Séparation des aldéhydes et des cétones réactives des mélanges à l’aide d’un protocole d’Extraction de Bisulfite
Summary
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.
Abstract
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.
Protocol
Representative Results
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…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Accusé de réception est faite pour les donateurs de l’American Chemical Society pétrole fonds de recherche du prise en charge partielle de cette recherche. Nous sommes reconnaissants à la National Science Foundation (CHE-0619275 et CHE-0963165) pour la rénovation et l’instrumentation des subventions qui ont soutenu cette recherche.
Materials
| 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 |
Referências
- Boucher, M. M., Furigay, M. H., Quach, P. K., Brindle, C. S. Liquid-Liquid Extraction Protocol for the Removal of Aldehydes and Highly Reactive Ketones from Mixtures. Org. Process Res. Dev. 21 (9), 1394-1403 (2017).
- Lauer, G. G., Pratt, R. S., Wilson, W. B. Separation of Aldehydes and Ketones. , (1951).
- Hsu, W. L. . Separation of Aldehydes from Ketones via Acid-Catalyzed Cyclotrimerization of the Aldehyde. , 4701561 (1987).
- Schreiber, R. S. Process for Separating Aldehydes and Ketones. , (1942).
- Bludworth, J. E. Separation of Aldehyde-Ketone Mixtures. , (1944).
- Masilamani, D., Manahan, E. H., Vitrone, J., Rogic, M. M. Organic Reactions of Sulfur Dioxide. Reactions with Nucleophilic Double Bonds Leading to the Isomerization, Aromatization, Selective Hydrogen-Deuterium Exchange, and Electron-Transfer Proceses. J. Org. Chem. 48 (25), 4918-4931 (1983).
- Masilamani, D., Rogic, M. M. 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. J. Am. Chem. Soc. 100 (14), 4634-4635 (1978).
- Makitra, R. G., Kal’muk, S. D., Bryk, D. V., Polyuzhin, I. P. Factors Controlling Sulfur Dioxide Solubilities in Organic Solvents. Russ. J. Inorg. Chem. 55 (8), 1322-1329 (2010).
- van Dam, M. H. H., Lamine, A. S., Roizard, D., Lochon, P., Roizard, C. Selective Sulfur Dioxide Removal Using Organic Solvents. Ind. Eng. Chem. Res. 36 (11), 4628-4637 (1997).
- Li, H., Jiao, X., Chen, W. Solubility of Sulphur Dioxide in Polar Organic Solvents. Phys. Chem. Liq. 52 (2), 349-353 (2014).
- Trost, B. M., Brindle, C. S. The Direct Catalytic Asymmetric Aldol Reaction. Chem. Soc. Rev. 39 (5), 1600 (2010).
