4024 Энантиоселективный синтез этилового эфира (1R,2S)- цис-гидроксициклопентанкарбоновой кислоты

Транскрипт

1 4024 Энантиоселективный синтез этилового эфира (1R,2S)- цис-гидроксициклопентанкарбоновой кислоты H yeast C 8 H 12 3 C 8 H 14 3 (156.2) (158.2) Классификация Типы реакций и классы веществ Восстановление, стереоселективное восстановление Сложные эфиры карбоновых кислот, спирты, ферменты, природные продукты Методы работы Перемешивание с помощью магнитной мешалки, прибавление по каплям из капельной воронки, использование термостата, фильтрование, выпаривание на роторном испарителе, экстрагирование, пробивка отверстий, ректификация, применение колонки для перегонки, перегонка при пониженном давлении, нагревание на масляной бане, перемешивание с помощью пропеллерной мешалки. При размере загрузки 100 ммоль дополнительно: Перемешивание с помощью пропеллерной мешалки Методика (размер загрузки 10 ммоль) Оборудование Круглодонная колба на 2 л, капельная воронка, термостат, роторный испаритель, магнитная мешалка с подогревом, прибор для перегонки, набитая колонка на 10 см, колба Бунзена, воронка Бюхнера (Ø 15 см), прибор для непрерывной экстракции жидкостей, масляная баня. Вещества Свежие дрожжи (хлебопекарные дрожжи) Этиловый эфир циклопентанон-2-карбоновой кислоты (чистота> 95%) (т.кип. 109 C, 20 гпа; продукт синтеза 4023) вода (кипяченая) диэтиловый эфир (т.кип. 35 C) целит 545 (для облегчения фильтрования) сульфат натрия для осушки 1 78,0 г 1,56 г (10,0 ммоль) 750 мл 500 мл

2 Реакция 78,0 г свежих дрожжей суспендируют при медленном перемешивании (частями) в 750 мл холодной кипяченой воды, находящейся в круглодонной колбе на 2 л, и доводят до температуры 30 C. После полного суспендирования дрожжей по каплям в течение 30 мин через капельную воронку прибавляют 1,56 г (10,0 ммоль) этилового эфира циклопентанон- 2-карбоновой кислоты. Колбу накрывают алюминиевой фольгой или оборачивают хлопковой ватой, и реакционную смесь медленно перемешивают при 30 C в течение 2 дней. Выделение продуктов К реакционной смеси прибавляют 1 г целита и смесь перемешивают в течение одного часа. В воронку Бюхнера диаметром 15 см помещают слой увлажненного целита толщиной 2 см и раствор фильтруют через увлажненную среду на фильтре в колбу Бунзена. Фильтрат экстрагируют в приборе для непрерывной экстракции жидкостей с помощью 500 мл диэтилового эфира. Экстракт сушат над сульфатом натрия, осушитель отфильтровывают и растворитель выпаривают на роторном испарителе. Остаток перегоняют при пониженном давлении (примерно 20 гпа) через ректификационную колонку длиной 10 см. 1. фракция C: предварительный отгон 2. фракция C: продукт Дальнейшие фракции не выделяют. Фракцию продукта снова перегоняют при пониженном давлении через ту же колонку. Однородную фракцию получают при 110 C (15 гпа). Выход: 0,55 г (3,5 ммоль, 35%); n 20 D = 1,4578, оптическое вращение: +15,1 (c = 1, CHCl 3 ) Комментарии Если применяют не бродящие суспензии, раствор может стать ноздреватым (губчатым). Фильтруемый раствор в этом случае нельзя хранить долгое время и следует немедленно экстрагировать. Поэтому используемую воду нужно предварительно прокипятить. Во время реакции все части реакционного аппарата нужно покрывать фольгой или ватой насколько возможно полно. Во время экстракции объем водной фазы увеличивается на 5-7%! Чтобы обеспечить непрерывную экстракцию, в приборе для экстракции должен иметься достаточный резервный объем. 2

3 Организация сбора и удаления отходов Повторное использование Выпаренный диэтиловый эфир собирают и перегоняют. Утилизация отходов Отход Тип емкости для слива Остаток на фильтре, содержащий целит Твердые отходы, не содержащие ртути Водная фаза после экстракции Смеси органический растворитель вода, не содержащие ртути Предварительный отгон при дистилляции Органические растворители, не содержащие Кубовый остаток Органические растворители, не содержащие Сульфат натрия Твердые отходы, не содержащие ртути Время Приготовление реакционного раствора: 1 час Перемешивание: два дня Выделение продукта: 4 часа Перерыв Перед перегонкой Степень сложности Средняя Методика (размер загрузки 100 ммоль) Оборудование Стакан на 10 л, капельная воронка, механическая мешалка с пропеллерной насадкой, термостат, роторный испаритель, магнитная мешалка с подогревом, прибор для перегонки, ректификационная колонка на 10 см, колба Бунзена, воронка Бюхнера (Ø 26 см), прибор для непрерывной экстракции жидкостей, масляная баня. Вещества Свежие дрожжи (хлебопекарные дрожжи) Этиловый эфир циклопентанон-2-карбоновой кислоты (чистота> 95%) (т.кип. 109 C, 20 гпа; продукт синтеза 4023) вода (кипяченая) диэтиловый эфир (т.кип. 35 C) целит 545 (для облегчения фильтрования) сульфат натрия для осушки 780 г 15,6 г (100 ммоль) 5 л 1 л 3

4 Реакция 780 г свежих дрожжей суспендируют при медленном перемешивании (частями) в 5 л холодной кипяченой воды, находящейся в стакане на 10 л, и доводят до температуры 30 C. После полного суспендирования дрожжей по каплям в течение 30 мин через капельную воронку прибавляют 15,6 г (100 ммоль) этилового эфира циклопентанон-2-карбоновой кислоты. Стакан накрывают алюминиевой фольгой, и реакционную смесь медленно перемешивают при 30 C в течение 2 дней. Выделение продуктов К реакционной смеси прибавляют 100 г целита и смесь перемешивают в течение одного часа. В воронку Бюхнера диаметром 26 см помещают слой увлажненного целита толщиной 2 см и раствор фильтруют через увлажненную среду на фильтре в колбу Бунзена. Если используется колба Бунзена недостаточного размера, смесь фильтуют несколькими порциями, для каждой порции берут свежую среду на фильтре. Фильтрат экстрагируют в приборе для непрерывной экстракции жидкостей с помощью 1 л диэтилового эфира. Для полной экстракции требуется примерно 20 часов. Экстракт сушат над сульфатом натрия, осушитель отфильтровывают и растворитель выпаривают на роторном испарителе. Остаток перегоняют при пониженном давлении (примерно 20 гпа) через ректификационную колонку длиной 10 см. 1. фракция C: предварительный отгон 2. фракция C: продукт Дальнейшие фракции не выделяют. Фракцию продукта снова перегоняют при пониженном давлении через ту же колонку. Однородную фракцию получают при 110 C (15 гпа). Выход: 8,69 г (55,3 ммоль, 55%); n 20 D = 1,4578, оптическое вращение: +15,1 (c = 1, CHCl 3 ) Комментарии Если применяют не бродящие суспензии, раствор может стать ноздреватым (губчатым). Фильтруемый раствор в этом случае нельзя хранить долгое время и следует немедленно экстрагировать. Поэтому используемую воду нужно предварительно прокипятить. Во время реакции все части реакционного аппарата нужно покрывать фольгой или ватой насколько возможно полно. Во время экстракции объем водной фазы увеличивается на 5-7%! Чтобы обеспечить непрерывную экстракцию, в приборе для экстракции должен иметься достаточный резервный объем. Организация сбора и удаления отходов Повторное использование Выпаренный диэтиловый эфир собирают и перегоняют. 4

5 Утилизация отходов Отход Остаток на фильтре, содержащий целит Водная фаза после экстракции Предварительный отгон при дистилляции Кубовый остаток Сульфат натрия Тип емкости для слива Твердые отходы, не содержащие ртути Смеси органический растворитель вода, не содержащие ртути Органические растворители, не содержащие Органические растворители, не содержащие Твердые отходы, не содержащие ртути Время Приготовление реакционного раствора: 1 час Перемешивание: два дня Выделение продукта: 5 часов Перерыв Перед перегонкой Степень сложности Сложная Анализ Мониторинг реакции с помощью ТСХ или ГЖХ Подготовка пробы: 10 мл реакционной смеси отделяют от дрожжей путем центрифугирования или фильтрования через целит. Фильтрат экстрагируют 10 мл диэтилового эфира. Экстракт сушат над сульфатом натрия и анализируют посредством ТСХ или ГЖХ. Условия ТСХ: адсорбент: Алюминиевая фольга для ТСХ (силикагель 60) элюент: циклогексан/диэтиловый эфир 10 : 4 проявитель: После выпаривания растворителя хроматограмму погружают в 2%-ный раствор нингидрина, и затем сушат горячим феном. Исходное вещество красно-фиолетовое, продукт серо-голубой. R f (исходное вещество) 0,74 R f (продукт) 0,40 ГЖХ Условия ГЖХЪ: Колонка: DB-1, 28 м, внутренний диаметр 0,32 мм, пленка 0,25 мкм Ввод: Ввод в колонку Газ-носитель: водород (40 см/с) Печь: 100 C изотерма Детектор: ДИП, 270 C Процентную концентрацию устанавливали на основании площадей пиков. 5

6 ГЖХ продукта после 1-й перегонки ГЖХ продукта после 2-й перегонки Время удерживания Вещество Площадь пика % (мин) После первой перегонки После второй перегонки 5,1 Продукт 98,9 99,4 1 H ЯМР спектр очищенного продукта (500 МГц, CDCl 3 ) δ (ppm) Мультиплетнос ть Число H Отнесение 1,19 t 3 -CH 2 -CH 3 1,5 2,0 m 6 CH 2 кольцо 2,54-2,65 m 1 CH-C 3,2 br.s 1 H 4,08 q 2 -CH 2 4,34 m 1 H-CH 6

7 13 C ЯМР спектр очищенного продукта (125,8 МГц, CDCl 3 ) δ (ppm) Отнесение 174,6 C-1 73,6 C-5 60,4 C-2 49,5 C-4 33,9 C-6 26,1 C-8 21,8 C-7 14,0 C-3 76,5-77,5 растворитель H ИК спектр очищенного продукта (пленка) cm -1 (cм -1 ) Отнесение H-связь 2973, 2877 C-H-связь, алкан 1736 C=-связь, сложный эфир 7