Separação de aldeídos e cetonas reativas de misturas usando um protocolo de extração de bissulfito

Resumo

Aqui, apresentamos um protocolo para remover aldeídos e cetonas reativas de misturas por um protocolo de extração líquido-líquido diretamente com bissulfito de sódio saturada em um solvente miscível. Este protocolo combinado é rápida e fácil de executar. O aldeído ou cetona pode ser re-isolada, a Basificação da camada aquosa.

Resumo

A purificação de compostos orgânicos é um componente essencial das operações de rotina sintéticos. A capacidade de remover contaminantes em uma fase aquosa, gerando uma estrutura carregada fornece uma oportunidade para usar extração como uma técnica de purificação simples. Combinando o uso de um solvente orgânico miscível com bissulfito de sódio saturada, aldeídos e cetonas reativas pode ser transformado com sucesso em cobrado bissulfito adutos que pode então ser separada de outros componentes orgânicos de uma mistura pelo introdução de uma camada orgânica imiscível. Aqui, descrevemos um protocolo simples para a remoção dos aldeídos, incluindo aldeídos Neopentil impedida estericamente e algumas cetonas, de misturas químicas. Cetonas podem ser separadas, se eles são desimpedidos estericamente cíclica ou metil cetonas. Para aldeídos alifáticos e cetonas, dimetilformamida é usada como solvente miscível para melhorar as taxas de remoção. A reação de adição de bissulfito pode ser revertida por Basificação da camada aquosa, permitindo o re-isolamento do componente reactive do carbonyl de uma mistura.

Introdução

A separação dos componentes de misturas de um outro é essencial para a preparação de materiais puros. O método descrito neste documento permite a fácil separação dos aldeídos e desimpedido estericamente cíclico e metil cetonas de outras moléculas orgânicas¹. A técnica baseia-se a reatividade de bissulfito com o grupo carbonila para criar uma carga aduto que podem ser separados em uma camada aquosa, enquanto outros componentes separam em uma camada orgânica imiscível. A chave para alcançar a reatividade entre bissulfito e a carbonila é a utilização de um solvente miscível, o que permite que a reação ocorra antes a separação em fases separadas. Sem a adição da separação mínima solvente miscível é obtida, presumivelmente devido ao mau contacto entre o bissulfito hidrofílico e os produtos orgânicos hidrofóbicos.

A vantagem deste método de separação para a purificação é a facilidade do protocolo. Extração líquido-líquido é uma operação simples para executar e pode ser realizado em grande escala. Técnicas de purificação alternativos, tais como cromatografia de coluna, são muito mais caro, demorado e desafiador para executar em grande escala e requerem suficiente diferenciação dos componentes em termos de polaridade. Purificação por recristalização ou destilação requer suficiente diferenciação entre a solubilidade ou pontos de ebulição dos componentes da mistura, respectivamente. Como a extração de bissulfito depende da diferença de reatividade do grupo carbonila de aldeídos e cetonas, compostos com pontos de ebulição, solubilidade similar ou polaridades podem ser efetivamente separados. Outros métodos de separação química existem para a separação selectiva de aldeídos e cetonas de misturas, por exemplo, a formação seletiva de oximas², acetais cíclicos³ou formação de⁴ mercaptal. Esses métodos requerem uma etapa adicional para separar as espécies formadas da mistura, porque o produto não é solúvel em água e, portanto, não pode ser separado por um protocolo de extração simples. Oxidação de aldeído para formar os ácidos carboxílicos removíveis é outro relatou a técnica⁵, mas a etapa de oxidação necessária é menos chemoselective do que as condições de bissulfito suave aqui descritos e requer o uso de gás oxigênio e um catalisador de cobalto.

Este método é aplicável para a separação de aldeídos (Figura 1) e desimpedido estericamente cíclicas e metil cetonas (Figura 2) de moléculas que não contêm estes grupos funcionais. Cetonas particularmente reativas, tais como α-ceto ésteres também são removidas usando este processo. Alcanos, alcenos, dienos, alquinos, ésteres, amidas, ácidos carboxílicos, haletos de alquila, álcoois, fenóis, nitrilos, cloretos de benzila, epóxidos, anilinas, acetais, e ligeiramente prejudicada, α, β-insaturados, ou arila cetonas são todos ́ nas condições e pode ser separado do aldeído ou componente reativa cetona da mistura (figuras 2 e 3). Etílico cetonas ou cetonas cíclicas α-substituídos, por exemplo, são suficientemente prejudicadas e, portanto, são separáveis de aldeídos e cetonas mais reativas. Ao usar alcenos, hexano é recomendado como o solvente imiscível para evitar a decomposição indesejada devido ao dióxido de enxofre presente na solução de bissulfito. A grupo funcional de compatibilidade do protocolo de extração de bissulfito é extremamente ampla e, portanto, é aplicável a um vastíssimo leque de separações, se o contaminante de carbonila ser separado da mistura é um aldeído ou uma progressista metil ou cetona cíclica. Menos reativas cetonas não reagem com bissulfito nestas condições e, portanto, não são removidas.

Protocolo

1. padrão protocolo para a separação de aldeídos aromáticos de uma mistura. Exemplo: Separação de benzila butirato de uma mistura 1:1 com Anisaldeído.

1. Dissolver 175 μL de Anisaldeído e 250 μL de butirato de benzila em 5 mL de metanol e transferir a solução para um funil de separação.
   Cuidado: Bissulfito de sódio pode gerar gás dióxido de enxofre, assim, o presente protocolo deve ser efectuado com ventilação adequada, como em uma coifa.
2. Adicionar 1 mL de bissulfito de sódio aquosa saturada e agitar vigorosamente por cerca de 30 s.
3. Adicionar 25 mL de água desionizada e 25 mL de acetato de etila/hexanos de 10% e agitar vigorosamente.
4. Separe as camadas. Seque a camada orgânica com sulfato de magnésio anidro. Filtre a solução para remover o sulfato de magnésio e concentre-se no vácuo usando um evaporador rotativo.

2. separação de aldeídos alifáticos e cetonas de uma mistura. Exemplo: Separação de benzila butirato de uma mistura 1:1 com Benzylacetone.

1. Dissolver 213 μL de benzylacetone e 250 μL de butirato de benzila em 10 mL de dimetilformamida e transferir a solução para um funil de separação.
   Cuidado: Bissulfito de sódio pode gerar gás dióxido de enxofre, assim, o presente protocolo deve ser efectuado com ventilação adequada, como em uma coifa.
2. Adicionar 25 mL de bissulfito de sódio aquosa saturada e agitar vigorosamente por cerca de 30 s.
3. Adicionar 25 mL de água desionizada e 25 mL de acetato de etila/hexanos de 10% e agitar vigorosamente.
4. Separe as camadas. Retornar a fase aquosa para o funil de separação, adicionar 25 mL de acetato de etila/hexanos de 10% e agitar vigorosamente. Escorra a camada aquosa, deixando a camada orgânica no funil de separação. Adicione a anterior camada orgânica para o funil de separação.
5. Lave as camadas orgânicas combinadas três vezes com água desionizada (10 mL para cada lavagem). Seque a camada orgânica com sulfato de magnésio anidro. Filtre a solução para remover o sulfato de magnésio e concentre-se no vácuo usando um evaporador rotativo.

3. separação de aldeídos de uma mistura contendo um alqueno. Exemplo: Separação de benzila butirato de uma mistura 1:1 com citronelal.

1. Dissolver 255 μL de citronelal e 250 μL de butirato de benzila em 10 mL de dimetilformamida e transferir a solução para um funil de separação.
   Cuidado: Bissulfito de sódio pode gerar gás dióxido de enxofre, assim, o presente protocolo deve ser efectuado com ventilação adequada, como em uma coifa.
2. Adicionar 25 mL de bissulfito de sódio aquosa saturada e agitar vigorosamente por cerca de 30 s.
3. Adicionar 25 mL de água desionizada e 25 mL de hexanos e agitar vigorosamente.
4. Separe as camadas. Retornar a fase aquosa para o funil de separação, adicionar hexanos 25 mL e agitar vigorosamente. Escorra a camada aquosa, deixando a camada orgânica no funil de separação. Adicione a anterior camada orgânica para o funil de separação.
5. Lave as camadas orgânicas combinadas três vezes com água desionizada (10 mL para cada lavagem). Seque a camada orgânica com sulfato de magnésio anidro. Filtre a solução para remover o sulfato de magnésio e concentre-se no vácuo usando um evaporador rotativo.

4. re-isolamento de aldeídos a partir de uma mistura. Exemplo: Separação de Piperonal de uma mistura 1:1 com butirato de benzila.

1. Dissolver 217 mg de piperonal e 250 μL de butirato de benzila em 5 mL de metanol e transferir a solução para um funil de separação.
   Cuidado: Bissulfito de sódio pode gerar gás dióxido de enxofre, assim, o presente protocolo deve ser efectuado com ventilação adequada, como em uma coifa.
2. Adicionar 1 mL de bissulfito de sódio aquosa saturada e agitar vigorosamente por cerca de 30 s.
3. Adicionar 25 mL de água desionizada e 25 mL de acetato de etila/hexanos de 10% e agitar vigorosamente.
4. Separe as camadas. Retorna a camada aquosa para o funil de separação.
   1. Opcional: Lavar a camada aquosa, uma vez com 25 mL de 10% de acetato de etilo/hexanos, para remover a pequena quantidade de butirato de benzila restantes.
5. Adicionar 25 mL de acetato de etilo e adicione hidróxido de sódio 50% até uma faixa de pH indica que o pH é 12. Agite vigorosamente.
   Cuidado: Evolução de gás tem sido observada durante esta etapa e pode causar o acúmulo de pressão. Certifique-se de ventilar adequadamente o funil de separação. Ampliação deste procedimento fará com que evolução de gás mais pronunciada. Tenha cuidado.
6. Separe as camadas. Retornar a fase aquosa para o funil de separação e adicionar 25 mL de acetato de etila. Agite vigorosamente.
7. Separe as camadas. Combine a camada orgânica com a camada orgânica da etapa anterior. Seque a camada orgânica combinada com sulfato de magnésio anidro. Filtre a solução para remover o sulfato de magnésio e concentre-se no vácuo usando um evaporador rotativo.

Resultados

Procedimento 1 para remoção de aldeído é usado para aldeídos aromáticos. Procedimento 2, no qual dimetilformamida é usada como solvente miscível, deve ser usado para cetonas e aldeídos alifáticos. Procedimento 2 também deve ser usado em misturas que não são totalmente solúvel em metanol. O material obtido a partir de cada um dos protocolos é analisada para pureza usando ¹análise de integração H NMR e taxa de r...

Discussão

Tentativas iniciais para usar a reação de bissulfito como um método para remover aldeídos usando uma extração em duas fases típica levaram a níveis muito baixos de remoção. Formulamos a hipótese que a reação não foi rápida o suficiente para ocorrer durante o tempo muito limitado que as duas camadas estavam em contato. Para aumentar o contato entre os reagentes, desenvolvemos um protocolo de extração de dois estágios, em que um solvente miscível com água é usado inicialmente para permitir suficiente d...

Materiais

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