4022 Sintesis etil (S)-(+)-3-hidroksibutirat
O
O O
O
O O
H
C6H10O3 C6H12O3
fermenting yeast
(130.1) (132.2)
C12H22O11 (342.3)
sucrose
Klasifikasi
Tipe reaksi and penggolongan bahan Reduksi stereoselektif
Keton, alkohol, enzim, bahan alam
Teknik Laboratorium
Pengadukan dengan pengaduk KPG, pengadukan dengan batang pengaduk magnet, penambahan bertetes dengan corong tetes, ekstraksi, evaporasi dengan rotavapor, penyaringan, distilasi pengurangan tekanan, distilasi kolom, pompa vakum, pemanasan dengan penangas minyak
Untuk skala batch 10 mmol:
Tanpa pengadukan dengan pengaduk-KPG
Instruksi (skala batch 10 mmol)
Peralatan
Labu leher-tiga 250 mL, penghitung gelembung, termometer dalam, pengaduk magnet dengan pemanas, batang pengaduk magnet, corong tetes dengan pengatur tekanan, labu penghisap, corong Buchner (Ø = 5,5 cm), peralatan untuk ekstraksi cairan secara kontinu, corong pisah, rotavapor, pendingin refluk, kolom Vigreux 8 cm atau kolom packing, alat distilasi, pompa vakum, penangas minyak.
Bahan
yeast (ragi roti)) 10 g
D(+)-sukrosa (tl 169-170 °C) 16,3 g (47,5 mmol)
etil asetoasetat (td 180 °C) 1,30 g (1,26 mL, 10,0 mmol)
dietil eter (td 35 °C) 80 mL
Celite 545 (membantu penyaringan) 5 g
Reaksi
Peralatan reaksi terdiri dari labu leher-tiga 250 mL dengan batang pengaduk magnet, termometer dalam dan corong penetes dengan pengatur tekanan yang dilengkapi dengan penghitung gelembung yang diisi minyak parafin. Larutan 9,76 g (28,5 mmol) sukrosa dalam 52 mL air, dipanaskan mencapai 30 °C dimasukkan ke dalam labu dan 10 g yeast
disuspensikan ke dalam larutan dengan pengadukan sedang. Ketika fermentasi dari yeast dimulai, nampak pada pengembangan-CO2 kontinu (setelah kira-kira satu jam), 0,65 g (0,63 mL, 5,0 mmol) etil asetoasetat ditambahkan secara bertetes tetes dengan corong tetes dan campuran reaksi diaduk selama 24 jam pada temperatur kamar. Selanjutnya larutan 6,50 g (19,0 mmol) sukrosa dalam 33 mL air, dipanaskan mencapai 40 °C, ditambahkan dan diaduk selama satu jam lagi. Kemudian 0,65 g (0,63 mL, 5,0 mmol) etil asetoasetat ditambahkan bertetes tetes, dan suspensinya diaduk perlahan selama 2 hari pada temperatur kamar.
Penyelesaian
Setelah filtrasi dengan penyaring Buchner (Ø = 5,5 cm, kertas saring Blauband), dimana kira- kira 5 g Celite (membantu penyaringan) diratakan, filtrat diekstraksi dalamm alat ekstraksi cairan secara kontinu dengan 80 mL dietil eter selama 24 jam. Fasa air dipisahkan, dari fasa organik, pelarut dievaporasi dengan rotavapor pada 40 °C . Residu cairan akan tertinggal sebagai produk kotor. Hasil kotor: 1,01 g
Produk kotor didistilasi fraksinasi pengurangan tekanan menggunakan kolom Vigreux pendek atau kolom packing.
Hasil: 0,800 g (6,05 mmol, 61%); temperatur distilasi 73-74 °C (18 hPa), temperatur penangas minyak (150 °C), cairan tak berwarna; nD20
= 1,4150; [α]D20
= +13 ° (EtOH, c = 1), +38,5 ° (CHCl3, c = 1)
Komentar
Substrat seharusnya ditambahkan hanya setelah fermentasi dimulai, dimana hal ini nampak dari pengembangan-CO2 steady pada penghitung gelembung. Penambahan substrat yang ke dua dapat juga dilakukan satu hari kemudian daripada yang disebutkan di atas. Pada temperatur kamar rendah, fermentasi membutuhkan waktu yang lebih lama daripada yang disebutkan di atas. Reaksi yang sempurna menjadi penting karena hal ini akan membuat distilasi menjadi lebih mudah.
Hasil dapat ditingkatkan, jika yeast hasil penyaringan disuspensikan lagi dalam sedikit air.
Ketika yeast mengalami sedimentasi, suspensi diatas sedimen dapat disaring dan filrat digabung dengan filtrat lainnya dan dapat diesktraksi.
Manajemen limbah Daur ulang
dietil eter dari evaporasi dikumpulkan dan diredistilasi Pembuangan limbah
Limbah Pembuangan
Residu penyaringan Limbah padat, bebas dari merkuri Residu distilasi pelarut organik, bebas halogen
Waktu
5 jam, termasuk 1 jam untuk filtrasi 3 hari pengadukan dan 24 jam ekstraksi
Penghentian sementara Sebelum distilasi
Tingkat kesulitan Sedang
Instruksi (skala batch 100 mmol)
Peralatan
Labu leher-tiga 2 L, penghitung gelembung, termometer dalam, pengaduk KPG, pengaduk magnet dengan pemanas, corong tetes dengan pengatur tekanan, corong Buchner (Ø = 9,5 cm), labu penghisap, peralatan untuk ekstraksi cairan secara kontinu, corong pisah, rotavapor, kolom Vigreux 8 cm atau kolom packing, alat distilasi, pompa vakum, penangas minyak.
Bahan
yeast (ragi roti)) 100 g
D(+)-sukrosa (tl 169-170 °C) 163 g (475 mmol)
etil asetoasetat (td 180 °C) 13,0 g (12,6 mL, 100 mmol)
dietil eter (td 35 °C) 400 mL
Celite 545 40 g
Reaksi
Peralatan reaksi terdiri dari labu leher-tiga 2 L dengan pengaduk KPG, termometer dalam dan corong tetes dengan pengatur tekanan yang dilengkapi dengan penghitung gelembung yang diisi minyak parafin. Larutan 97,6 g (285 mmol) sukrosa dalam 520 mL air, dipanaskan mencapai 30 °C, dimasukkan ke dalam labu dan 100 g yeast dimasukkan ke dalam larutan dengan pengadukan sedang. Ketika fermentasi dari yeast dimulai, nampak pada pengembangan-CO2 kontinu (setelah kira-kira satu jam), 6,50 g (6,30 mL, 50,0 mmol) etil asetoasetat ditambahkan bertetes tetes dengan corong tetes dan campuran reaksi diaduk selama 24 jam pada temperatur kamar. Selanjutnya larutan 65,0 g (190 mmol) sukrosa dalam 325 mL air, dipanaskan mencapai 40 °C, ditambahkan dan diaduk selama satu jam lagi.
Kemudian 6,50 g (6,30 mL, 50,0 mmol) etil asetoasetat ditambahkan bertetes tetes, dan suspensinya diaduk pelan selama 2 hari pada temperatur kamar.
Penyelesaian
Larutan reaksi disaring dua kali dengan corong Buchner (Ø = 9,5 cm, kertas saring Blauband), dimana setiap kali kira-kira 20 g Celite diratakan (ada suatu keuntungan untuk menyaring tidak sebelum suspensi yeast tersedimentasi). Filtrat diekstraksi pada peralatan ekstraksi cairan secara kontinu dengan 400 mL dietil eter selama 24 jam. Fasa air dipisahkan, dari fasa organik, pelarut dievaporasi dengan rotavapor pada 40 °C . Residu cairan akan tertinggal sebagai produk kotor. Hasil kotor: 10,2 g
Produk kotor didistilasi dengan fraksinasi pengurangan tekanan menggunakan kolom Vigreux pendek atau kolom packing.
Hasil: 8,26 g (62,5 mmol, 63%); temperatur distilasi 73-74 °C (18 hPa), temperatur penangas minyak (150 °C), cairan tak berwarna; nD20
= 1,4150; [α]D20
= +13 ° (EtOH, c = 1), +38,8 ° (CHCl3,c = 1)
Komentar
Substrat seharusnya ditambahkan hanya setelah fermentasi dimulai, dimana hal ini nampak dari pengembangan-CO2 steady pada penghitung gelembung. Penambahan substrat yang ke dua dapat juga dilakukan satu hari kemudian daripada yang disebutkan di atas. Pada temperatur kamar rendah fermentasi membutuhkan waktu yang lebih daripada yang disebutkan di atas. Reaksi yang sempurna menjadi penting karena hal ini akan membuat distilasi menjadi lebih mudah.
Hasil dapat ditingkatkan, jika yeast hasil penyaringan disuspensikan lagi dalam sedikit air.
Ketika yeast mengalami sedimentasi, suspensi diatas sedimen dapat disaring dan filrat digabung dengan filtrat lainnya dan dapat diesktraksi.
Manajemen limbah Daur ulang
dietil eter dari evaporasi dikumpulkan dan diredistilasi
Pembuangan limbah
Limbah Pembuangan
Residu penyaringan Limbah padat, bebas dari merkuri Residu distilasi pelarut organik, bebas halogen
Waktu
8 jam, termasuk 4 jam untuk filtrasi 3 hari pengadukan dan 24 jam ekstraksi
Penghentian sementara Sebelum distilasi
Tingkat kesulitan Sedang
Analisis
Mengikuti reaksi dengan KLT
Kondisi KLT
adsorben: KLT-aluminium foil (silica gel 60)
eluen: n-Heksana : dietil eter = 2:1
Reagen penampak: Setelah pelarut eluen diuapkan, plat KLT dicelupkan dalam larutan ninhidrin 2% dan kemudian dikeringkan dengan pengering udara panas. Senyawa akan nampak sebagai bercak ungu kemerahan.
Rf (produk) 0,14
Rf (etil asetoasetat) 0,52
GC
Kondisi GC
kolom: DB-1, 28 m, diameter dalam 0,32 mm, film 0,25 µm inlet: on-column-injection
Gas pembawa: hidrogen (40 cm/dtk)
oven: 50 °C (5 menit), 10 °C/menit pada 240 °C (40 menit) detektor: FID, 270 °C
Persen konsentrasi dihitung dari luas puncak
GC produk kotor
Waktu retensi (menit) Senyawa Luas puncak %
6,42 produk 91,7
25,9 produk samping (tidak diketahui) 1,6 28,0 produk samping (tidak diketahui) 2,6
GC produk murni
Waktu retensi (menit) Senyawa Luas puncak %
6,47 produk 99,2
Pengotor lain < 0,2
Spektrum 1H NMR produk murni (500 MHz, CDCl3)
δδ
δδ (ppm) Multiplisitas Jumlah H Keterangan
1,23 d 3 4-H
1,27 t 3 O-CH2CH3
2,46 m 2 2-H
3,55 s 1 OH
4,16 q 2 O-CH2CH3
4,15 – 4,23 m 1 3-H
Spektrum 13C NMR produk murni (125 MHz, CDCl3)
δ δδ
δ (ppm) Keterangan
13,8 OCH2CH3
22,3 C-4
42,8 C-2
60,3 O-CH2CH3
64,0 C-3
172,4 C-1
76,5-77,5 pelarut O O O H
2 1 4 3
O O O H
2 1 4 3
Spektrum IR produk murni (film)
cm-1
(cm-1) Keterangan
3437 Ikatan O-H
2979, 2936 Ikatan C-H, alkana
1735 Ikatan C=O , ester
