Synthese von Estern über ein grüner Steglich-Veresterung in Acetonitril
Summary
Eine modifizierte Steglich-Veresterung-Reaktion wurde verwendet, um eine kleine Bibliothek von Ester-Derivaten mit primären und sekundären Alkoholen zu synthetisieren. Die Methodik verwendet einen halogenfreien und grüner Lösungsmittel, Acetonitril und Produkt Isolierung in hohe Erträge ohne die Notwendigkeit für die chromatographische Reinigung ermöglicht.
Abstract
Die Steglich-Veresterung ist eine weit verbreitete Reaktion für die Synthese von Estern aus Carbonsäuren und Alkoholen. Effiziente und mild, ist die Reaktion häufig ausgeführte mit Chlor oder Amid Lösungsmittel Systeme, die gefährlich für die menschliche Gesundheit und die Umwelt sind. Unsere Methodik nutzt Acetonitril als eine grünere und weniger gefährlichen Lösungsmittelsystem. Dieses Protokoll stellt Zinssätze und Renditen, die herkömmliche Lösungsmittel Systeme vergleichbar sind und beschäftigt ein Absaug- und waschen-Sequenz, die eliminiert die Notwendigkeit für die Reinigung von Ester Produkt über Säulenchromatographie. Diese allgemeine Methode lässt sich eine Vielzahl von Carbonsäuren paar mit 1° und 2° aliphatische Alkohole, benzylic und allylic Alkohole und Phenole, reine Ester in hohen Ausbeuten zu erhalten. Das Ziel des hier beschriebenen Protokolls soll eine umweltfreundlichere Alternative zu einer gemeinsamen Veresterung Reaktion zur Verfügung zu stellen, die in akademischen und industriellen Anwendungen nützlich für Ester Synthese dienen könnten.
Introduction
Ester-Verbindungen sind für Anwendungen wie Aromastoffe, Arzneimittel, Kosmetika und Materialien verbreitet. Im Allgemeinen ist Carbodiimide Koppelung Reagenzien verwendet, eine Ester-Bildung aus einer Carbonsäure und ein Alkohol-1zu erleichtern. Z. B. in der Steglich-Veresterung Dicyclohexylcarbodiimide (DCC) ist reagierte mit einer Carbonsäure in Gegenwart von 4-Dimethylaminopyridine (DMAP) zu einer aktivierten Säure Ableitung bilden in der Regel in einem chlorierten Lösungsmittel-System oder Dimethylformamid (DMF)2,3,4. Die aktivierte Säure Ableitung durchläuft dann eine nucleophilen Acyl-Substitution mit einem Alkohol Ester Produkt bilden, die in der Regel per Chromatographie gereinigt wird. Die Steglich-Veresterung ermöglicht eine milde Kopplung von großen, komplexen Carbonsäuren und Alkohole, einschließlich sterisch behindert sekundäre und tertiäre Alkohole2,5,6. Das Ziel dieser Arbeit ist es, Steglich Veresterung das Standardprotokoll um eine grünere synthetische Option für diese gemeinsame Veresterung Reaktion zu ändern.
Ein wichtiger Aspekt bei der Gestaltung der neuen synthetischen Methodik soll versuchen, die Verwendung und die Bildung von gefährlichen Stoffen zu minimieren. Die zwölf Prinzipien der grünen Chemie7 kann verwendet werden, um einen Leitfaden für die Erstellung sicherer Synthesen bieten. Einige von Ihnen gehören die Prävention von Abfallaufkommen (Grundsatz 1) und die Verwendung sicherer Lösungsmittel (Prinzip 5). Insbesondere entfallen Lösungsmittel 80-90 % der nichtwässrigen Masse des Materials in der Arzneimittelherstellung8. So kann ein Protokoll, um eine weniger gefährliche Lösungsmittel verwenden ändern einen großen Einfluss auf das Grün einer organische Reaktion zu machen.
Steglich-Veresterung Reaktionen verwenden oft wasserfreie chlorierte Lösungsmittel Systeme oder DMF; Allerdings sind diese Lösungsmittel zur Sorge für die Umwelt und die menschliche Gesundheit. Dichlormethan (CH2Cl2) und Chloroform (KCHL3) sind wahrscheinlich menschlichen Karzinogene und DMF hat Reproduktionstoxizität Bedenken9. Darüber hinaus ist CH2Cl2 ozonschädigenden10. So würde eine weniger gefährliche Lösungsmittel für die Steglich-Veresterung von großem Nutzen sein. Es gibt, zwar nicht als Ersatz für polare aprotische Lösungsmittel noch grün wird Acetonitril als umweltfreundlicher Ersatz für CH2Cl2, KCHL3und DMF9empfohlen. Acetonitril wird derzeit als Nebenprodukt bei der Herstellung von Acrylnitril hergestellt; jedoch werden wurde eine grüne Synthese von Acetonitril aus Biomasse auf akademischer Ebene berichtet11, und mögliche Optionen für die Wiederverwendung und Verwertung von Abfallströmen untersuchten12. Acetonitril wurde zuvor als eine umweltfreundlichere Alternative Lösungsmittel für Carbodiimide Kupplung Reaktionen in der Festphasen-Peptidsynthese verwendet Amid Gestänge13zu bilden. Die Verwendung von Acetonitril als Lösungsmittel-System für Steglich Esterifications wurde gezeigt14,15,16,17,18,19, 20,21; Allerdings haben diese Methoden nicht auf der grüne Aspekt des Lösungsmittels und beschäftigen auch zusätzliche Reinigung durch Säulenchromatographie.
Verringerung des Bedarfs an Säulenchromatographie als Reinigungsschritt auch minimiert gefährliche Lösungsmittel Abfall8. Neben der Verwendung von weniger gefährlichen Reaktionslösungsmittel, ermöglicht die Methodik die Isolation der hochreines Produkt ohne die Notwendigkeit für die Chromatographie. Die traditionell verwendeten Dicyclohexylcarbodiimide (DCC) Kupplung Reagenz wird ersetzt mit 1-Ethyl – 3-(3-Dimethylaminopropyl) Carbodiimide Hydrochlorid (EDC). Die grundlegende funktionelle Amingruppe auf dieses Reagenz ermöglicht die Nebenprodukte der Reaktion und alle verbleibenden Reagenzien über saure und basische Wäsche Schritte entfernt werden.
Das Protokoll enthaltenen kann mit einer Vielzahl von Partnern von Säure und Alkohol (Abbildung 1) verwendet werden. Es wurde verwendet, um eine kleine Bibliothek von Cinnamyl Ester Derivate mit Primar-, Sekundar-, Benzyl und Allyl Alkohole und Phenole22zu synthetisieren. Darüber hinaus die Rate der Veresterung Reaktion in Acetonitril ist vergleichbar mit dem in der chlorierten und DMF Lösungsmittel Systeme, ohne eine Notwendigkeit zu trocknen oder Acetonitril vor der Reaktion22zu destillieren. Ester aus tertiären Alkoholen synthetisiert wurden nicht isoliert, das ist derzeit eine Einschränkung der Methode im Vergleich zu den traditionellen Steglich-Veresterung in chlorierte Lösungsmittel23. Darüber hinaus könnte andere Säure-labile Gruppen der Acid-Waschung, betroffen werden möglicherweise erfordern Säulenchromatographie zur Reinigung nach Acetonitril Entfernung. Trotz dieser Einschränkungen ist die Reaktion eine einfache und allgemeine Methode für die Synthese von Estern in hohe Erträge mit einer Reihe von Alkohol und die Carbonsäure Komponenten. Die Verwendung einer grüneren Lösungsmittelsystem und hoher Reinheit ohne die Notwendigkeit für Chromatographie Schritte machen dies eine attraktive Alternative zu einem traditionellen Steglich-Veresterung zu Protokoll.
Abbildung 1: Allgemeine Reaktionsschema. Das allgemeine Schema für die Reaktion beinhaltet die Kopplung von einer Carbonsäure und ein Alkohol, der durch eine Carbodiimide Kupplung Reagenz erleichtert wird (1-Ethyl – 3-(3-Dimethylaminopropyl) Carbodiimide Hydrochlorid oder EDC) und 4-Dimethylaminopyridine () DMAP) in Acetonitril. Um die Reaktion Breite zu demonstrieren, wurden Ester gebildet mit verschiedenen Säuren (1–5) mit einem primären (6) oder sekundären (7) Alkohol. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die hier vorgestellte Methodik wurde entwickelt, um die Gefahren von Lösungsmittel, die im Zusammenhang mit einer traditionellen Steglich-Veresterung mithilfe einer grüneren Lösungsmittelsystem und reduzieren die Notwendigkeit für Spalte Chromatographie8,9zu minimieren. Vergleichbare Reaktion Erträge und Preise können mit dem Einsatz von Acetonitril anstelle von trockenen chlorierte Lösungsmittel oder DMF22erreicht werden.
<p cl…Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Forschung wurde von Siena College und das Zentrum für Undergraduate Research und schöpferische Tätigkeit unterstützt. Wir bedanken uns bei Dr. Thomas Hughes und Dr. Kristopher Kolonko für hilfreiche Gespräche, Frau Allycia Barbera für frühen Stadium arbeiten auf dieser Methodik, und die Siena College Stewart erweiterte Instrumentierung und Technologiezentrum (SAInT) für Instrumentierung Ressourcen.
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. |
Referências
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