Synthesis of Esters Via a Greener Steglich Esterification in Acetonitrile

Andrew B. Lutjen; Mackenzie A. Quirk; Erin M. Kolonko

doi:10.3791/58803

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화학

アセトニトリル中で環境に優しい転移エステルを介してエステルの合成

Published: October 30, 2018

doi:

10.3791/58803

Andrew B. Lutjen, Mackenzie A. Quirk, Erin M. Kolonko

¹Department of Chemistry and Biochemistry,Siena College

Summary

変更された転移のエステル化反応は、プライマリとセカンダリのアルコールとのエステル誘導体の小さなライブラリを総合に使用されました。方法論非ハロゲン化と環境に優しい溶剤、アセトニを使用し、製品分離クロマトグラフィーによる精製を必要とせず高収率でを有効にします。

Abstract

転移のエステル化反応は、広く使われている合成の反応エステルカルボン酸とアルコールからです。効率的な穏やかな、反応は塩素を使用して一般的に実行されるまたはアミド溶媒システムでは、人間の健康と環境に有害であります。我々の方法論は、少ない有害溶剤システム、環境に優しいとしてアセトニトリルを利用します。このプロトコルは、展示料金と、従来の溶剤系に匹敵する利回りと抽出、カラムクロマトグラフィーによるエステル製品の浄化のための必要性を排除する洗浄シーケンスを採用しています。1 ° と 2 ° 脂肪族アルコール、ベンジル、アリルアルコール、高収率で純粋なエステルを取得するフェノールとカルボン酸の様々なをカップルには、この一般的な方法を使用できます。ここで詳細なプロトコルの目的は、学術および産業用アプリケーションのエステル合成に便利に役立つことができる共通のエステル化反応に環境に優しい代替を提供するためにです。

Introduction

エステル化合物は、フレーバー化合物、医薬品、化粧品、および材料などのアプリケーションに広く使用されます。一般的に、カルボジイミドカップリング剤の使用は、カルボン酸とアルコール¹からエステルの形成を容易にするために使用されます。たとえば、転移のエステル化反応でヒドロキシサクシンイミド (DCC) と反応し、4-ジメチルアミノピリジン (DMAP) を形成する活性酸誘導体の存在下でカルボン酸一般的に塩素化溶媒系内やジメチルホルムアミド (DMF) の²^,の³^,⁴。活性酸誘導体は、クロマトグラフィーによる精製は通常エステルの製品を形成するアルコールの求核アシル置換を受けます。転移のエステル化反応によって、大規模で複雑なカルボン酸の穏やかな結合、立体を含むアルコールは二次および第三アルコール²^,⁵^,⁶を妨げた。この作品の目的は、この一般的なエステル化反応のため環境に優しい合成オプションを提供するために標準的な転移エステル化プロトコルを変更することです。

新しい合成方法論のデザインの 1 つの重要な側面は、使用と有害物質の生成を最小限に抑えることを求めることです。グリーンケミストリーの 12 原則⁷は、安全な合成を作成するためのガイドラインを提供するために使用できます。これらのいくつかは (原則 1) 廃棄物発生の防止と安全な溶剤 (原則 5) の使用もあります。特に、溶剤は、医薬品製造⁸材料の非水溶液の質量の 80-90% を占めています。したがって、危険の少ない溶剤を使用するプロトコルの変更、有機反応の未熟の大きい影響を作ることができます。

無水塩素化溶剤システムや DMF; 転移エステル化反応をよく使用します。ただし、これらの溶剤は環境および人間の健康両方についての心配のな。ありそうな人間の発癌物質は、クロロホルム (CHCl₃) ジクロロメタン (CH₂Cl₂)、DMF、生殖毒性の懸念⁹。また、CH₂Cl₂はオゾン層破壊¹⁰です。従って、偉大なユーティリティの転移のエステル化反応の危険の少ない溶媒であります。そこはまだ緑の極性非プロトン性溶媒の代替、アセトニトリルを CH₂Cl₂CHCl₃、および DMF⁹の環境に優しい代替品として推奨します。アセトニトリル、アクリロニトリル製造の副産物として現在生産します。ただし、学術的バイオマスからアセトニトリルの緑の合成が報告された¹¹をされている、再利用と廃棄物のストリームからの回復のための潜在的なオプションが検討した¹²をされています。アセトニトリル以前使用されています環境に優しい溶剤代替としてカルボジイミドカップリング固相ペプチド合成における反応の¹³アミド結合を形成します。転移 esterifications の溶媒としてアセトニトリルの使用が示された¹⁴^,をされている^{、¹⁹¹⁶^,¹⁷^,¹⁸^,¹⁵^,} ²⁰^,²¹;ただし、これらのメソッドはない溶媒の緑の側面に焦点を当てている、カラムクロマトグラフィーによる精製を追加採用します。

また浄化のステップとしてカラム・クロマトグラフィの必要性を減らす危険溶剤廃棄物⁸を最小限に抑えます。危険の少ない反応溶媒を使用するほかは、方法論は、クロマトグラフィーを必要とせず高純度製品の隔離を可能。にします。伝統的に使用されたヒドロキシサクシンイミド (DCC) カップリング試薬は 1 に置き換えられます-エチル – 3-(3-dimethylaminopropyl) カルボジイミド塩酸塩 (EDC)。この試薬の基本的なアミン官能基により酸性および基本的な洗浄の手順を介して削除する任意の残留試薬と反応の副産物。

ここに提示されたプロトコルは、さまざまな酸とアルコールのパートナー (図 1) を使用できます。それは、プライマリ、セカンダリ、ベンジル、アリルアルコールとフェノール²²を使用してシンナミルエステル誘導体の小さなライブラリを総合する使用されました。さらに、アセトニトリル中でエステル化反応の速度は、塩素に匹敵して乾燥や反応²²前にアセトニトリルを蒸留する必要はなく、DMF 溶媒システム。分離されていない第三アルコールから合成されるエステル溶剤²³現在で従来の転移のエステル化反応と比較して方法論の限界である塩素化します。さらに、他の酸解離性グループを受けます酸洗浄手順アセトニトリルを除去した後の浄化のためのカラム・クロマトグラフィを施行した可能性があります。これらの制限にもかかわらず反応はアルコールとカルボン酸の両方のコンポーネントの範囲を使用して高収率でエステルの合成のための安易な一般的な方法です。環境に優しい溶剤システム、クロマトグラフィーの手順を必要とせずに高純度の利用は、このプロトコルは伝統的な転移のエステル化は魅力的な代替します。

図 1。一般的な反応機構です。反作用のための一般的な方式には、カルボジイミドカップリング試薬を用いた促進されてアルコールとカルボン酸の結合が含まれます (1-エチル – 3-(3-dimethylaminopropyl) カルボジイミド塩酸塩、または EDC) や 4-ジメチルアミノピリジン (DMAP) アセトニトリル中で。反応の幅広さを示すためには、エステルは、プライマリ (6) または二次 (7) アルコール各種酸 (1–5) を使用して形作られました。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

Protocol

注意: この手順では化学物質の使用の前に安全性データシート (SDSs) を参照してください。使用適切な個人用保護具 (PPE) スプラッシュを含むゴーグル、白衣、ニトリルまたは多くの試薬や溶媒としてブチル手袋は、腐食性や可燃。ヒュームフードのすべての反応を行います。乾式ガラスまたはこのプロトコルの窒素雰囲気を使用する必要はありません。 1 第一級アルコー?…

Representative Results

酸-塩基抽出精密検査に続いてアセトニトリルで変更された転移のエステル化反応を使用して、カラム・クロマトグラフィを必要とせず明るい黄色油 (205 mg, 収率 90%) として 3-メトキシベンジル桂皮酸 (8) を得た。1H、 13C NMR スペクトルは図 2構造を確認し、純度を示すために表示されます。 <p class="jove_content" fo:kee…

Discussion

ここで紹介する方法は、環境に優しい溶剤システムを使用して、列クロマトグラフィー⁸^,⁹の必要性を減らすことによって、伝統的な転移のエステル化反応に関連付けられている溶剤から危険を最小限に抑えるために開発されました。乾燥塩素系溶剤や DMF²²の代わりにアセトニトリルの使用と同等の反応収率とレートを実現できま?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この研究は、学部研究と創造的な活動のためシエナ大学とセンターによって支えられました。我々は博士トーマスヒューズに感謝、役に立つ会話の博士クリストファー Kolonko、早期のさん Allycia バルベラこの方法論とシエナ大学スチュワートの高度な計測器や技術 (聖者) 計測器リソースセンターに。

Materials

trans -cinnamic acid	Acros Organics	158571000
butyric acid	Sigma-Aldrich	B103500	Caution: corrosive
hexanoic acid	Sigma-Aldrich	153745-100G	Caution: corrosive
decanoic acid	Sigma-Aldrich	21409-5G	Caution: corrosive
phenylacetic acid	Sigma-Aldrich	P16621-5G
3-methoxybenzyl alcohol	Sigma-Aldrich	M11006-25G
diphenylmethanol	Acros Organics	105391000	Benzhydrol
chloroform-d	Acros Organics	166260250	99.8% with 1% v/v tetramethylsilane, Caution: toxic
hexane	BDH Chemicals	BDH1129-4LP	Caution: flammable
ethyl acetate	Sigma-Aldrich	650528	Caution: flammable
diethyl ether	Fisher Scientific	E138-500	Caution: flammable
acetonitrile	Fisher Scientific	A21-1	ACS Certified, >99.5%, Caution: flammable
4-dimethylaminopyridine	Acros Organics	148270250	Caution: toxic
magnesium sulfate	Fisher Scientific	M65-3
hydrochloric acid, 1 M	Fisher Scientific	S848-4	Caution: corrosive
sodium chloride	BDH Chemicals	BDH8014
sodium bicarbonate	Fisher Scientific	S25533B
1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride	Chem-Impex	00050	Caution: skin and eye irritant
thin layer chromatography plates	EMD Millipore	1055540001	aluminum backed sheets
Note: All commercially available reagents and solvents were used as received without further purification.

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Lutjen, A. B., Quirk, M. A., Kolonko, E. M. Synthesis of Esters Via a Greener Steglich Esterification in Acetonitrile. J. Vis. Exp. (140), e58803, doi:10.3791/58803 (2018).