H..C.ØRSTEDS UNGDMSLABRATRIUM KEMISK IN STITUT KØB ENHAVNS UNIVERS ITET Syntese og ekstraktion af naturlige estere samt identifikation ved GC Af Marc Cedenius
Indhold Gran... 2 Syntese af Eddikesyre( )bornylester... 2 Syntesen... 3 prensning... 5 Ekstraktion af gran... 6 Bjergthe (Goultheria procumbens)... 8 Syntese af Salicylsyremethylester (Vintergrønolie)... 8 Syntesen... 9 prensning...11 Ekstraktion bjergthe... 12 Banan... 14 Syntese af Eddikesyre 3 methyl 1 butylester (Isoamylacetat)... 14 Syntesen...15 prensning...16 Ekstraktion af banan... 18 Gaschromatografi... 20 Forslag til forberedelse... 22 1
H.C.ØRSTEDSS UNGDMSLA BRATRIUM KEMISK INSTITUT KØBENHAVNS UNIVERSITETT Gran Syntese af Eddikesyre(-)bornylester H 3 C H + H 3 C CH3 H 3 C + CH 3 H 3 C H (-)Borneol Edikkesyreanhydrid Eddikesyre(-)bornylester For at kunne identificere eddikesyre(-)bornylesteren i spektret fra ekstraktionen af gran, starter vi med at syntetisere den.dette gør vi ud fra alkoholen (-)Borneol og syren Eddikesyreanhydrid. Ved en normalestersyntese, som vi kender den fra gymnasiet, reagerer man en carboxylsyre med en alkohol v.h.a. svovlsyre katalyse. (-)borneol bryder sig bare ikke ret meget om svovlsyre, da den let laver en eliminationsreaktion af alkoholen til en alken. Vi benytter derforr en modificeret version af eddikesyren, som er mere reaktiv end normal eddikesyre og som kan bruges uden syrekatalyse. Den modificerede form af eddikesyree vi benytter kaldes eddikesyreanhydrid. Anhydrid betyder uden vand. Eddikesyreanhydrid er i virkeligligheden bare to eddikesyremolekyler som er sat sammen ved en kondensationsproces. Eddikesyreanhydrids reaktion med alkoholer er ligesom reaktion med ren eddikesyre en kondensationsproces, dog er eliminationsproduktet eddikesyre og ikke vand. (Tag noter ved instruktoreness gennemgangg på øvelsesdagen). 2
Syntesen Udstyr 1 stk. 100 ml konisk kolbe med slib 1 stk. svaler med køleslanger 1 stk. magnetomrører + magnet 1 stk. stativklemme + muffe 1 stk. 50 ml måleglas 1 stk. supermagnet (sidder på stinkskabet) 1 stk. 100 ml rundbundet kolbe med slib Kemikalier 3,85g (-)Borneol 30 ml eddikesyreanhydrid Lav en opstilling som på billedet nedenfor, med en 100 ml konisk kolbe med slib, en svaler og en magnetomrører. (opstillingen skal godkendes før i går videre). Svaler Klemme Konisk kolbe 3
1. Afvej på vægten 3,85g (0,025 mol) (-)borneol i en vejebåd og sæt den i stinkskabet. PAS PÅ DET LUGTER FÆLT!! 2. Afmål 30 ml eddikesyreanhydrid i et 50 ml måleglas. 3. Hæld eddikesyreanhydriden i den koniske kolbe. Kom magneten i og tænd for omrøringen. 4. Tilsæt (-)borneolen. 5. Monter svaleren og tænd for kølevandet. Vand ind for neden og ud for oven. 6. Tænd for varmen (på ca.200) 7. Når blandingen koger sættes et ur til 1 time. (kogetiden må gerne være længere) 8. Gå til afsnittet med Ekstraktion af gran. 9. Kolben løftes ca.10 cm fra varmepladen og der slukkes for varme og omrøring. 10. Når reaktionsblandingen har stuetemperatur fjernes svaleren. 11. En lille supermagnet placeres i bunden på ydersiden af kolben og indholdet hældes over i en 100 ml rundbundet kolbe med slib. 12. kolben sættes på rotationsfordamperen og den overskydende eddikesyreanhydrid fjernes ved under vakuum ved 90 C. (Her fjernes det meste af det overskydende eddikesyreanhydrid) 4
prensning Udstyr 1 stk. 250 ml skilletragt med prop 1 stk. 50 ml måleglas 1stk. 100 ml konisk kolbe 1 stk. 100 ml rundbundet kolbe (husk at veje denne) 1 stk. glastragt 1 stk. papir foldefilter 1 stk. eppendorfrør ph papir Kemikalier 50 ml heptan 3 X 50 ml 2M NaH 5g vandfri Na 2 S 4 13. Esteren opløses i 50 ml heptan og hældes over i en 250 ml skilletragt. 14. Ekstraher med 3X50 ml 2M NaH eller til vandfasen (nederste) er basisk på ph papir (blå) 15. Heptanfasen hældes over i en 100 ml konisk kolbe og der tilsættes 5g vandfrina 2 S 4 (vandfrina 2 S 4 fjerner vand fra heptanfasen). 16. Heptanfasen filtreres gennem et foldefilter over i en 100 ml rundbundet kolbe med slib (vejes inden) og heptanen fjernes på rotationsfordamperen ved vacuum og 40 C 17. Kolben med esteren vejes og udbytte bestemmes. 18. 1 dråbe af esteren kommes i et eppendorf rør og sendes til GC. 5
Ekstraktion af gran Udstyr 1 stk. morter med pistil 1 sæt arbejdshandsker 1 stk. 50 ml måleglas 1 stk. 100 ml bægerglas 1 stk. 100 ml rundbundet kolbe med slib 1 stk. glastragt 1 stk. papir foldefilter 1.stk. glasspatel Kemikalier En kvist gran 50 ml pentan Flydende nitrogen ad libitum 1. Nålene fra en lille grankvist pilles af og kommes i en morter. 2. Der fyldes flydende nitrogen i morteren. 3. Nålene kvases under flydende nitrogen til et så fint pulver som muligt (Brug de udleverede handsker). 4. Lad det meste af nitrogenen dampe af og hæld så granpulveret over i et 100 ml bægerglas. 5. Tilsæt 50 ml pentan og rør rundt med en spatel mindst 5 min. 6. Pentanfasen filtreres gennem et foldefilter over i en 100 ml rundbundet kolbe med slib. 6
7. Pentanen inddampes på rotationsfordamper under vakuum ved 30 C til nogle få dråber. Spørg instruktoren om hvordan man benytter rotationsfordamperen. 8. Til den næsten tørre koble tilsættes en plastikpipettefuld pentan og det hele overføres til et eppendorfrør og sendes til GC Gå tilbage til punkt til punkt 9 i syntesen på side 5. 7
H. C. Ø R S T E D S U N G D M S L A B R A T R I U M y K E M I S K I N S T I T U T y K Ø B E N H A V N S U N I V E R S I T E T Bje ergthe (Goulthe ( eriaproccumben s) Syn ntese af Salilicylsyremetthylester (Vi Vintergrønoliie) H H H Salicylsyre CH3 + H 3C H M Methanol + H 2 Salicylsyremethyllester a kunne identtificere salicylssyremethylestter i spektret frra ekstraktione en af Bjergthe e For at (Gou ultheriaprocum mbens), starter vi med at syn ntetisere den. Dette gør vi ud u fra alkohole en methanolog g syren n salicylsyre. nesyntese er en e klassisk esstersyntese, so om vi kender den d fra gymna asiet, hvor ma an reagerer ma an en Denn carboxylsyre med en alkohol v.h h.a. svovlsyre katalyse. Rea aktionen er en n kondensatio onsproces hvo or ( noter ved d instruktorene es gennemgan ng på øvelsessdagen). elimiinationsprodukktet er vand. (Tag 8
Syntesen Udstyr 1 stk. 5 ml sprøjte med kanyle 1 stk. 100 ml konisk kolbe med slib 1 stk. svaler med køleslanger 1 stk. magnetomrører + magnet 1 stk. stativklemme + muffe 1 stk. 50 ml måleglas 1 stk. supermagnet (sidder på stinkskabet) 1 stk. 100 ml rundbundet kolbe med slib Kemikalier 6,9g salicylsyre 30 ml methanol 3 ml koncentreret svovlsyre Lav en opstilling som på billedet nedenfor, med en 100ml konisk kolbe med slib, en svaler og en magnetomrører. (opstillingen skal godkendes før i går videre). Svaler Klemme Konisk kolbe 9
1. Afvej på vægten 6,9g (0,05 mol) salicylsyre i en vejebåd og sæt den i stinkskabet. 2. Afmål 30 ml methanol i et 50 ml måleglas. 3. Hæld methanolen i den koniske kolbe med en magnet og tænd for omrøringen. 4. Tilsæt salicylsyren. 5. Tilsæt langsom 3 ml konc svovlsyre fra en 5 ml sprøjte med kanyle. 6. Monter svaleren og tænd for kølevandet. Vand ind for neden og ud for oven. 7. Tænd for varmen (på ca.150). 8. når blandingen koger sættes et ur til 1 time.(kogetiden må gerne være længere). 9. gå til afsnittet med Ekstraktion af bjergthe. 10. Koblen løftes ca.10 cm fra varmepladen og der slukkes for varme og omrøring. 11. Når reaktionsplandingen har stuetemperatur fjernes svaleren. 10
prensning Udstyr 1 stk. 250 ml skilletragt med prop 1 stk. 50 ml måleglas 1 stk. 25 ml måleglas 1stk. 100 ml konisk kolbe 1 stk. 100 ml rundbundet kolbe (husk at veje denne) 1 stk. glastragt 1 stk. papir foldefilter 1 stk. eppendorfrør ph papir Kemikalier 5g Na 2 C 3 (+ ca. samme mængde til neutralisering) 50 ml heptan 3X50 ml 2M NaH 5g vandfri Na 2 S 4 12. Under kraftig omrøring tilsættes ca.5g Na 2 C 3 i meget små portioner så det ikke bruser over. Når halvdelen er tilsat kommes der 20 ml ionbyttetvand i koblen og tilsætning af Na 2 C 3. fortsættes til ph på ph papir er ca.neutral (grøn). 13. Der tilsætte 50 ml heptan og røres godt rundt. 14. Blandingen hældes over i en 250 ml skilletragt og der tilsættes yderligere 50 ml ionbyttetvand. 15. Ekstraher med 2X50 ml vand (vandfasen nederste). 16. Heptanfasen hældes over i en 100 ml konisk kolbe og der tilsættes 5g vandfrina 2 S 4. (vandfrina 2 S 4 fjerner vand fra heptanfasen). 17. Heptanfasen filtreres gennem et foldefilter over i en 100 ml rundbundet kolbe med slib (vejes inden) og heptanen fjernes på rotationsfordamperen ved vakuum og 40 C 18. Kolben med esteren vejes og udbytte bestemmes. 19. 1 dråbe af esteren kommes i et eppendorf rør og sendes til GC. 11
Ekstraktionbjergthe Udstyr 1 stk. morter med pistil 1 sæt arbejdshandsker 1 stk. 50 ml måleglas 1 stk. 100 ml bægerglas 1 stk. 100 ml rundbundet kolbe med slib 1 stk. glastragt 1 stk. papir foldefilter 1.stk. glasspatel Kemikalier 3-4 bjergtheblade 50 ml pentan Flydende nitrogen ad libitum 1. 3-4 blade fra bjergtheplanten kommes i en morter. 2. Der fyldes flydende nitrogen i morteren. 3. Bladene kvases under flydende nitrogen til et så fint pulver som muligt (Brug de udleverede handsker). 4. Lad det meste af nitrogenen dampe af og hæld så bladpulveret over i et 100 ml bægerglas. 5. Tilsæt 50 ml pentan og rør rundt med en spatel mindst 5 min. 6. Pentanfasen filtreres gennem et foldefilter over i en 100 ml rundbundet kolbe med slib. 12
7. Pentanen inddampes på rotationsfordamper under vakuum ved 30 C til et par dråber. Spørg instruktoren om hvordan man benytter rotationsfordamperen. 8. til den næsten tørre koble tilsættes en plastik pipettefuld pentan og det hele overføres til et eppendorfrør og sendes til GC Gå tilbage til punkt 10 i syntesen på side 11. 13
Banan Syntese af Eddikesyre-3-methyl-1-butylester (Isoamylacetat) + H H 3 C CH 3 CH 3 H 3 C H 3-methylbutan-1-ol Edikkesyreanhydrid Eddikesyre-3-methyl-1-butanylester For at kunne identificere Eddikesyre-3-methyl-1-butylester en i spektret fra ekstraktionen af banan, starter vi med at syntetisere den. Dette gør vi ud fra alkoholen 3-methylbutan-1-ol og syren Eddikesyreanhydrid. Ved en klassisk estersyntese, som vi kender den fra gymnasiet, reagerer man en carboxylsyre med en alkohol v.h.a. svovlsyre katalyse. Denne metode går dog for langsomt til at vi kan nå det på 1 time. Vi benytter derfor en modificeret version af eddikesyren som er mere reaktiv end normal eddikesyre og som kan bruges uden syre katalyse. Den modificerede form af eddikesyre vi benytter er eddikesyreanhydrid. Anhydrid betyder uden vand. Eddikesyre anhydrid er i virkeligligheden bare to eddikesyremolekyler som er sat sammen ved en kondensationsproces. Eddikesyreanhydrids reaktion med alkoholer er, ligesom reaktion med ren eddikesyre, en kondensationsproces. Dog er eliminationsproduktet eddikesyre og ikke vand. (Tag noter ved instruktorenes gennemgang på øvelsesdagen). 14
Syntesen Udstyr 1 stk. 100 ml konisk kolbe med slib 1 stk. svaler med køleslanger 1 stk. magnetomrører + magnet 1 stk. stativklemme + muffe 1 stk. 50 ml måleglas 1 stk. 10 ml måleglas 1 stk. supermagnet (sidder på stinkskabet) 1 stk. 100 ml rundbundet kolbe med slib Kemikalier 5,5 ml 3-methylbutan-1-ol 20 ml eddikesyreanhydrid Byg en opstilling som på billedet nedenfor, med en 100ml konisk kolbe med slib, en svaler og en magnetomrører. Svaler Klemme Konisk kolbe 15
1. Afmål 5,5 ml (0,05 mol) 3-methylbutan-1-ol i et 10 ml måleglas og sæt den i stinkskabet. 2. Afmål 20 ml eddikesyreanhydrid i et 50 ml måleglas. 3. Hæld eddikesyreanhydriden i den koniske kolbe med en magnet og tænd for omrøringen. 4. Tilsæt 3-methylbuan-1-ol en. 5. Monter svaleren og tænd for kølevandet. Vand ind for neden og ud for oven. 6. Tænd for varmen (på ca.200) 7. Når blandingen koger sættes et ur til 1 time(kogetiden må gerne være længere). 8. gå til afsnittet med Ekstraktion af banan 9. Kolben løftes ca.10 cm fra varmepladen og der slukkes for varme og omrøring. 10. når reaktionsblandingen er stuetemperatur fjernes svaleren. 11. en lille supermagnet placeres i bunden på ydersiden af kolben og indholdet hældes over i en 100 ml rundbundet kolbe med slib. 12. kolben sættes på rotationsfordamperen og den overskydende eddikesyreanhydrid fjernes ved under vakuum ved 70 C, der inddampes til der er ca.10-15 ml tilbage i kolben. prensning 16
Udstyr 1 stk. 250 ml skilletragt med prop 1 stk. 50 ml måleglas 1stk. 100 ml konisk kolbe 1 stk. 100 ml rundbundet kolbe (husk at veje denne) 1 stk. glastragt 1 stk. papir foldefilter 1 stk. eppendorfrør ph papir Kemikalier 50 ml heptan 3 X 50 ml 2M NaH 5g vandfri Na 2 S 4 13. Esteren opløses i 50 ml heptan og hældes over i en 250 ml skilletragt. 14. Ekstraher med 3X50 ml 2M NaH eller til vandfasen (nederste) er basisk på ph papir (blå) 15. heptan fasen hældes over i en 100 ml konisk kolbe og der tilsættes 5g vandfrina 2 S 4 (vandfrina 2 S 4 fjerner vand fra heptanfasen). 16. Heptanfasen filtreres gennem et foldefilter over i en 100 ml rundbundet kolbe med slib (vejes inden) og heptanen fjernes på rotationsfordamperen ved vacuum og 40 C 17. Kolben med esteren vejes og udbytte bestemmes. 18. 1 dråbe af esteren kommes i et eppendorf rør og sendes til GC. 17
Ekstraktion af banan Udstyr 1 stk. kartoffelmoser 1 stk. morter med pistil 1 sæt arbejdshandsker 1 stk. 50 ml måleglas 1 stk. 250 ml højt bægerglas 1 stk. 100 ml rundbundet kolbe med slib 1 stk. glastragt 1 stk. papir foldefilter 1.stk. glasspatel Kemikalier 1 stk. godt moden banan 50 ml pentan Flydende nitrogen ad libitum 1. Der fyldes flydende nitrogen i morteren. 2. 1 banan presses igennem kartoffelmoseren. Ca. halvdelen skrabes, med en finger, ned i morteren med nitrogen. 3. Stykkerne kvases under flydende nitrogen til et så fint pulver som muligt. Der skal evt. tilsættes mere nitrogen undervejs 4. Lad det meste af nitrogenen dampe af og hæld så bananpulveret over i et 200 ml bægerglas. 5. Tilsæt 50 ml pentan og rør rundt med en spatel til massen er blevet varm og minder om tyggegummi. 6. Pentanfasen filtreres på et folde filter over i en 100 ml rundbundet kolbe med slib. 18
7. Pentanen inddampes på rotationsfordamper under vacuum ved 30 C til ca. 2 ml. Spørg instruktoren om hvordan man benytter rotationsfordamperen. 8. til den næsten tørre koble tilsættes en plastik pipettefuld pentan og det hele overføres til et eppendorfrør og sendes til GC Gå tilbage til punkt 9 under syntesen på side 17. 19
Gaschromatografi 1. Vælg metode SKHSCAN3.M 2. Når der står Ready med grøn skrift, på computeren, er GC en klar til næste prøve 3. Hamiltonspørjten renses 5 gange med CH 2 Cl 2 4. Hamiltonsprøjten renses 5 gange med prøven. 5. Der suges 10µL af prøven op i hamiltonsprøjten 20
6. Hele nålen føres forsigtigt gennem gummiseptret på GC en Start Gummiseptum 7. Prøven indsprøjtes samtidigt med at der trykkes på Start på GC en. (ved korsel af de rene estere kan man trykke STP ganske få minutter efter estertoppen er kommet igennem og spare tid på denne måde) 8. Skift mellem DataAnalysis og Method and Run controle. 9. Når prøven er færdigkørt, udprintes spektret ved tryk på på computeren. Evt. sættes printeropstæting til landscape under FILER->PRINTER. 21
Forslag til forberedelse 1. Estere og deres fremstilling ved kondensationsreaktioner. 2. Se links på ulabs hjemmeside og find ud af hvad planterne kan bruge estere til. 3. Diskuter hvad der sker i enkelte trin i oprensningsprocessen 4. Se på kogepunkterne for stofferne og find ud af hvordan vi kan fjerne nogle af de uønskede stoffer på rotationsfordamperen 5. Gennemgang af en gaschromatografi. 6. Naturstoffer som lægemidler 22