes aliphatiques et cétones, diméthylformamide est utilisé comme solvant miscible afin d’améliorer le taux d’élimination. La réaction d’addition de bisulfite peut être renversée par la basification de la couche aqueuse, ce qui permet de ré-isoler la composante réactive carbonyle d’un mélange.

Introduction

La séparation des composants des mélanges entre eux est essentielle à la préparation des matériaux purs. La méthode décrite ci-après permet la séparation facile des aldéhydes et sans entrave stériquement cyclique et d’autres molécules organiques¹les méthyl cétones. La technique repose sur la réactivité du bisulfite avec le groupe carbonyle pour créer une charge adduit qui peuvent être séparés en une couche aqueuse, tandis que les autres composants séparent en une couche organique non miscible. La clé pour réaliser la réactivité entre bisulfite et le carbonyle est l’utilisation d’un solvant miscible, qui permet à la réaction à avoir lieu avant la séparation en phases distinctes. Sans l’ajout de solvant miscible séparation minimale est obtenue, sans doute en raison de mauvais contact entre le bisulfite hydrophile et les composés organiques hydrophobes.

L’avantage de cette méthode de séparation pour la purification est la facilité du protocole. Extraction liquide-liquide est une opération simple à effectuer et peut être effectuée à grande échelle. Techniques de purification alternatifs, comme la chromatographie sur colonne, sont beaucoup plus coûteux, chronophages et difficiles à effectuer à grande échelle et nécessitent une différenciation suffisante des composants en fonction de la polarité. Purification par recristallisation ou distillation nécessite une différenciation suffisante entre la solubilité ou les points d’ébullition des composants du mélange, respectivement. Parce que l’extraction du bisulfite repose sur la différence de réactivité du groupe carbonyle des aldéhydes et des cétones, composés avec solubilité similaire, des points d’ébullition ou polarités peuvent être séparés efficacement. D’autres méthodes de séparation chimique existent pour la séparation sélective des aldéhydes et des cétones de mélanges, par exemple, la formation sélective des oximes², acétals cycliques³ou mercaptal⁴ formation. Ces méthodes nécessitent une étape supplémentaire pour séparer les espèces formées de mélange, car le produit n’est pas soluble dans l’eau et par conséquent ne peut être séparé par un protocole d’extraction simple. Oxydation d’aldéhyde pour former des acides carboxyliques amovibles est une autre technique⁵, mais l’étape d’oxydation requis est moins chemoselective que les conditions du bisulfite doux décrit ci-après et nécessite l’utilisation de l’oxygène et un catalyseur de cobalt.

Cette méthode est applicable à la séparation des aldéhydes (Figure 1) et sans être gêné stériquement cycliques et méthyl cétones (Figure 2) de molécules qui ne contiennent pas de ces groupes fonctionnels. Les cétones particulièrement réactifs, tels que les esters α-cétoniques sont également supprimés à l’aide de ce processus. Alcanes, alcènes, dienes, alcynes, esters, amides, acides carboxyliques, les halogénures d’alkyles, alcools, phénols, nitriles, chlorure de benzyle, époxydes, anilines, acétals, et un peu gênée, α, β-insaturée, ou aryl cétones sont tous non réactif dans les conditions et peut être séparé de l’aldéhyde ou la teneur en cétone réactives (Figures 2 et Figure 3). Cétones éthylique ou cétones cycliques α-substitués, par exemple, sont suffisamment gênées et sont donc séparables des aldéhydes et des cétones plus réactives. Lorsque vous utilisez des alcènes, hexane est recommandé comme solvant non miscible pour empêcher décomposition indésirable en raison de dioxyde de soufre présent dans la solution de bisulfite. La compatibilité du groupe fonctionnel du protocole d’extraction du bisulfite est extrêmement large et s’applique à un éventail extrêmement large de séparations, si le contaminant carbonyle à être séparés du mélange est un aldéhyde ou une entrave donc méthyle ou cétone cyclique. Cétones moins réactifs ne réagissent pas avec du bisulfite dans ces conditions et ne sont donc pas supprimés.

Protocole

1. standard Protocol pour la séparation des aldéhydes aromatiques à partir d’un mélange. Exemple : Séparation du benzyle Butyrate d’un mélange de 1:1 avec Anisaldéhyde.

1. Dissoudre 175 μL d’Anisaldéhyde et 250 μL de butyrate de benzyle dans 5 mL de méthanol et transvaser la solution dans une ampoule à décanter.
   ATTENTION : Le bisulfite de Sodium peut générer des gaz de dioxyde de soufre, ainsi ce protocole procéder avec une ventilation adéquate, comme sous une hotte.
2. Ajouter 1 mL de bisulfite de sodium solution aqueuse saturée et agiter vigoureusement pendant environ 30 s.
3. Ajouter 25 mL d’eau désionisée et 25 mL d’acétate d’éthyle de 10 % / hexanes et agiter vigoureusement.
4. Séparer les couches. Sécher la couche organique avec le sulfate de magnésium anhydre. Filtrer la solution pour supprimer le sulfate de magnésium et de se concentrer dans le vide à l’aide d’un évaporateur rotatif.

2. séparation des cétones et aldéhydes aliphatiques à partir d’un mélange. Exemple : Séparation du benzyle Butyrate d’un mélange de 1:1 avec Benzylacetone.

1. Dissoudre les 213 μL de benzylacetone et 250 μL de butyrate de benzyle dans 10 mL de diméthylformamide et transvaser la solution dans une ampoule à décanter.
   ATTENTION : Le bisulfite de Sodium peut générer des gaz de dioxyde de soufre, ainsi ce protocole procéder avec une ventilation adéquate, comme sous une hotte.
2. Ajouter 25 mL de bisulfite de sodium solution aqueuse saturée et agiter vigoureusement pendant environ 30 s.
3. Ajouter 25 mL d’eau désionisée et 25 mL d’acétate d’éthyle de 10 % / hexanes et agiter vigoureusement.
4. Séparer les couches. Retourner la couche aqueuse à l’ampoule à décanter, ajouter 25 mL de 10 % d’acétate d’éthyle/hexanes et agiter vigoureusement. Soutirer la couche aqueuse, laissant la couche organique dans l’ampoule à décanter. Rajouter la couche organique précédente à l’ampoule à décanter.
5. Laver les couches organiques combinés trois fois avec de l’eau désionisée (10 mL pour chaque lavage). Sécher la couche organique avec le sulfate de magnésium anhydre. Filtrer la solution pour supprimer le sulfate de magnésium et de se concentrer dans le vide à l’aide d’un évaporateur rotatif.

3. séparation des aldéhydes à partir d’un mélange contenant un alcène. Exemple : Séparation du benzyle Butyrate d’un mélange de 1:1 avec Citronellal.

1. Dissoudre les 255 μL de citronellal et 250 μL de butyrate de benzyle dans 10 mL de diméthylformamide et transvaser la solution dans une ampoule à décanter.
   ATTENTION : Le bisulfite de Sodium peut générer des gaz de dioxyde de soufre, ainsi ce protocole procéder avec une ventilation adéquate, comme sous une hotte.
2. Ajouter 25 mL de bisulfite de sodium solution aqueuse saturée et agiter vigoureusement pendant environ 30 s.
3. Ajouter 25 mL d’eau désionisée et 25 mL d’hexane et agiter vigoureusement.
4. Séparer les couches. Retourner la couche aqueuse à l’ampoule à décanter, ajouter hexanes 25 mL et agiter vigoureusement. Soutirer la couche aqueuse, laissant la couche organique dans l’ampoule à décanter. Rajouter la couche organique précédente à l’ampoule à décanter.
5. Laver les couches organiques combinés trois fois avec de l’eau désionisée (10 mL pour chaque lavage). Sécher la couche organique avec le sulfate de magnésium anhydre. Filtrer la solution pour supprimer le sulfate de magnésium et de se concentrer dans le vide à l’aide d’un évaporateur rotatif.

4. ré-isolation des aldéhydes à partir d’un mélange. Exemple : Séparation du pipéronal partir d’un mélange de 1:1 avec le Butyrate de benzyle.

1. Dissoudre les 217 mg de pipéronal et 250 μL de butyrate de benzyle dans 5 mL de méthanol et transvaser la solution dans une ampoule à décanter.
   ATTENTION : Le bisulfite de Sodium peut générer des gaz de dioxyde de soufre, par conséquent, ce protocole procéder avec une ventilation adéquate, comme sous une hotte.
2. Ajouter 1 mL de bisulfite de sodium solution aqueuse saturée et agiter vigoureusement pendant environ 30 s.
3. Ajouter 25 mL d’eau désionisée et 25 mL d’acétate d’éthyle de 10 % / hexanes et agiter vigoureusement.
4. Séparer les couches. Retourner la couche aqueuse à l’ampoule à décanter.
   1. Facultatif : Laver phase aqueuse fois avec 25 mL de 10 % d’acétate d’éthyle/hexanes pour enlever la petite quantité du butyrate de benzyle restants.
5. Ajouter 25 mL d’acétate d’éthyle, puis ajoutez 50 % d’hydroxyde de sodium jusqu'à ce qu’une bande de pH indique que le pH est de 12. Agiter vigoureusement.
   ATTENTION : Evolution des gaz a été observée au cours de cette étape et peut causer l’accumulation de pression. Veillez à bien ventiler l’ampoule à décanter. Intensification de cette procédure fera évolution de gaz plus prononcée. Soyez prudent.
6. Séparer les couches. Retourner la couche aqueuse à l’ampoule à décanter et ajouter 25 mL d’acétate d’éthyle. Agiter vigoureusement.
7. Séparer les couches. Combiner la couche organique avec la couche organique de l’étape précédente. Sécher la couche organique combinée avec du sulfate de magnésium anhydre. Filtrer la solution pour supprimer le sulfate de magnésium et de se concentrer dans le vide à l’aide d’un évaporateur rotatif.

Résultats

Procédure 1 pour l’enlèvement de l’aldéhyde est utilisé pour les aldéhydes aromatiques. Procédure 2, dans lequel le diméthylformamide est utilisé comme solvant miscible, devrait être utilisé pour les cétones et les aldéhydes aliphatiques. 2 de la procédure devrait également être utilisé pour les mélanges qui ne sont pas entièrement solubles dans le méthanol. Le matériel obtenu à partir de chacun des protocoles est...

Discussion

Les premières tentatives d’utiliser la réaction de bisulfite comme méthode pour enlever des aldéhydes en utilisant une extraction en deux phases typique ont conduit à des niveaux très faibles de l’enlèvement. Nous avons émis l’hypothèse que la réaction n’était pas assez rapide pour se produire pendant le temps très limité que les deux couches ont été en contact. Pour augmenter le contact entre les réactifs, nous avons développé un protocole d’extraction de deux étages dans lequel un solvant m...

matériels

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