2022 Reducción de L-(–)-mentona con hidruro de litio y aluminio a

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2022
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Reducción de L-(–)-mentona con hidruro de litio y
aluminio a una mezcla de los isómeros (–)-mentol y
(+)-neomentol
H
H3C C CH3
O
H
H3C C CH3
OH
LiAlH4
H
tert-butil metil eter
CH3
C10H18O
(154.3)
CH3
H
H3C C CH3
H
OH
+
CH3
a
b
C10H20O
(156.3)
LiAlH4
(38.0)
Clasificación
Tipos de reacción y clases de productos
reacción del grupo carbonilo en cetonas, reducción, adición estereoselectiva
cetona, alcohol, hidruro metálico complejo, productos naturales
Métodos o técnicas de trabajo
trabajo en ausencia de humedad, agitación con agitador KPG, adición gota a gota con embudo
de adición, calefacción a reflujo, filtración, evaporación en rotavapor, destilación a presión
reducida, uso de baño refrigerante, calefacción con baño de aceite
Instrucciones (escala 100 mmol)
Equipo
Matraz de tres bocas de 500 mL, refrigerante de reflujo metálico, tubo para desecante,
suministro de gas inerte, agitador KPG, embudo de adición con presión compensada, matraz
Kitasato, embudo Büchner, rotavapor, aparato de destilación, agitador magnético con
calefacción, barra de agitación magnética, bomba de vacío, baño refrigerante, baño de aceite
Productos
20
L-(–)-mentona (p eb 85-66 °C/16hPa), [α] D = – 29,6°
hidruro de litio y aluminio
tert-butil metil eter (anhidro) (p eb 55 °C)
disolución acuosa de hidróxido sódico (15%)
carbonato potásico para secar
1
15,4 g (100 mmol)
5,32 g (140 mmol)
240 mL
6 mL
March 2006
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Reacción
El montaje de la reacción, consistente en un matraz de tres bocas, un agitador KPG, un
refrigerante de reflujo metálico con tubo para desecante y un embudo de adición con presión
compensada, debe estar completamente seco y preferiblemente se habrá paado por él una
coriente de nitrógeno. Se introducen en el matraz 160 mL de tert-butil metil eter anhidro y se
añaden de golpe 5,32 g (140 mmol) de hidruro de litio y aluminio. Se agita la mezcla durante
5 minutos y a continuación se añade gota a gota y con agitación, una disolución de 15,4 g
(100 mmol) de L-(–)-mentona en 60 mL de tert-butil metil eter anhidro, de forma que el eter
tenga una ebullición suave. Al finalizar la adición se calienta la mezcla a reflujo con agitación
durante 2 horas.
Elaboración
Manteniendo la agitación, se enfría la mezcla en un baño refrigerante (por razones de
seguridad no se usa un baño de hielo debido al LiAlH4) hasta unos 0 °C. Entoces se añaden
muy cuidadosamente 6 mL de agua gota a gota con un embudo de adición, luego 6 mL de
una disolución de hidróxido sódico al 15% y nuevamente 16 mL de agua para descomponer el
exceso de hidruro de litio y aluminio. En la mezcla de reacción se forman espumas debido a la
formación de gases, y entra en ebullición. Se forma un precipitado incoloro viscoso. Una vez
finalizada la adición, se agita la mezcla durante 30 minutos más y luego se filtra con un
embudo Büchner. Si el filtrado no es trasparente, se filtra de nuevo. Luego el filtrado se seca
con carbonato potásico. Se filtra el agente desecante, se lava con 20 mL de tert-butil metil eter
y se evapora el disolvente en el rotavapor. El bruto de reaccion aparece como un resíduo
aceitoso incoloro.
Rendimiento bruto: 13,8 g; pureza por GC 98%; relación de mentol a neomentol 73 : 27
El producto bruto se destila a presión reducida (unos 20 hPa).
20
Rendimiento: 12,5 g (80,0 mmol, 80%); p eb 102-104 °C (20 hPa); [α] D = – 28.1°. La pureza
y la relación entre los isómeros son las mismas que las descritas para el producto bruto (ver
analíticas).
Manejo de resíduos
Reciclado
El tert-butil metil eter evaporado, se recoge y se redestila.
Eliminación de resíduos
Resíduo
Eliminación
resíduo sólido de la hidrólisis del hidruro de litio y resíduos sólidos, libres de
alumuinio
mercurio
resíduo de la destilación
disolventes orgánicos, libres de
halógenos
carbonato potásico
resíduos sólidos, libres de
mercurio
2
March 2006
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Tiempo
7 horas
Pausa
Después de la hidrólisis del hidruro de litio y aluminio y filtrado del precipitado y antes de la
destilación.
Grado de dificultad
Difícil
Instrucciones (escala 10 mmol)
Equipo
Matraz de tres bocas de 100 mL, refrigerante de reflujo metálico, tubo para desecante,
suministro de gas inerte, agitador KPG, embudo de adición con presión compensada, matraz
Kitasato, embudo Büchner, rotavapor, aparato de destilación pequeño, agitador magnético con
calefacción, barra de agitación magnética, bomba de vacío, baño refrigerante, baño de aceite
Productos
20
L-(–)-mentona (p eb 85-66 °C/16hPa), [α] D = – 29,6°
hidruro de litio y aluminio
tert-butil metil eter (anhidro) (p eb 55 °C)
disolución acuosa de hidróxido sódico (15%)
carbonato potásico para secar
1,54 g (10 mmol)
532 mg (14,0 mmol)
70 mL
1 mL
Reacción
El montaje de la reacción, consistente en un matraz de tres bocas de 100 mL, un agitador
KPG, un refrigerante de reflujo metálico con tubo para desecante y un embudo de adición con
presión compensada, debe estar completamente seco y preferiblemente se habrá paado por él
una coriente de nitrógeno. Se introducen en el matraz 40 mL de tert-butil metil eter anhidro y
se añaden de golpe 532 mg (14,0 mmol) de hidruro de litio y aluminio. Se agita la mezcla
durante 5 minutos y a continuación se añade gota a gota y con agitación, una disolución de
1,54 g (10,0 mmol) de L-(–)-mentona en 20 mL de tert-butil metil eter anhidro, de forma que
el eter tenga una ebullición suave. Al finalizar la adición se calienta la mezcla a reflujo con
agitación durante 2 horas.
Elaboración
Manteniendo la agitación, se enfría la mezcla en un baño refrigerante (por razones de
seguridad no se usa un baño de hielo debido al LiAlH4) hasta unos 0 °C. Entoces se añaden
muy cuidadosamente 1 mL de agua gota a gota con un embudo de adición, luego 1 mL de
una disolución de hidróxido sódico al 15% y nuevamente 4 mL de agua para descomponer el
exceso de hidruro de litio y aluminio. En la mezcla de reacción se forman espumas debido a la
formación de gases, y entra en ebullición. Se forma un precipitado incoloro viscoso. Una vez
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finalizada la adición, se agita la mezcla durante 30 minutos más y luego se filtra con un
embudo Büchner. Si el filtrado no es trasparente, se filtra de nuevo. Luego el filtrado se seca
con carbonato potásico. Se filtra el agente desecante, se lava con 10 mL de tert-butil metil eter
y se evapora el disolvente en el rotavapor. El bruto de reaccion aparece como un resíduo
aceitoso incoloro.
Rendimiento bruto: 1,35 g; pureza por GC 98%; relación de mentol a neomentol 73 : 27
El producto bruto se destila en un aparato de destilación pequeño a presión reducida (unos 20
hPa).
20
Rendimiento: 1,05 g (6,72 mmol, 67%); p eb 102-104 °C (20 hPa); [α] D = – 28.1°. La pureza
y la relación entre los isómeros son las mismas que las descritas para el producto bruto (ver
analíticas).
Manejo de resíduos
Reciclado
El tert-butil metil eter evaporado, se recoge y se redestila.
Eliminación de resíduos
Resíduo
Eliminación
resíduo sólido de la hidrólisis del hidruro de litio y resíduos sólidos, libres de
alumuinio
mercurio
resíduo de la destilación
disolventes orgánicos, libres de
halógenos
carbonato potásico
resíduos sólidos, libres de
mercurio
Tiempo
6 horas
Pausa
Después de la hidrólisis del hidruro de litio y aluminio y filtrado del precipitado y antes de la
destilación.
Grado de dificultad
Difícil
Analíticas
Monitorización de la reacción
En principio, la reacción puede seguirse tanto con GC como con TLC, por razones de seguridad no deben
tomarse muestras durante la reacción.
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TLC
Condiciones de TLC:
adsorbente:
eluyente:
reactivo de revelado
Placas de aluminio para TLC con gel de sílice 60 F254
eter de petróleo (40-60 °C) / acetato de etilo 1:1
vanillina
Rf (mentona)
Rf (mentol/neomentol)
0,80
0,62
GC
Preparación de la muestra:
Se disuelven 40 mg del producto en 1 mL de diclorometano.
Condiciones de GC :
columna:
inyección:
gas portador:
horno:
detector:
integración:
Zebron ZB-1, longitud 15 m, diametro interno 0,25 mm, capa 0,25 µm,
(Phenomenex, Torrance, CA, USA)
temperatura de inyección 260 °C; inyección partida 20:1; volumen inyectado 0,1 µL
He, presión precolumna 100 kPa
40 °C isoterma
FID, 260 °C, H2 30 mL/min; sint aire 361 mL/min; gas modelador N2, 14.9 mL/min (59
kPa)
integrador 4290 (Separación Térmica de Productos)
El porcentaje de concentración se calculó a partir del área de los picos.
GC del producto bruto
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
10
Tiempo de retención
(min)
39,9
44,0
45,1
20
30
40
Producto
50
60
Area del pico%
neomentol
mentol
desconocido
26,7
72,3
1,0
El pico que aparece a 45,1 min no ha podiso ser asignado, no proviene del isomentol, que se inyecto para
comparar.
5
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Los GCs del producto bruto y del producto puro son virtualmente idénticos.
La relación de mentol a neomentol a partir de las áreas de los picos de GC es 73 : 27.
Rotación óptica del producto puro
rotación óptica de los componentes puros según la literatura:
20
−59.6° (etanol)
[α] D (mentol):
20
[α] D
(neomentol):
+19.8° (etanol)
rotación óptica del producto puro en una disolución al 3% en etanol:
20
[α] D = −28.10°
resultado: relación de mentol a neomentol = 69 : 31.
Espectro 1H NMR del producto bruto (400 MHz, CDCl3)
4.0
3.8
3.6
3.4
(ppm)
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
(ppm)
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Espectro 1H NMR del producto puro (400 MHz, CDCl3)
4.0
3.8
3.6
3.4
(ppm)
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
(ppm)
δ (ppm)
Multiplicidad
3,40
4,10
m
m
0,7 – 2,3
m
intensidad
relativa
Asignación
72
28
CH – OH (mentol)
CH – OH (neomentol)
otros protones de
mentol y neomentol
Los picos a 1,19 y 3,20 ppm en el producto bruto pertenecen al tert-butil metil eter.
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Espectro 13C NMR del producto puro (400 MHz, CDCl3)
80
70
60
50
40
30
20
10
(ppm)
H7 8
8
H3C C CH3
1
3
OH
2
4
H
6
CH3
1
3
H
2
OH
4
6
9
Mentol
δ (ppm)
71,36
50,01
44,97
34,48
31,57
25.67
23,02
22,15
20,95
15,97
8
5
5
9
H7
8
H3C C CH3
Asignación
C-1
C-2
C-6
C-4
C-5
C-7
C-3
C-9
C-8
C-8
CH3
Neomentol
Asignación
δ (ppm)
67,57
C-1
47,88
C-2
42,50
C-6
34,99
C-4
29,05
C-5
25,72
C-7
24,09
C-3
22,28
C-9
21,10
C-8
20,64
C-8
Las líneas a 76,5-77,5 ppm pertenecen al disolvente.
8
March 2006
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Espectro IR spectrum del producto bruto (film)
100
Transmission [%]
80
60
40
20
0
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
1500
1000
500
-1
W ellenzahl [cm ]
Espectro IR del producto puro (film)
100
Transmission [%]
80
60
40
20
0
4000
3500
3000
2500
2000
-1
W ellenzahl [cm ]
(cm-1)
3360
2970 – 2860
Asignación
tensión O – H
tensión C – H, alcano
9
March 2006