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3035 Sintesi del cis-1,2-epossiciclottano dal ciclottene
H2O2
O
lipasi
C8H14
(110.2)
C8H14O
(126.2)
H2O2
(34.0)
Riferimento in letteratura:
S. Warwel, M. Rüsch gen. Klaas, J. Mol. Catalysis B: Enzym. 1 1995, 29-35;
M. Rüsch gen. Klaas, S. Warwel, Organic Lett. 1999, 1, 1025-6;
• Classificazione
Tipo di reazione e classi di sostanze
Addizione agli alcheni, ossidazione;
Alchene, epossido, perossido, enzima, prodotto naturale;
Tecniche usate
Agitazione con ancoretta magnetica, distillazione a pressione ridotta, estrazione con imbuto
separatore, filtrazione, concentrazione con evaporatore rotante, bagno riscaldante ad olio;
• Istruzioni (scala dell’esperimento: 10 mmol)
Attrezzatura
Pallone da 100 mL, beuta da 250 mL, agitatore magnetico con ancoretta magnetica,
evaporatore rotante, imbuto separatore, distillatore a cammino breve (oppure apparato per
micro-distillazione), pompa da vuoto, bagno ad olio;
Sostanze
cis-ciclottene (pe 145-146 °C)
1,10 g (1,31 mL, 10,0 mmol)
acqua ossigenata (perossido d’idrogeno, 33%)
5,7 g (5,1 mL, 55 mmol)
chirazyme L2-cf (Roche Biochemicals 1 865 439)
0,5 g
acetato di etile (pe 77 °C)
50 mL
cartine amido-iodurate (oppure cartine equivalenti per test perossidi)
soluzione satura di solfito di sodio
soluzione satura di carbonato acido di sodio
solfato di sodio per seccare
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Reazione
ATTENZIONE: visto l’utilizzo di acqua ossigenata durante l’esperimento, è necessario che
l’intera apparecchiatura non presenti alcuna traccia di metalli pesanti; a questo proposito, è
molto importante verificare l’integrità dell’involucro plastico dell’ancoretta magnetica.
Predisporre un pallone da 100 mL e dotarlo di ancoretta magnetica; versare nel recipiente 50
mL di acetato di etile, quindi sciogliervi 1,10 g (10,0 mmol) di cis-ciclottene e 0,5 g di
catalizzatore (enzima lipasi). Mantenendo sotto costante agitazione, addizionare
successivamente, in un arco di tempo di 3 ore, 5,1 mL di perossido d’idrogeno: le aggiunte
devono essere effettuate ogni 15 minuti, calando ogni volta un volume di reagente pari a 425
µL. Una volta terminato, continuare ad agitare la miscela risultante a temperatura ambiente
per 24 ore.
Work up
Filtrare la miscela di reazione su un filtro a pieghe in una beuta da 250 mL; conservare
l’enzima lipasi rimasto nel filtro in acetato di etile. Mantenendo sotto costante agitazione,
aggiungere al filtrato una soluzione satura di solfito di sodio, così da consumare l’eccesso di
acqua ossigenata impiegata; per valutare quando interrompere le aggiunte, prelevare ad
intervalli regolari poche gocce di soluzione e depositarle su una cartina amido-iodurata: la
(eventuale) colorazione blu della striscia evidenzia la presenza di perossido d’idrogeno e (di
conseguenza) la necessità di aggiungere altro solfito.
Aggiungere quindi alla miscela una soluzione satura di carbonato acido di sodio: interrompere
le aggiunte solo quando non si osserva più alcuno sviluppo di gas dalla soluzione. Trasferire il
sistema bi-fasico risultante in un imbuto separatore, scartare la porzione acquosa e seccare
quella organica su solfato di sodio. Eliminare l’agente essiccante tramite filtrazione e lavare il
residuo nel filtro con poco solvente (acetato di etile); allontanare quindi il solvente mediante
evaporatore rotante (ad una pressione non inferiore ai 200 hPa): come residuo si ottiene un
solido (il ciclottene-ossido risultante dovrebbe avere un punto di fusione di almeno 52 °C).
Se necessario, purificare il prodotto grezzo tramite distillazione a pressione ridotta, ricorrendo
ad un distillatore a cammino breve oppure ad un apparato per micro-distillazione.
Resa: 950 mg (7,53 mmol, 75%); aspetto: solido incolore (simile ad una cera); punto di
ebollizione: 69 °C (13 hPa); punto di fusione: 52 °C;
Commenti
L’enzima può essere riutilizzato diverse volte, a patto di non seccarlo mai e di conservarlo in
un solvente adatto (come l’acetato di etile indicato).
Gestione dei rifiuti
Riciclo
L’acetato di etile evaporato viene raccolto e distillato.
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Suggerimenti per lo smaltimento dei rifiuti
Rifiuto/i
Fase acquosa
Residuo di distillazione
Solfato di sodio
Smaltimento
Miscele acquose di solventi, non contenenti alogeni
Solventi organici, non contenenti alogeni
Rifiuti solidi, non contenenti mercurio
Durata dell’esperimento
5 ore, più le 24 ore necessarie per agitare la miscela di reazione.
Quando posso interrompere l’esperimento?
Dopo aver aggiunto l’acqua ossigenata.
Grado di difficoltà
Facile
• Caratterizzazione
Analisi GC
Preparazione del campione:
Sciogliere 100 mg circa di sostanza in 1 mL di tert-butil metil etere e iniettare 1 µL della soluzione risultante.
Condizioni GC:
Colonna:
Iniezione:
Gas carrier:
Forno:
Rivelatore:
Macherey and Nagel, SE-54, 326-MN-30705-9; lunghezza: 25 m; diametro interno: 0,32
mm; film: 0,25 µm;
Iniettore Gerstel KAS con unità di controllo; temperatura dell’iniettore: 250 °C; sistema split
di iniezione 1 : 20; volume iniettato: 1 µL;
N2; pressione pre-colonna: 62 kPa; flusso: 1,04 mL/min;
Temperatura iniziale: 80 °C (1 min);
5 °C/min fino a 250 °C (30 min);
FID, 275 °C;
La concentrazione percentuale è stata calcolata tramite i valori delle aree dei picchi.
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GC del prodotto puro
Tempo di ritenzione
[min]
Sostanza
Area [%] del
picco
9.8
prodotto
(epossiciclottano, secondo analisi GC/MS;
m/e: 111, 98, 97, 93, 84, 83, 82, 79, 67, 57, 55, 42, 41, 39)
100
Spettro 1H NMR del prodotto grezzo (250 MHz, CDCl3)
9.0
8.5
8.0
7.5
7.0
6.5
6.0
5.5
5.0
4.5
4.0
4
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
-0.5
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Spettro 1H NMR del prodotto puro (250 MHz, CDCl3)
8
7
6
5
4
Molteplicità
m
m
m
δ [ppm]
1.10-1.79
2.14
2.90
7.26
3
2
Numero di H
10
2
2
1
0
Assegnazione
CH-O-CH
solvente
Spettro 13C NMR del prodotto grezzo (62,5 MHz, CDCl3)
120
110
100
90
80
70
60
50
5
40
30
20
10
0
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Spettro 13C NMR del prodotto puro (62,5 MHz, CDCl3)
120
110
100
δ [ppm]
25.5
26.2
26.5
55.6
76.5-77.5
1
90
80
70
60
50
40
30
20
Assegnazione1
C-5, C-6
C-4, C-7
C-3, C-8
C-1, C-2
solvente
7
10
0
8
1
6
O
5
4
2
3
N. R. Easton, Jr., F. A. L. Anet, P. A. Burns, C. S. Foote, J. Am. Chem. Soc. 1974, 96, 3945;
Spettro IR del prodotto grezzo (ATR – Riflettanza Totale Attenuata)
Trasmissione [%]
Numeri d’onda [cm-1]
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Spettro IR del prodotto puro (ATR – Riflettanza Totale Attenuata)
Trasmissione [%]
Numeri d’onda [cm-1]
[cm-1]
2969
2924
2853
Assegnazione
C-H stretching, alcano
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