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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Riconoscimento viene dato ai donatori della American Chemical Society petrolio fondo di ricerca supporto parziale di questa ricerca. Siamo grati per la National Science Foundation (-0619275 e-0963165) per le sovvenzioni di ristrutturazione e strumentazione supportata questa ricerca.

1. protocollo standard per la separazione delle aldeidi aromatiche da una miscela. Esempio: Separazione del butirrato benzilico da una miscela di 1:1 con anisaldeide.
<ol><li>Sciogliere 175 μL di anisaldeide e 250 μL di butirrato di benzile in 5 mL di metanolo e trasferire la soluzione in un imbuto separatore. Attenzione: il bisolfuro del sodio può generare gas di biossido di zolfo, così questo protocollo dovrebbe essere svolta con una ventilazione adeguata, come in una cappa aspirante.</li>
	<li>Aggiungere 1 mL di bisolfito di sodio acquoso saturo e agitare energicamente per circa 30 s.</li>
	<li>Aggiungere 25 mL di acqua deionizzata e 25 mL di acetato di etile 10% / esano ed agitare vigorosamente.</li>
	<li>Separare gli strati. Asciugare lo strato organico con solfato di magnesio anidro. Filtrare la soluzione per rimuovere il solfato di magnesio e concentrarsi nel vuoto utilizzando un evaporatore rotante.</li>
</ol>2. separazione di alifatiche aldeidi e chetoni da una miscela. Esempio: Separazione del butirrato benzilico da una miscela di 1:1 con Benzylacetone.
<ol><li>Sciogliere 213 μL di Benzilacetone e 250 μL di butirrato di benzile in 10 mL di dimetilformammide e trasferire la soluzione in un imbuto separatore. Attenzione: il bisolfuro del sodio può generare gas di biossido di zolfo, così questo protocollo dovrebbe essere svolta con una ventilazione adeguata, come in una cappa aspirante.</li>
	<li>Aggiungere 25 mL di bisolfito di sodio acquoso saturo e agitare energicamente per circa 30 s.</li>
	<li>Aggiungere 25 mL di acqua deionizzata e 25 mL di acetato di etile 10% / esano ed agitare vigorosamente.</li>
	<li>Separare gli strati. Restituire lo strato acquoso per l'imbuto separatore, aggiungere 25 mL di acetato di etile 10% / esano e agitare energicamente. Lo strato acquoso, lasciando lo strato organico nell'imbuto di scarico. Aggiungere lo strato organico precedente nuovamente l'imbuto separatore.</li>
	<li>Lavare gli strati organici combinati tre volte con acqua deionizzata (10 mL per ogni lavaggio). Asciugare lo strato organico con solfato di magnesio anidro. Filtrare la soluzione per rimuovere il solfato di magnesio e concentrarsi nel vuoto utilizzando un evaporatore rotante.</li>
</ol>3. separazione delle aldeidi da una miscela contenente un alchene. Esempio: Separazione del butirrato benzilico da una miscela di 1:1 con Citronellal.
<ol><li>Sciogliere 255 μL di citronellal e 250 μL di butirrato di benzile in 10 mL di dimetilformammide e trasferire la soluzione in un imbuto separatore. Attenzione: il bisolfuro del sodio può generare gas di biossido di zolfo, così questo protocollo dovrebbe essere svolta con una ventilazione adeguata, come in una cappa aspirante.</li>
	<li>Aggiungere 25 mL di bisolfito di sodio acquoso saturo e agitare energicamente per circa 30 s.</li>
	<li>Aggiungere 25 mL di acqua deionizzata e 25 mL di esano ed agitare vigorosamente.</li>
	<li>Separare gli strati. Restituire lo strato acquoso per l'imbuto separatore, aggiungere esano 25 mL e agitare energicamente. Lo strato acquoso, lasciando lo strato organico nell'imbuto di scarico. Aggiungere lo strato organico precedente nuovamente l'imbuto separatore.</li>
	<li>Lavare gli strati organici combinati tre volte con acqua deionizzata (10 mL per ogni lavaggio). Asciugare lo strato organico con solfato di magnesio anidro. Filtrare la soluzione per rimuovere il solfato di magnesio e concentrarsi nel vuoto utilizzando un evaporatore rotante.</li>
</ol>4. re-isolamento delle aldeidi da una miscela. Esempio: Separazione di piperonale da una miscela di 1:1 con alcool benzilico butirrato.
<ol><li>Sciogliere 217 mg di piperonale e 250 μL di butirrato di benzile in 5 mL di metanolo e trasferire la soluzione in un imbuto separatore. Attenzione: il bisolfuro del sodio può generare gas di biossido di zolfo, così, questo protocollo dovrebbe essere effettuato con una ventilazione adeguata, come in una cappa.</li>
	<li>Aggiungere 1 mL di bisolfito di sodio acquoso saturo e agitare energicamente per circa 30 s.</li>
	<li>Aggiungere 25 mL di acqua deionizzata e 25 mL di acetato di etile 10% / esano ed agitare vigorosamente.</li>
	<li>Separare gli strati. Lo strato acquoso ritornare l'imbuto separatore.<ol>
<li>Opzionale: Lavare strato acquoso una volta con 25 mL di acetato di etile/esano di 10% per rimuovere la piccola quantità di butirrato di benzile rimanenti.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Aggiungere 25 mL di acetato di etile e quindi aggiungere idrossido di sodio 50% fino a una striscia di pH indica che il pH è 12. Agitare vigorosamente. Attenzione: Evoluzione di Gas è stato osservato durante questo passaggio e può causare accumulo di pressione. Assicurarsi di sfiatare correttamente l'imbuto separatore. La scalabilità di questa procedura renderà evoluzione di gas più pronunciati. Usare cautela.</li>
	<li>Separare gli strati. Tornare lo strato acquoso l'imbuto separatore e aggiungere 25 mL di acetato di etile. Agitare vigorosamente.</li>
	<li>Separare gli strati. Combinare lo strato organico con lo strato organico dal passaggio precedente. Asciugare lo strato organico combinato con solfato di magnesio anidro. Filtrare la soluzione per rimuovere il solfato di magnesio e concentrarsi nel vuoto utilizzando un evaporatore rotante.</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>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

I tentativi iniziali di utilizzare la reazione di bisolfito come un metodo per rimuovere aldeidi utilizzando un'estrazione bifase tipica portato a livelli molto bassi di rimozione. Abbiamo supposto che la reazione non era abbastanza veloce per verificarsi durante il tempo molto limitato che i due strati erano in contatto. Per aumentare il contatto tra i reagenti, abbiamo sviluppato un protocollo di estrazione a due fasi in cui un solvente miscibile in acqua viene utilizzato inizialmente per consentire sufficiente miscela...

La separazione dei componenti di miscele uno da altro è essenziale per la preparazione di materiali puri. Il metodo descritto nel presente documento consente la facile separazione delle aldeidi e stericamente unhindered ciclico e metil chetoni da altre molecole organiche1. La tecnica si basa sulla reattività di bisolfito con il gruppo carbonilico per creare una carica del complesso che può essere suddiviso in uno strato acquoso, mentre altri componenti separano in uno strato organico immiscibile. La chiave per raggiungere reattività tra bisolfito e il carbonile è l'uso di un solvente miscibile, che permette la reazione che si terrà prima della separazione in fasi distinte. Senza l'aggiunta della separazione minima solvente miscibile è ottenuta, presumibilmente a causa di scarso contatto fra il bisolfito idrofila ed i prodotti organici idrofobici.
Il vantaggio di questo metodo di separazione per la purificazione è la facilità del protocollo. Estrazione liquido-liquido è un'operazione semplice da eseguire e può essere effettuata su larga scala. Tecniche di depurazione alternativo, ad esempio di cromatografia a colonna, sono molto più costoso, richiede tempo e difficile da eseguire su larga scala e richiedono sufficiente differenziazione dei componenti in termini di polarità. Purificazione di ricristallizzazione o distillazione richiede sufficiente differenziazione tra la solubilità o punti di ebollizione dei componenti della miscela, rispettivamente. Perché estrazione bisolfito si basa sulla differenza di reattività del gruppo carbonilico di aldeidi e chetoni, composti con solubilità simili, punti di ebollizione o polarità possono essere separati in modo efficace. Esistono altri metodi di separazione chimica per la separazione selettiva di aldeidi e chetoni da miscele, ad esempio, la formazione selettiva di ossime2, acetali ciclici3o mercaptal4 formazione. Questi metodi richiedono un ulteriore passaggio per separare le specie formate dalla miscela, perché il prodotto non è solubile in acqua e pertanto non può essere separato da un protocollo di estrazione semplice. Ossidazione dell'aldeide per formare acidi carbossilici rimovibili è un altro segnalato tecnica5, ma il passo di ossidazione richiesto è meno chemoselective rispetto alle condizioni di lieve bisolfito descritti nel presente documento e richiede l'utilizzo di gas di ossigeno e un catalizzatore di cobalto.
Questo metodo è applicabile alla separazione delle aldeidi (Figura 1) e stericamente unhindered chetoni ciclici e metile (Figura 2) da molecole che non contengono questi gruppi funzionali. Chetoni particolarmente reattivi, come α-cheto esteri vengono rimossi anche utilizzando questo processo. Alcani, alcheni, dieni, alchini, esteri, ammidi, acidi carbossilici, alogenuri alchilici, alcoli, fenoli, nitrili, cloruri di benzile, epossidi, ammine aromatiche, acetali, e leggermente ostacolato, α, β-insaturi, o arilici chetoni sono tutti non reattivo alle condizioni e può essere separato dall'aldeide o il chetone reattiva componente della miscela (figure 2 e Figura 3). Etile chetoni o α-sostituiti chetoni ciclici, ad esempio, sono sufficientemente ostacolati e pertanto sono separabili da aldeidi e chetoni più reattive. Quando si utilizza alcheni, esano è raccomandato come il solvente immiscibile per prevenire la decomposizione indesiderate a causa di anidride solforosa presente nella soluzione di bisolfito. La compatibilità di gruppo funzionale del protocollo estrazione bisolfito è estremamente ampia e pertanto è applicabile a una gamma estremamente ampia di separazioni, se il contaminante del carbonilico di essere separati dalla miscela è un'aldeide o un senza ostacoli metile o chetone ciclico. Chetoni meno reattivi non reagiscono con bisolfito in queste condizioni e pertanto non vengono rimossi.

<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

La purificazione dei composti organici è una componente essenziale delle operazioni di routine sintetiche. La possibilità di rimuovere i contaminanti in un strato acquoso generando una struttura carica offre l'opportunità di utilizzare estrazione come una tecnica di purificazione semplice. Combinando l'uso di un solvente organico miscibile con bisolfito di sodio satura, aldeidi e chetoni reattive può essere trasformato con successo in carico bisolfito addotti che possono poi essere separati da altri componenti organici di una miscela della introduzione di uno strato organico immiscibile. Qui, descriviamo un semplice protocollo per la rimozione delle aldeidi, tra cui stericamente impedito neopentilica aldeidi e alcuni chetoni, da miscele di sostanze chimiche. Chetoni possono essere separati se essi sono stericamente unhindered ciclico o metil chetoni. Per alifatiche aldeidi e chetoni, dimetilformammide è utilizzato come solvente miscibile per migliorare i tassi di rimozione. La reazione di addizione di bisolfito può essere invertita di basificazione dello strato acquoso, consentendo per il re-isolamento del componente di una miscela carbonilici reattivi.

Procedura 1 per la rimozione di aldeide è usato per aldeidi aromatiche. Procedura 2, in cui la dimetilformammide è utilizzato come solvente miscibile, deve essere utilizzato per chetoni e aldeidi alifatiche. Procedura 2 deve essere utilizzato anche per le miscele che non sono completamente solubili in metanolo. Il materiale ottenuto da ciascuno dei protocolli viene analizzato per purezza utilizzando 1H NMR integrazione analis...

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

Separazione di aldeidi e chetoni reattive da miscele utilizzando un protocollo di estrazione di bisolfito

Qui, presentiamo un protocollo per rimuovere aldeidi e chetoni reattive da miscele di un protocollo di estrazione liquido-liquido direttamente con bisolfito di sodio satura in un solvente miscibile. Questo protocollo combinato è rapida e facile da eseguire. L'aldeide o un chetone può essere ri-isolato tramite la basificazione dello strato acquoso.

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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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.

Sintesi degli esteri tramite un'esterificazione Steglich più verde in Acetonitrile

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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.

Preparazione di bisaziridine contigue per reazioni regioselettive di apertura dell'anello

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

Agenti riducenti

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

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Chimica organica 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.

Alcoli da composti carbonilici: riduzione

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 ...

Chimica Organica

Unità 1

Alcoli e fenoli

TERMINI E CONCETTI CHIAVE

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.

Preparazione di Aldeidi e Chetoni da Alcoli, Alcheni e Alchini

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

Aldehydes and Ketones

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.

Preparazione di Aldeidi e Chetoni da Nitrili e Acidi Carbossilici

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.

Preparazione di Aldeidi e Chetoni da Derivati dell'Acido Carbossilico

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

Reazioni di aldeidi e chetoni: ossidazione di Baeyer-Villiger

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-idrossi chetoni tramite accoppiamento riduttivo di esteri: Panoramica sulla condensazione dell'aciloina

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

Radical Chemistry

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

Alchilazione di β-chetoestere enolati: sintesi di esteri acetoacetici

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 ...