使用干冰作为固体 CO2 源在密封容器中实现中等压力

摘要

本文介绍一种在简单反应容器中于低至中等压力的CO₂条件下进行反应的实验方案。通过将二氧化碳以干冰形式加入，该反应可在多种反应容器中进行，无需昂贵或复杂的设备与装置。

摘要

本文介绍了一种利用干冰在中等至温和 CO₂ 压力下进行反应的通用策略。该方法无需使用专用设备即可实现中等压力，甚至可在更专业的设备和更坚固的反应容器中实现更高的压力。反应结束后，只需在室温下打开反应小瓶即可轻松卸压。在本示例中，CO₂ 不仅作为潜在的导向基团，还可使胺类底物钝化，从而防止在有机金属反应过程中发生氧化。除了易于引入之外，该导向基团还可通过真空去除，无需复杂的纯化步骤来清除导向基团。该策略实现了脂肪胺的γ-C(sp³)-H 芳基化，并有望应用于多种其他基于胺的反应。

引言

使用气态化合物进行化学反应通常需要专门的设备和操作步骤^1,2在实验室规模下，某些气体可通过高压调节器直接从储气罐中添加³. 另一种方法是在低温条件下将气体冷凝^4,5尽管这些策略具有实用性，但它们需要使用带有阀门的专用加压反应器，这在并行进行大量反应时可能因成本过高而受限，从而显著减缓反应筛选的进程。因此，化学家们发现采用其他方法来引入这些化合物更为理想。氨可通过不同的氨基甲酸铵盐加入反应体系，利用这些盐与游离氨之间的弱平衡实现。⁶转移氢化是一种重要的还原反应策略，可用于烯烃、羰基和硝基的还原，该方法避免了使用易燃的氢气，转而采用甲酸铵或肼等化合物作为氢载体₂⁷该领域另一个受关注的气体是一氧化碳⁸ – 可生成 CO 原位 通过从金属羰基配合物中解离^9,10，或者也可以通过甲酸盐和甲酰胺等来源的脱羰反应生成¹¹<....

方案

警告：1）以下方案经过多次试验已被认为安全，但在密封小瓶、反应过程中以及特别是打开反应体系时仍需谨慎操作，因为反应小瓶内反应物不均匀可能导致设备故障。使用前应检查小瓶是否存在物理缺陷。密封后应立即将小瓶置于防爆罩或通风橱门后，以防小瓶破裂造成事故。2）尽管所用 CO₂ 量较少，导致窒息的风险极低，但仍应在通风良好的区域或通风橱内进行反应的设置和开启操作。3）干冰属于冷冻剂，可造成严重的组织损伤，因此操作时应小心避免冻伤，例如尽量减少直接接触或佩戴低温防护手套。4）干冰会冷凝空气中的水蒸气，因此在使用前应通过机械剥离的方式处理，以确保其质量完全为 CO_2(s)。此过程可通过手指轻轻揉搓干冰实现，更安全的方法是使用手套或毛巾等保护层隔开后进行揉搓。

1. 在 7.5 mL 小瓶中进行反应（不排空气）

1. 向一个干燥的7.5 mL小瓶中加入一个搅拌子。
2. 向小瓶中加入醋酸钯（6.7 mg，0.03 mmol）。
3. 向小瓶中加入三氟乙酸银（99.9 mg，0.45 mmol）。
4. 向小瓶中加入碘苯（92.3 mg，0.45 mmol）。
5. 添加 叔丁基向小瓶中加入α-甲基苄胺（26.3 mg，0.30 mmol）。
6. 向小瓶中加入乙酸（1.0 mL）。
   注意：溶液体积与小瓶大小的比例非常重要，因为二氧....

结果

按照这些方案，可以向反应小瓶中充入适量的二氧化碳，以实现需要 CO₂ 气氛的化学反应。步骤 1 中达到的压力计算值约为 3 个大气压（参见讨论部分对该数值的确定方法），但由于部分溶解，室温下实际观测到的压力约为 2 个大气压，在反应条件下应约为 2.6 个大气压。因此，在步骤 1 的条件下，2-甲基-4-苯基丁胺的产率可达 69%（图 2）。若首先通过升华的 CO₂ 置换去除烧瓶中的空气（步骤 2），产率可略微提高至 72%。为了区分在约 2.6 个大气压压力下的这些结果，使用标准施伦克（Schlenk）装置在 1 个大气压的 CO₂ 条件下进行反应，仅得到 49% 的分离产率。如果不使用 CO₂，或小瓶未正确密封，从而无法维持稳定的 CO₂ 气氛，则通过 ¹H NMR（以 1,1,2,2-四氯乙烷作为参考标准）检测到的目标产物产率 <5%。同时，将反应规模扩大 5 倍并同时使.......

讨论

利用范德华状态方程，可以计算这些系统的近似压力⁴⁵

公式 1：          

在方案1的条件下，我们可以假设产生26.3 mg的CO₂ 给予 n =5.98 × 10^-4 摩尔数

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
7.5 mL 螺口盖样品瓶（热固性塑料）	Qorpak	GLC-00984	可重复使用。
40 mL 螺口样品瓶（热固性）	Qorpak	GLC-01039	可重复使用。
压力管，#15 螺纹，7" 长，25.4 mm 外径	Ace Glass	8648-06	可重复使用。
2 戏分小瓶用分隔块	ChemGlass	CG-1991-P14	可重复使用。
10德拉姆小瓶用分隔块	ChemGlass	CG-1991-P12	可重复使用。
3.2 mm PTFE 一次性搅拌子	Fisher	14-513-93	可重复使用。
C-MAG HS 7 控温加热板	IKA	20002695
分析天平	赛多利斯	QUINTIX2241S
双端微锥形刮刀	Fisher Scientific	21-401-10
Hei-VAP Advantage - 带G5干冰冷凝器的升降式旋转蒸发仪	Heidolph	561-01500-00
Bump Trap 14/20 接口	ChemGlass	CG-1322-01
叔（tert-）氨基胺	Alfa Aesar	B24639-14	直接使用，未经处理。
2-甲基-N-(3-甲基苄基)丁烷-2-胺	N/A	N/A	由还原性胺化反应制备 叔丁基在甲醇中，以硼氢化钠为还原剂，由α-甲胺与3-甲基苯甲醛反应。
乙酸钯	Chem-Impex International, Inc.	4898	直接使用，无需处理。
三氟乙酸银	Oakwood Chemicals	007271	直接使用，未经处理。
碘苯	Oakwood Chemicals	003461	直接使用，未经处理。
乙酸	Fisher Chemical	A38	直接使用，未经处理。
1,1,1,3,3,3-六氟异丙醇	Oakwood Chemicals	003409	直接使用，未经处理。
去离子水			来自 内部 去离子水系统
干冰	Carbonic Enterprises Dry Ice Inc.		非食品级 干冰
浓盐酸	Fisher Chemical	A144SI	使用前稀释至1.2 M溶液。
二乙醚，分析纯	Fisher Chemical	E138	直接使用，未经处理。
己烷，ACS认证	Fisher Chemical	H292	直接使用，未经处理。
饱和氢氧化铵	Fisher Chemical	A669	直接使用，未经处理。
二氯甲烷	Fisher Chemical	D37	直接使用，未经处理。
无水硫酸钠	Oakwood Chemicals	044702	直接使用，未经处理。
250 mL 分液漏斗			已制备 内部 由专职玻璃工制作。
100 mL 圆底烧瓶			已准备 内部 由专职玻璃工吹制而成。
科学用一次性漏斗	帽塞	2085136030
20 mL 硼硅酸盐玻璃闪烁瓶	Fisher Scientific	03-337-15
5 mm 外径薄壁精密核磁共振管	Wilmad	666000575
氯仿-d	剑桥同位素实验室公司	DLM-7	直接使用，未经处理。