NOP
4024
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Sintesi enantioselettiva dell’estere etilico dell’acido (1R,2S)cis-idrossiciclopentancarbossilico
O
O
O
O
lievito
C8H12O3
(156.2)
OH
O
C8H14O3
(158.2)
• Classificazione
Tipo di reazione e classi di sostanze
Riduzione, riduzione stereoselettiva, risoluzione cinetica;
Estere di acido carbossilico, chetone, alcol, enzima, prodotto naturale;
Tecniche usate
Agitazione con ancoretta magnetica, agitazione con agitatore meccanico (solo per scala da
100 mmol), aggiunta di reagenti con imbuto gocciolatore, uso di un termostato, filtrazione,
concentrazione con evaporatore rotante, estrazione per perforazione, distillazione a pressione
ridotta, bagno riscaldante ad olio;
• Istruzioni (scala dell’esperimento: 100 mmol)
Attrezzatura
Beaker da 10 L, imbuto gocciolatore con compensatore di pressione, agitatore meccanico,
termostato, evaporatore rotante, agitatore magnetico riscaldante con ancoretta magnetica,
apparato per distillazione, colonna impaccata (lunghezza: 10 cm), beuta da vuoto, imbuto da
vuoto Büchner (diametro: 26 cm), estrattore in continuo per liquidi, bagno ad olio;
Sostanze
lievito fresco (Saccharomyces cerevisiae)
estere etilico dell’acido ciclopentanon-2-carbossilico (purezza > 95%)
(pe 109 °C, 20 hPa; prodotto esperimento NOP-Nr. 4023)
acqua (bollita)
dietil etere (pe 35 °C)
Celite 545
solfato di sodio per seccare
780 g
15,6 g (100 mmol)
5L
1L
circa 200 g
Reazione
Sospendere, mantenendo sotto blanda agitazione, 780 g di lievito fresco in 5 L di acqua fredda
(precedentemente bollita) all’interno di un beaker da 10 L; per ottenere un buon risultato, è
opportuno procedere con piccole porzioni. Dopo aver portato in sospensione tutto il lievito,
scaldare fino ad una temperatura di 30 °C e gocciolare 15,6 g (100 mmol) di estere etilico
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dell’acido ciclopentanon-2-carbossilico tramite un imbuto gocciolatore: le aggiunte devono
essere completate in un arco di tempo pari a mezz’ora circa. Coprire il recipiente con un
foglio d’alluminio e continuare ad agitare (blandamente) a 30 °C per due giorni.
Work up
Aggiungere alla miscela di reazione 200 g di Celite ed agitare il tutto per un’ora. Caricare un
imbuto da vuoto Büchner (diametro: 26 cm) con uno strato da 2 cm di Celite bagnata e filtrare
la soluzione in una beuta da vuoto. Nel caso si utilizzasse un imbuto più piccolo, sarebbe
meglio filtrare la miscela in diverse porzioni, sostituendo di volta in volta il materiale presente
nell’imbuto. Estrarre il liquido risultante in un estrattore in continuo per liquidi con 1 L di
dietil etere: l’operazione dovrebbe richiedere 20 ore circa. Seccare l’estratto su solfato di
sodio, eliminare l’agente essiccante tramite filtrazione ed evaporare il solvente mediante
evaporatore rotante. Distillare il residuo a pressione ridotta (circa 20 hPa) utilizzando una
colonna impaccata da 10 cm.
Teste di distillazione: 50-90 °C;
Cuore di distillazione (prodotto): 94-112 °C;
Non è possibile ottenere ulteriori frazioni.
Distillare nuovamente la frazione relativa al prodotto sulla stessa colonna: si ottiene in questo
modo una frazione (uniforme) ad una temperatura pari a 110 °C (a 15 hPa).
Resa: 8,69 g (55,3 mmol; 55%); indice di rifrazione: nD20 = 1,4578; potere rotatorio specifico:
[α ]20D = +15,1° (c = 1 g/mL, CHCl3);
Commenti
Se non si ricorre a sospensioni di lievito fresco, c’è la possibilità che si sviluppino dei funghi
nel composto.
La soluzione filtrata non può essere conservata a lungo e deve essere estratta
immediatamente.
L’acqua impiegata deve essere bollita prima dell’utilizzo.
Durante il processo, tutti i recipienti dovrebbero rimanere coperti quanto più possibile.
Durante l’estrazione, il volume della fase acquosa aumenta del 5-7%! Per assicurare
un’estrazione in continuo, quindi, è necessario lasciare un volume (appropriato) di riserva
nell’apparato di estrazione.
Gestione dei rifiuti
Riciclo
Il dietil etere evaporato viene raccolto e distillato.
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Suggerimenti per lo smaltimento dei rifiuti
Rifiuto/i
Residuo della filtrazione con Celite
Fase acquosa proveniente dall’estrazione
Teste di distillazione
Residuo di distillazione
Solfato di sodio
Smaltimento
Rifiuti solidi, non contenenti mercurio
Miscele acquose di solventi, non contenenti alogeni
Solventi organici, non contenenti alogeni
Solventi organici, non contenenti alogeni
Rifiuti solidi, non contenenti mercurio
Durata dell’esperimento
Preparazione della miscela di reazione: 1 ora;
Completamento della reazione: 2 giorni;
Work up: 5 ore.
Quando posso interrompere l’esperimento?
Prima della distillazione.
Grado di difficoltà
Difficile
• Istruzioni (scala dell’esperimento: 10 mmol)
Attrezzatura
Pallone da 2 L, imbuto gocciolatore con compensatore di pressione, termostato, evaporatore
rotante, agitatore magnetico riscaldante con ancoretta magnetica, apparato per distillazione,
colonna impaccata (lunghezza: 10 cm), beuta da vuoto, imbuto da vuoto Büchner (diametro:
15 cm), estrattore in continuo per liquidi, bagno ad olio;
Sostanze
lievito fresco (Saccharomyces cerevisiae)
estere etilico dell’acido ciclopentanon-2-carbossilico (purezza > 95%)
(pe 109 °C, 20 hPa; prodotto esperimento NOP-Nr. 4023)
acqua (bollita)
dietil etere (pe 35 °C)
Celite 545
solfato di sodio per seccare
78,0 g
1,56 g (10,0 mmol)
750 mL
500 mL
circa 1 g
Reazione
Sospendere, mantenendo sotto blanda agitazione, 78,0 g di lievito fresco in 750 mL di acqua
fredda (precedentemente bollita) all’interno di un pallone da 2 L; per ottenere un buon
risultato, è opportuno procedere con piccole porzioni. Dopo aver portato in sospensione tutto
il lievito, scaldare fino ad una temperatura di 30 °C e gocciolare 1,56 g (10,0 mmol) di estere
etilico dell’acido ciclopentanon-2-carbossilico tramite un imbuto gocciolatore: le aggiunte
devono essere completate in un arco di tempo pari a mezz’ora circa. Coprire il recipiente con
un foglio d’alluminio o un batuffolo di cotone ed agitare (blandamente) a 30 °C per due
giorni.
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Work up
Aggiungere alla miscela di reazione 1 g di Celite ed agitare il tutto per un’ora. Caricare un
imbuto da vuoto Büchner (diametro: 15 cm) con uno strato da 2 cm di Celite bagnata e filtrare
la soluzione in una beuta da vuoto. Estrarre il liquido risultante in un estrattore in continuo per
liquidi con 500 mL di dietil etere. Seccare l’estratto su solfato di sodio, eliminare l’agente
essiccante tramite filtrazione ed evaporare il solvente mediante evaporatore rotante. Distillare
il residuo a pressione ridotta (circa 20 hPa) utilizzando una colonna impaccata da 10 cm.
Teste di distillazione: 50-90 °C;
Cuore di distillazione (prodotto): 94-112 °C;
Non è possibile ottenere ulteriori frazioni.
Distillare nuovamente la frazione relativa al prodotto sulla stessa colonna: si ottiene in questo
modo una frazione (uniforme) ad una temperatura pari a 110 °C (a 15 hPa).
Resa: 0,55 g (3,5 mmol; 35%); indice di rifrazione: nD20 = 1,4578; potere rotatorio specifico:
[α ]20D = + 15,1° (c = 1 g/mL, CHCl3);
Commenti
Se non si ricorre a sospensioni di lievito fresco, c’è la possibilità che si sviluppino dei funghi
nel composto.
La soluzione filtrata non può essere conservata a lungo e deve essere estratta
immediatamente.
L’acqua impiegata deve essere bollita prima dell’utilizzo.
Durante il processo, tutti i recipienti dovrebbero rimanere coperti quanto più possibile.
Durante l’estrazione, il volume della fase acquosa aumenta del 5-7%! Per assicurare
un’estrazione in continuo, quindi, è necessario lasciare un volume di riserva appropriata
nell’apparato di estrazione.
Gestione dei rifiuti
Riciclo
Il dietil etere evaporato viene raccolto e distillato.
Suggerimenti per lo smaltimento dei rifiuti
Rifiuto/i
Residuo della filtrazione con Celite
Fase acquosa proveniente dall’estrazione
Teste di distillazione
Residuo di distillazione
Solfato di sodio
Smaltimento
Rifiuti solidi, non contenenti mercurio
Miscele acquose di solventi, non contenenti alogeni
Solventi organici, non contenenti alogeni
Solventi organici, non contenenti alogeni
Rifiuti solidi, non contenenti mercurio
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Durata dell’esperimento
Preparazione della miscela di reazione: 1 ora;
Completamento della reazione: 2 giorni;
Work up: 4 ore.
Quando posso interrompere l’esperimento?
Prima della distillazione.
Grado di difficoltà
Difficile
• Caratterizzazione
Monitoraggio della reazione tramite TLC o GC
Preparazione del campione:
Separare dal lievito 10 mL della soluzione di reazione tramite centrifugazione o filtrazione su Celite. Estrarre il
filtrato con 10 mL di dietil etere e seccarlo su solfato di sodio. Procedere quindi con l’analisi TLC o GC.
Analisi TLC
Condizioni TLC:
Adsorbente:
Eluente
Sviluppo:
Rf (reagente)
Rf (prodotto)
Lastrina Merck TLC Alu plates silica gel 60 F254; dimensioni: 5 x 10 cm;
cicloesano : dietil etere = 10 : 4
Dopo aver evaporato l’eluente, immergere la lastrina in una soluzione al 2% di
ninidrina ed asciugarla successivamente con un phon.
Il reagente si presenta come macchia rosso-violetta, mentre il prodotto come
macchia blu-grigia.
0,74
0,40
Analisi GC
Condizioni GC:
Colonna:
Iniezione:
Gas carrier:
Forno
Rivelatore:
DB-1; lunghezza: 28 m; diametro interno: 0,32 mm; film: 0,25 µm;
Iniezione in colonna;
H2 (40 cm/s);
Isoterma a 100 °C;
FID, 270 °C;
La concentrazione percentuale è stata calcolata tramite i valori delle aree dei picchi.
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GC del prodotto dopo la I distillazione
Tempo di ritenzione
[min]
5.1
Sostanza
prodotto
GC del prodotto dopo la II distillazione
Area [%] del picco
Dopo I distillazione
Dopo II distillazione
98.9
99.4
Spettro 1H NMR del prodotto puro (500 MHz, CDCl3)
δ [ppm]
1.19
1.5 – 2.0
2.54 - 2.65
3.2
4.08
4.34
Molteplicità
t
m
m
s (allargato)
q
m
Numero di H
3
6
1
1
2
1
6
Assegnazione
O-CH2-CH3
CH2 (anello)
CH-CO
OH
O-CH2
HO-CH
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Spettro 13C NMR del prodotto puro (125 MHz, CDCl3)
Assegnazione
C-1
C-5
C-2
C-4
C-6
C-8
C-7
C-3
solvente
δ [ppm]
174.6
73.6
60.4
49.5
33.9
26.1
21.8
14.0
76.5-77.5
O
OH
2
3
5
O 1
6
4
8
7
Spettro IR del prodotto puro (film)
Trasmissione [%]
Numeri d’onda [cm-1]
[cm-1]
3480
2973, 2877
1736
Assegnazione
O-H stretching
C-H stretching, alcano
C=O stretching, estere
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