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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Química

Acetonitrile में एक नवसिखुआ Steglich Esterification के माध्यम से एस्टर्स का संश्लेषण

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

एक संशोधित Steglich esterification प्रतिक्रिया प्राथमिक और माध्यमिक शराब के साथ एस्टर डेरिवेटिव के एक छोटे से पुस्तकालय को संश्लेषित करने के लिए इस्तेमाल किया गया था । पद्धति एक गैर halogenated और नवसिखुआ विलायक, acetonitrile का उपयोग करता है, और उच्च पैदावार में क्रोमेटोग्राफिक शोधन के लिए आवश्यकता के बिना उत्पाद अलगाव सक्षम बनाता है ।

Abstract

Steglich esterification carboxylic एसिड और अल्कोहल से एस्टर के संश्लेषण के लिए एक व्यापक रूप से इस्तेमाल किया प्रतिक्रिया है । जबकि कुशल और हल्के, प्रतिक्रिया सामांयतः chlorinated का उपयोग कर या विलायक प्रणालियों, जो मानव स्वास्थ्य और पर्यावरण के लिए खतरनाक है के बीच प्रदर्शन किया है । हमारी कार्यप्रणाली एक भोला आदमी और कम खतरनाक विलायक प्रणाली के रूप में acetonitrile का इस्तेमाल करता है । इस प्रोटोकॉल प्रदर्शन दरों और पैदावार है कि पारंपरिक विलायक प्रणालियों के लिए तुलना कर रहे है और एक निष्कर्षण और धोने अनुक्रम है कि कॉलम क्रोमैटोग्राफी के माध्यम से एस्टर उत्पाद की शुद्धि के लिए की आवश्यकता समाप्त रोजगार । इस सामांय विधि जोड़ा जा सकता है carboxylic एसिड की एक किस्म के साथ 1 डिग्री और 2 ° aliphatic शराब, benzylic और allylic शराब, और phenols उच्च पैदावार में शुद्ध एस्टर प्राप्त करने के लिए । यहां विस्तृत प्रोटोकॉल का लक्ष्य एक आम esterification प्रतिक्रिया है, जो दोनों शैक्षणिक और औद्योगिक अनुप्रयोगों में एस्टर संश्लेषण के लिए उपयोगी सेवा सकता है के लिए एक भोला आदमी विकल्प प्रदान करने के लिए है ।

Introduction

एस्टर यौगिकों व्यापक रूप से ऐसे स्वाद यौगिकों, फार्मास्यूटिकल्स, सौंदर्य प्रसाधन, और सामग्री के रूप में आवेदन के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं । सामांयतः, carbodiimide युग्मन एजेंट का उपयोग एक carboxylic एसिड और एक शराब¹से एक एस्टर गठन की सुविधा के लिए प्रयोग किया जाता है । उदाहरण के लिए, Steglich esterification में, dicyclohexylcarbodiimide (डीसीसी) 4-carboxylic की उपस्थिति में एक dimethylaminopyridine एसिड के साथ प्रतिक्रिया व्यक्त की है (DMAP) एक सक्रिय एसिड के रूप में व्युत्पंन, आम तौर पर एक chlorinated विलायक प्रणाली में या dimethylformamide (DMF)²^,³^,⁴. सक्रिय एसिड व्युत्पंन तो एक शराब के साथ एक nucleophilic acyl प्रतिस्थापन के लिए एस्टर उत्पाद है, जो आम तौर पर क्रोमैटोग्राफी के माध्यम से शुद्ध है फार्म का । Steglich esterification बड़े, जटिल carboxylic एसिड और अल्कोहल, sterically माध्यमिक और तृतीयक अल्कोहल²^,⁵^,⁶रुकावट सहित हल्के युग्मन सक्षम बनाता है । इस काम का लक्ष्य मानक Steglich esterification प्रोटोकॉल को संशोधित करने के लिए इस आम esterification प्रतिक्रिया के लिए एक नवसिखुआ सिंथेटिक विकल्प प्रदान करना है ।

नए सिंथेटिक पद्धति के डिजाइन में एक महत्वपूर्ण पहलू के लिए उपयोग और खतरनाक पदार्थों के गठन को कम करने की तलाश है । ग्रीन रसायन विज्ञान⁷ के बारह सिद्धांतों को सुरक्षित syntheses बनाने के लिए एक दिशानिर्देश प्रदान किया जा सकता है । इनमें से कुछ अपशिष्ट उत्पादन की रोकथाम (सिद्धांत 1) और सुरक्षित सॉल्वैंट्स के उपयोग (सिद्धांत 5) शामिल हैं । विशेष रूप से, सॉल्वैंट्स दवा⁸निर्माण में सामग्री का गैर जलीय द्रव्यमान का 80-90% के लिए खाते । इस प्रकार, एक प्रोटोकॉल को संशोधित करने के लिए एक कम खतरनाक विलायक का उपयोग एक कार्बनिक प्रतिक्रिया की हरियाली पर एक बड़ा प्रभाव बना सकते हैं ।

Steglich esterification प्रतिक्रियाओं अक्सर निर्जल chlorinated विलायक प्रणालियों या DMF का उपयोग करें; हालांकि, इन सॉल्वैंट्स पर्यावरण और मानव स्वास्थ्य दोनों के लिए चिंता का विषय हैं । Dichloromethane (CH₂Cl₂) और क्लोरोफॉर्म (CHCl₃) संभावित मानव कैंसर हैं, और DMF प्रजनन विषाक्तता⁹चिंताओं है । इसके अलावा, CH₂Cl₂ ओजोन घट¹⁰है । इस प्रकार, Steglich esterification के लिए एक कम खतरनाक विलायक महान उपयोगिता का होगा । हालांकि अभी तक ध्रुवीय aprotic सॉल्वैंट्स के लिए हरी प्रतिस्थापन नहीं कर रहे हैं, acetonitrile CH₂Cl₂, CHCl₃, और DMF⁹के लिए एक भोला आदमी बदलने के रूप में सिफारिश की है । Acetonitrile वर्तमान में acrylonitrile विनिर्माण में प्रतिफल के रूप में उत्पादित है; हालांकि, एक अकादमिक पैमाने पर बायोमास से acetonitrile की एक हरी संश्लेषण¹¹बताया गया है, और पुन: उपयोग और अपशिष्ट धाराओं से वसूली के लिए संभावित विकल्प¹²जांच की जा रही है । Acetonitrile पहले संबंध¹³के बीच फार्म करने के लिए ठोस चरण पेप्टाइड संश्लेषण में carbodiimide युग्मन प्रतिक्रियाओं के लिए एक नवसिखुआ विलायक विकल्प के रूप में इस्तेमाल किया गया है । Steglich esterifications के लिए एक विलायक प्रणाली के रूप में acetonitrile के उपयोग का प्रदर्शन किया गया है^14,¹⁵,¹⁶^,¹⁷^,¹⁸^,¹⁹^, ²⁰^,²¹; हालांकि, इन तरीकों विलायक के हरे पहलू पर ध्यान केंद्रित नहीं किया है और भी कॉलम क्रोमैटोग्राफी के माध्यम से अतिरिक्त शुद्धि को रोजगार ।

एक शुद्धि चरण के रूप में कॉलम क्रोमैटोग्राफी की आवश्यकता को कम करना भी खतरनाक विलायक अपशिष्ट⁸को कम करता है । एक कम खतरनाक प्रतिक्रिया विलायक का उपयोग करने के अलावा, इस पद्धति क्रोमैटोग्राफी के लिए आवश्यकता के बिना अत्यधिक शुद्ध उत्पाद के अलगाव को सक्षम बनाता है । पारंपरिक रूप से इस्तेमाल किया dicyclohexylcarbodiimide (डीसीसी) युग्मन एजेंट 1-एथिल-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide हाइडरोक्लॉराइड (EDC) के साथ प्रतिस्थापित कर रहा है । इस रिएजेंट पर बुनियादी अमीन कार्यात्मक समूह प्रतिक्रिया शोधकार्य और किसी भी अवशिष्ट एजेंट अंलीय और बुनियादी धोने के कदम के माध्यम से हटाया जा करने के लिए सक्षम बनाता है ।

यहां प्रस्तुत प्रोटोकॉल एसिड और अल्कोहल भागीदारों की एक किस्म (चित्रा 1) के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है । यह प्राथमिक, माध्यमिक, benzyl, और allyl शराब और²²phenols का उपयोग कर cinnamyl एस्टर डेरिवेटिव के एक छोटे से पुस्तकालय को संश्लेषित करने के लिए इस्तेमाल किया गया था । इसके अतिरिक्त, acetonitrile में esterification प्रतिक्रिया की दर के बराबर है कि chlorinated और DMF विलायक प्रणालियों में, एक की जरूरत के बिना सूखी या गढ़ने प्रतिक्रिया करने के लिए पहले²²की आवश्यकता है । तृतीयक शराब से संश्लेषित एस्टर, जो वर्तमान में chlorinated विलायक²³में पारंपरिक Steglich esterification की तुलना में इस पद्धति की एक सीमा है अलग नहीं किया गया है । इसके अलावा, अंय एसिड-labile समूहों एसिड धोने के कदम से प्रभावित हो सकता है, संभावित necessitating कॉलम acetonitrile हटाने के बाद शुद्धिकरण के लिए क्रोमैटोग्राफी । इन सीमाओं के बावजूद, प्रतिक्रिया उच्च पैदावार में एस्टर के संश्लेषण के लिए एक सतही और सामान्य विधि दोनों शराब और carboxylic एसिड घटकों की एक सीमा का उपयोग कर रहा है । एक नवसिखुआ विलायक प्रणाली और क्रोमैटोग्राफी कदम के लिए आवश्यकता के बिना उच्च शुद्धता का उपयोग इस प्रोटोकॉल एक पारंपरिक Steglich esterification के लिए एक आकर्षक विकल्प बनाते हैं ।

चित्र 1. जनरल रिएक्शन योजना. प्रतिक्रिया के लिए सामांय योजना एक carboxylic एसिड और एक शराब, जो एक carbodiimide युग्मन एजेंट (1-एथिल-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide हाइडरोक्लॉराइड, या EDC) और 4-dimethylaminopyridine का उपयोग करने की सुविधा है के युग्मन शामिल है ( DMAP) मे acetonitrile । प्रतिक्रिया चौड़ाई प्रदर्शित करने के लिए, एस्टर या तो एक प्राथमिक (6) या माध्यमिक (7) शराब के साथ विभिंन एसिड (1–5) का उपयोग कर बनाई गई । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Protocol

सावधानी: इस प्रक्रिया में रसायनों के उपयोग से पहले सुरक्षा डेटा पत्रक (SDSs) से परामर्श करें । उचित व्यक्तिगत सुरक्षात्मक उपकरण (पीपीई) छप चश्मे, लैब कोट, और nitrile या butyl दस्ताने के रूप में रिएजेंट और सॉल्वैंट्?…

Representative Results

एक एसिड आधार निष्कर्षण workup द्वारा पीछा acetonitrile में संशोधित Steglich esterification का उपयोग करना, 3-methoxybenzyl cinnamate (8) एक हल्के पीले तेल के रूप में प्राप्त किया गया था (२०५ मिलीग्राम, ९०% उपज) स्तंभ क्रोमैटोग्राफ?…

Discussion

यहां प्रस्तुत पद्धति एक नवसिखुआ विलायक प्रणाली का उपयोग करके और कॉलम क्रोमैटोग्राफी⁸^,⁹के लिए आवश्यकता को कम करने के द्वारा एक पारंपरिक Steglich esterification के साथ जुड़े विलायक से खतरों को कम…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

इस अनुसंधान सिएना कॉलेज और स्नातक अनुसंधान और रचनात्मक गतिविधि के लिए केंद्र द्वारा समर्थित किया गया था । हम डॉ थॉमस ह्यूजेस और डॉ Kristopher Kolonko सहायक बातचीत के लिए धंयवाद, इस पद्धति पर प्रारंभिक चरण के काम के लिए सुश्री Allycia बारबेरा, और सिएना कॉलेज स्टीवर्ट उंनत इंस्ट्रूमेंटेशन और प्रौद्योगिकी (संत) इंस्ट्रूमेंटेशन संसाधनों के लिए केंद्र ।

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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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).