¿Cómo se eligen los disolventes en las reacciones orgánicas?

Question

Acabo de leer un libro de química orgánica (Modern Projects in Organic Chemistry de Mohrig, et al.), y parece que la elección del disolvente suele ser arbitraria.

Uno de los experimentos diseñados utiliza ion hipoclorito como oxidante y acetona como disolvente para oxidar 4- tert -butilciclohexanol, pero no está claro por qué se elige este disolvente.

Tengo curiosidad por saber si existe una lista que indique los disolventes sugeridos para diferentes tipos de reacciones, así como alguna idea para este experimento en particular.

Answer 1

No existe una lista propiamente dicha, pero sí un proceso para determinar los disolventes adecuados para una reacción determinada. Para la reacción específica que menciona, he aquí algunos criterios que tendría en cuenta para seleccionar un disolvente:

1. Como se trata de una reacción de oxidación, elija un disolvente que no pueda oxidarse, conocido como disolvente aprótico.
2. El disolvente tiene que disolver los reactivos de la reacción: hipoclorito y 4- tert -butilciclohexanol. El hipoclorito es una molécula polar, y 4- tert -butilciclohexanol es un poco polar gracias al grupo alcohol. La reacción oxidará el grupo alcohol en una cetona, por lo que el disolvente debería poder disolverla razonablemente bien. Conclusión: elige un disolvente moderadamente polar.

Por tanto, para esta reacción se necesita un disolvente aprótico polar. Hay dos consideraciones más: el coste y la seguridad

Obviamente, debe seleccionarse el disolvente más barato con el menor potencial de daño.

Una lista de algunos disolventes apróticos polares comunes a tener en cuenta podría incluir:

1. tetrahidrofurano
2. N,N-dimetilformamida
3. acetonitrilo
4. dimetilsulfóxido
5. acetona

El tetrahidrofurano podría ser una opción razonable, pero con el tiempo forma peróxidos, que son bastante explosivos.

La N,N-dimetilformamida plantea algunos problemas de salud: GHS07 y GHS08

El acetonitrilo también entra en la categoría GHS07: provoca la formación de cianuro en el organismo en concentraciones elevadas.

El dimetilsulfóxido no plantea problemas de salud ni de seguridad.

La acetona también entra en la categoría GHS07: puede provocar náuseas e irritación a niveles de exposición elevados.

El acetonitrilo, el dimetilsulfóxido y la acetona no suponen ningún peligro para la salud en un experimento de laboratorio. Los tres pueden encontrarse probablemente en cualquier laboratorio de enseñanza orgánica.

Comparación de costes, de Sigma Aldrich:

Acetonitrilo: 2 L = $172,50

Dimetilsulfóxido: 2 L = $208,50

Acetona: 2 L = $94.80

Por lo tanto, ¡elige acetona para esta reacción!

Answer 2

Hice química orgánica en el laboratorio durante 9 años, y ni una sola vez hubo una lista así. Hay reglas generales para próticos frente a apróticos y polares frente a apolares, pero muchas veces, cuando se publica una reacción, los autores hacen un estudio de diferentes tipos de disolventes y seleccionan el "mejor" basándose en el rendimiento, la velocidad de reacción, la facilidad de purificación o la selectividad.

Answer 3

Si considera que YANR ( y nuestra a verage n ame r eacción), los científicos que publicaron dicho YANR normalmente habrán realizado una serie de pruebas de detección, incluida una "prueba de detección de disolventes". Esto significa que habrán llevado a cabo dicha reacción en una serie de disolventes de laboratorio comunes y habrán comparado los rendimientos. La tabla será entonces algo parecido a esto (descargo de responsabilidad: todos los valores de la siguiente tabla son inventados sobre la marcha):

$$\begin{array}{cc}\hline \text{Solvent} & \text{yield} \\ \hline \text{hexane} & 55~\%\\ \text{DMF} & 72~\%\\ \ce{CH2Cl2} & 67~\%\\ \ce{EtOAc} & 59~\%\\ \text{toluene} & 85~\%\\ \textbf{acetone} & 89~\%\\ \hline\end{array}$$

Y luego procederán a anotar que la acetona es su disolvente de elección para el YANR y procederán a otros cribados (aditivos, catalizadores, bases ) antes de registrar finalmente una tabla completa del alcance del sustrato. Se habrán dado cuenta de que se trata de ensayo y error.

Para las reacciones que existen desde hace cien años, nadie hizo realmente esa optimización. En su lugar, se utiliza el disolvente de siempre. Ocasionalmente, aparece un artículo en una revista de nivel medio en el que se indica que el rendimiento de la reacción puede mejorarse modificando las condiciones de las siguientes maneras, incluido el nuevo disolvente FancyDissolve™. En raras ocasiones, aparece un artículo de primer nivel que duplica el rendimiento y mejora la selectividad en órdenes de magnitud porque eligieron diclorometano en lugar de hexano, algo que nunca se le ocurrió a nadie.

Ese es el secreto de la selección de disolventes.

Answer 4

Hay muchos factores. Hay que tener en cuenta la solubilidad de los reactivos, ya que éstos tienen que mezclarse para reaccionar mejor. Existe una tabla de solubilidad para varios disolventes orgánicos. En un laboratorio en el que trabajé había una pegada en la pared.

Otro factor es si el disolvente interfiere en la reacción. En otras palabras, hay que minimizar los productos secundarios. Un ejemplo de ello son los reactivos de Grignard: no conviene utilizar disolventes próticos cuando se trabaja con ellos. Del mismo modo, no se desea que el disolvente quelee o reaccione con un catalizador (a menos que se trate de una reacción que requiera un quelato).

Otra es la disponibilidad. Puede tratarse de la disponibilidad de costes o de información. Si hay estudios similares al experimento que está realizando, probablemente utilizará disolventes similares a los que se utilizaron en estudios anteriores. El coste también puede influir. ¿Por qué pagar más por un disolvente exótico cuando un disolvente común barato da buenos resultados? (lo que parece un delito en ciencia... pero la financiación no siempre es fácil de conseguir).