Photogeneration di carbeni N-eterociclico: applicazione a polimerizzazione per metatesi anello-apertura fotoindotti
Summary
Descriviamo un protocollo a photogenerate N-eterociclico carbeni (riferimento) da irradiazione UV di un sistema di sale 2-isopropiltioxantone/imidazolio tetrafenilborato. Metodi per caratterizzare il photoreleased NHC e delucidare il meccanismo fotochimico sono proposti. I protocolli per fotopolimerizzazione di metatesi di anello-apertura in soluzione e miniemulsion illustrano il potenziale di questo sistema di photogenerating NHC 2 componenti.
Abstract
Segnaliamo un metodo per generare il N-eterociclico carbene (NHC) 1,3-dimesitylimidazol-2-ylidene (IME) sotto irradiazione UV 365 nm per caratterizzare gli IME e determinare il corrispondente meccanismo fotochimico. Quindi, descriviamo un protocollo per eseguire la polimerizzazione di anello-apertura metatesi (ROMP) in soluzione ed in miniemulsion utilizzando questo sistema di NHC-photogenerating. A photogenerate IME, è impiegato un sistema composto da 2-isopropiltioxantone (ITX) come il sensibilizzatore e 1,3-dimesitylimidazolium tetrafenilborato (IMesH+BPh4–) come la forma protetta di NHC. IMesH+BPh4– può essere ottenuta in un unico passaggio di scambio anionico tra 1,3-dimesitylimidazolium cloruro e Sodio tetrafenilborato. Una configurazione in tempo reale allo steady-state fotolisi è descritto, che allude che la reazione fotochimica procede in due fasi successive: 1) ITX tripletto è foto-ridotto dall’anione borato e trasferimento di protone 2) successiva avviene dal catione imidazolio per produrre gli attesi IME di NHC. Vengono implementati due protocolli di caratterizzazione separata. In primo luogo, CS2 viene aggiunto il supporto di reazione all’evidenza del complesso photogeneration di NHC mediante formazione di IME-CS2 . In secondo luogo, la quantità di NHC rilasciato in situ è quantificata mediante titolazione acido-base. L’uso di questo sistema di generazione di foto NHC per ROMP di norbornene inoltre è discussa. In soluzione, un esperimento di fotopolimerizzazione è condotto da mescolando ITX, BPh IMesH+4–, [RuCl2(p-cimene)]2 e norbornene CH2Cl2, poi irradiando la soluzione in un UV reattore. In un mezzo disperso, un miniemulsion di monomero viene prima formata poi irradiato all’interno di un reattore anulare per produrre un lattice di poly(norbornene) stabile.
Introduction
In chimica, specie carbeni (riferimento) N-eterociclico soddisfare il duplice ruolo di ligando e organocatalyst1. Nel primo caso, l’introduzione di riferimento ha provocato il design di catalizzatori di metalli di transizione con attività migliorata e stabilità2. In quest’ultimo caso, il riferimento hanno dimostrato di essere superiore catalizzatori per reazioni organiche collettore3,4. Nonostante questa versatilità, la gestione di riferimento nudo è ancora una sfida significativa5e produrre questi composti altamente reattivi, quindi sono uscito in situ e “on demand” è un obiettivo molto interessante. Di conseguenza, diverse strategie sono state sviluppate per rilasciare NHC dei media di reazione che si basano principalmente sull’uso di progenitori termolabile6,7,8. Sorprendentemente, mentre questo potrebbe scatenare una generazione romanzo di fotoiniziata reazioni utili per sintesi macromolecolare o chimica organica preparativa6, generazione usando la luce come stimolo è stato esplorato a malapena. Un primo sistema di generazione di foto in grado di produrre NHC ha recentemente svelato9. Si compone di 2 componenti: 2-isopropiltioxantone (ITX) come specie e 1,3-dimesitylimidazolium fotosensibile tetrafenilborato (IMesH+BPh4–) come NHC protetto forma. Di conseguenza, nei paragrafi seguenti, segnaliamo un metodo per generare il NHC 1,3-dimesitylimidazol-2-ylidene (IME) sotto irradiazione UV 365 nm, lo caratterizzano e determinare il meccanismo fotochimico. Quindi, descriviamo un protocollo per eseguire la polimerizzazione di anello-apertura metatesi (ROMP) in soluzione ed in miniemulsion utilizzando questo sistema di photogenerating NHC.
Nella prima parte, segnaliamo un protocollo di sintesi per la produzione di IMesH+BPh4–. Questo protocollo è basato su metatesi di anione tra il corrispondente cloruro di imidazolio (IMesH+Cl–) e Sodio tetrafenilborato (NaBPh4). Quindi, per dimostrare la formazione in situ di NHC, due protocolli che coinvolgono l’irradiazione a 365 nm di un IMesH+BPh4–/ITX soluzione in un photoreactor sono descritti. Il primo consiste nel monitorare la deprotonazione del catione imidazolio IMesH+ mediante spettroscopia NMR H 1. Prova diretta per formazione di NHC desiderata (IME) è fornito in un secondo metodo, dove l’addotto IMes-CS2 è correttamente isolata, purificato e caratterizzato.
La seconda sezione descrive due protocolli che fanno luce sul meccanismo della fotochimico che coinvolge il sistema di bi-componente photogenerating NHC BPh IMesH+4–/ITX. In primo luogo, un originale esperimento di fotolisi in tempo reale allo stato stazionario rivela che il trasferimento di elettroni è indotta da foto-eccitazione di ITX in presenza di tetrafenilborato. Proprietà di donatore di elettrone di questo di anione borato10 unità un photoreduction di 3ITX * eccitato-stato di tripletto in anione radicale di ITX●– attraverso una cosiddetta reazione foto-sensibilizzato. La formazione di NHC conferma che specie ITX●– può ulteriormente astratto un protone da IMesH+ per produrre la NHC desiderata. Basa sulla titolazione acido/base utilizzando l’indicatore di pH rosso fenolo come titolante, un secondo protocollo originale viene implementato che permette la determinazione del rendimento di NHC rilasciato.
Nella terza sezione, descriviamo un protocollo in cui i suddetti fotogenerati IME possono essere sfruttata in fotopolimerizzazione. Di primario interesse è la polimerizzazione di anello-apertura metatesi (ROMP), perché questa reazione è ancora in una fase preliminare di sviluppo per quanto riguarda photoinitiation11,12. Inizialmente limitato a complessi di tungsteno mal definiti e altamente sensibili, fotoindotti ROMP (photoROMP) sono stata estesa a più stabili complessi basati su metalli di transizione W, Ru e Os. Nonostante la varietà di precatalizzatori, quasi tutti i processi di photoROMP si basano sull’eccitazione diretta di un singolo precatalyst fotoattivi13. Al contrario, usiamo radiazione per creare il ligando di imidazolidene NHC (IME), che può successivamente reagire con un precatalyst di Ru non fotoattivi [RuCl2(p-cimene)]2 dimero9. In questo metodo, il photogeneration del ligando NHC unità, la formazione in situ di un complesso NHC altamente attiva rutenio-arene noto come RuCl2(p-cymene)(IMes) (catalizzatore dei Noëls)14,15. Utilizzando questa metodologia indiretta, vengono eseguiti due distinte photoROMP esperimenti di norbornene (Nb): 1) in soluzione (diclorometano) e 2) nel sistema acquoso disperso da un monomero miniemulsion16.
Protocol
Representative Results
Discussion
Segnalato qui è un protocollo semplice e versatile per la generazione in situ di NHC all’irradiazione UV 365 nm. La reazione di scambio anionico tra 1,3-dimesitylimidazolium cloruro e Sodio tetrafenilborato offre un facile accesso a NHC protetto da IMesH+BPh4– in resa quantitativa. Tuttavia, se si utilizza un’altra partenza imidazolio sale, il solvente impiegato per eseguire la reazione di metatesi dovrebbe scelto con cura così da consentire la solubilizzazione di entrambi sali parten…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Sostegno finanziario per la French National Research Agency (programma ANR: DS0304 2016, numero di contratto: ANR-16-CE07-0016) e il Ministero francese della ricerca (borsa di dottorato di Emeline Placet) sono riconosciuti con gratitudine.
Materials
| Material | |||
| Dimesitylimidazolium chloride, 97% | ABCR | AB130859 | |
| Sodium tetraphenylborate, 99% | ABCR | AB118843 | |
| Dichloro(p-cymene) ruthenium dimer, 98% | ABCR | AB113524 | |
| Norbornene, 99% | ABCR | AB171849 | |
| Isopropythioxanthone, 97% | Sigma Aldrich | 406317 | |
| Carbon disulfide, 99.9% | Sigma Aldrich | 335266 | |
| Dichloromethane | Sigma Aldrich | 270997 | |
| Ethanol | VWR | 20821.31 | |
| Deuterated DMSO | Eurisotop | D010FE | |
| Deuterated THF | Eurisotop | D149CB | |
| 1,2-Dichloroethane | Sigma Aldrich | 284505 | |
| Brij S 100 | Sigma Aldrich | 466387 | |
| Hexadecane | Sigma Aldrich | H6703 | |
| Phenol red, 98% | Sigma Aldrich | P4633 | |
| Acetonitrile | VWR | 83639.290 | |
| 1,3-Bis(mesityl)imidazol-2-ylidene, 97% | Sigma Aldrich | 696188 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| Rayonet photochemical reactor | Southern New England Ultraviolet Company | RPR-200 | |
| UV lamps for photochemical reactor | Southern New England Ultraviolet Company | RPR-3500A | |
| 1H and 13C NMR spectrometer | Bruker | Avance III HD spectrometer | |
| Sonication probe | BioBlock | Vibra-cell | |
| Gas chromatography | Varian | GC3900 | |
| LED Lamp and Photo-cabinet | Peschl ultraviolet | novaLIGHT TLED100-365 | |
| Dynamic Light Scattering | Malvern | zetasizer Nano ZS | |
| 365 nm UV-LED light source coupled with a flexible light-guide | Hamamastu | LC-L1V3 | |
| UV/vis spectrometer | Perkin Elmer | Lambda 35 | |
| Hg- Xe lamp with filter centred at 365 nm | Hamamastu | LC-9588/01A | |
| Radiometer | Ocean Optics | USB4000 | |
References
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