Methodenartikel

Palladium N. -Heterocyclische Carbenkomplexe: Synthese aus Benzimidazoliumsalzen und katalytische Aktivität bei Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungs-bildenden Reaktionen

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DOI:

10.3791/54932

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30. Juli 2017

 ,  ,  , 
1Faculty of Pharmacy, The University of Sydney, 2Department of Chemistry, Faculty of Sciences, Erciyes University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Detaillierte und verallgemeinerte Protokolle werden für die Synthese und anschließende Reinigung von vier Palladium- N- heterocyclischen Carbenkomplexen aus Benzimidazoliumsalzen vorgestellt. Die Komplexe wurden auf katalytische Aktivität in Arylierung und Suzuki-Miyaura-Reaktionen getestet. Für jede untersuchte Reaktion hat mindestens einer der vier Komplexe die Reaktion erfolgreich katalysiert.

Zusammenfassung

Detaillierte und verallgemeinerte Protokolle werden für die Synthese und anschließende Reinigung von vier Palladium- N- heterocyclischen Carbenkomplexen aus Benzimidazoliumsalzen vorgestellt. Detaillierte und verallgemeinerte Protokolle werden auch zum Testen der katalytischen Aktivität solcher Komplexe in der Arylierung und Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplungsreaktionen vorgestellt. Repräsentative Ergebnisse sind für die katalytische Aktivität der vier Komplexe bei Arylierung und Suzuki-Miyaura-Reaktionen gezeigt. Für jede der untersuchten Reaktionen katalysierte mindestens einer der vier Komplexe die Reaktion erfolgreich und qualifizierte sie als vielversprechende Kandidaten für die Katalyse vieler Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungsbildungsreaktionen. Die vorgestellten Protokolle sind allgemein genug, um für die Synthese, Reinigung und katalytische Aktivität von neuen Palladium- N- heterocyclischen Carbenkomplexen angepasst zu werden.

Einleitung

N- headerocyclische Carbene (NHCs) haben viel Aufmerksamkeit erregt, insbesondere für ihre Fähigkeit, verschiedene wichtige Reaktionen wie Metathese, Schaffung von Furan, Polymerisation, Hydrosilylierung, Hydrierung, Arylierung, Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplung und Mizoroki-Heck-Kreuzkupplung zu katalysieren 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 . NHCs können mit Metallen gekoppelt werden; Solche Metall-NHC-Komplexe wurden weitgehend in Übergangsmetall-katalysierten Reaktionen als Hilfsliganden und Organokatalysatoren 12 , 13 , 14 , 15 , 16 . Im Allgemeinen sind sie infolge der hohen Dissoziationsenergien von Metall-Kohlenstoff-Koordinationsbindungen außerordentlich stabil gegen Luft, Feuchtigkeit und Hitze 17 .

Hier sind die Protokolle für die zuvor gezeigte Synthese und Reinigung von vier Benzimidazoliumsalzen (Verbindungen 1 - 4 ) und deren Palladium-NHC-Komplexe (Verbindungen 5 - 8 ) detailliert 18 . Die Salze und Komplexe wurden zuvor mit verschiedenen Techniken charakterisiert 18 . Da ähnliche Verbindungen zur Katalyse der Arylierung und Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplungsreaktionen 9 , 10 , 11 verwendet werden , sind die Protokolle zum Testen der katalytischen Aktivität der Komplexe bei der Arylierung und Suzuki-Miyaura-Reaktionen aLso detailliert Wichtig ist, dass die Protokolle für die Synthese, Reinigung und Prüfung der katalytischen Aktivität der Komplexe allgemein ausreichend dargestellt werden, um eine einfache Anpassung an neue Palladium-NHC-Komplexe zu ermöglichen.

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Protokoll

Achtung: Viele flüchtige Lösungsmittel werden als Teil der unten aufgeführten Protokolle verwendet, um alle Versuche in einer Arbeitsabzugshaube durchzuführen. Geeignete persönliche Schutzausrüstung tragen und das Sicherheitsdatenblatt jedes Reagenzes vor Gebrauch konsultieren; Hierin wurden kurze Informationen über die gefährlichen Reagenzien und Schritte gegeben.

1. Synthese und Reinigung von Benzimidazoliumsalzen (Verbindungen 1-4)

  1. Kleben Sie ein 100 mL Schlenk-Rohr aufrecht und setzen Sie einen Rührstab, 1 mmol Benzimidazol, 1 mmol Kaliumhydroxid und 60 ml Ethylalkohol als Lösungsmittel ein.
    Achtung: Kaliumhydroxid kann schädlich sein. Vermeiden Sie es, seinen Staub zu atmen und halten Sie es weg von Wasser.
    Achtung: Ethylalkohol ist flüchtig und entflammbar. Halten Sie es von offenen Flammen oder Zündquellen fern.
    Hinweis: Natriumhydroxid kann verwendet werden, wenn kein Kaliumhydroxid vorhanden ist. Siehe thE MSDS von Natriumhydroxid, bevor mit dieser vorgeschlagenen Modifikation begonnen wird.
  2. Legen Sie das Schlenk-Rohr in ein Ölbad für eine gleichmäßige und sichere Erwärmung des Reaktionsgemisches während der Rührschritte zu kommen. Befestigen Sie das Röhrchen an einem Kühler, um eine Lösungsmittelverdampfung während des Rührens zu verhindern. Achten Sie darauf, dass die Glasbeschlagteile ausreichend eingefettet und gut montiert sind.
  3. Das Reaktionsgemisch wird bei 25 ° C für 1 h gerührt, um eine vollständige Auflösung aller Feststoffe sowie das Brechen der Stickstoff-Wasserstoff-Bindung in Benzimidazol-Molekülen zu ermöglichen.
    Anmerkung: Die Verwendung eines Kondensators für diesen Rührschritt ist nicht wesentlich, aber da ein Kondensator für den Rückfluss in Schritt 1.5 unten verwendet werden muss, kann es zweckmäßig sein, den Kondensator in diesem Schritt einzurichten und für beide Schritte zu verwenden. Andernfalls kann dieser Schritt durch Abdichten des Schlenk-Rohres mit einem gefetteten Stopfen durchgeführt werden.
  4. Nach 1 h lösen Sie das Schlenkrohr aus dem Kondensator und fügen langsam 1 mmol des gewählten a hinzuRylhalogenid zur Mischung.
    Achtung: Arylhalogenide sind Reizstoffe und können schädlich sein. Konsultieren Sie die entsprechenden Sicherheitsdatenblätter, bevor Sie fortfahren.
  5. Das Schlenk-Röhrchen wieder an den Kühler anschließen und die Mischung bei 78 ° C (nahe dem Siedepunkt des Ethylalkohols) für 6 h unter Rückfluß erhitzen, damit die Reaktion beendet werden kann. Lassen Sie die Mischung auf 25 ° C abkühlen, nachdem der Rückfluss beendet ist.
  6. Ziehen Sie das Schlenk-Röhrchen aus dem Kondensator und verwenden Sie einige Papiertücher, um das Fett aus dem Mund des Mundes zu wischen. Dann filtriere das Reaktionsgemisch unter Verwendung eines Trichters und eines Filterpapiers, um den Kaliumchlorid-Niederschlag zu entfernen, der während der Reaktion gebildet wurde. Sammeln Sie das Filtrat in einem Becher.
  7. Übertragen Sie das Filtrat, das das N- Alkylbenzimidazol-Produkt enthält, zu einem sauberen Schlenk-Röhrchen. Das Röhrchen mit einem gefetteten Stopfen versiegeln und das Ethylalkohol-Lösungsmittel im Filtrat mit Vakuum entfernen.
    Hinweis: Für alle Schritte im Protokoll involvVakuum, verwenden Sie ein Vakuum von mäßiger Stärke sowie leichte und kontinuierliche Schütteln der Röhre an Vakuum befestigt.
  8. Sobald das gesamte Lösungsmittel entfernt ist, wird das Schlenk-Röhrchen abgetrennt und 5 ml Diethylether zugegeben, um das zurückgelassene N- Alkylbenzimidazol-Produkt zu waschen. Schütteln Sie den Schlauch vorsichtig, um das Waschen durchzuführen.
    1. Nach dem Waschen ist die Verwendung von Papiertüchern, um das Fett aus dem Mund zu wischen und den Äther in einen Becher zu dekantieren. Wiederholen Sie diesen Waschschritt ein paar Mal, indem Sie 5 ml Diethylether hinzufügen und jedesmal dekantieren.
      Achtung: Diethylether ist flüchtig und brennbar. Halten Sie es von offenen Flammen oder Zündquellen fern.
      Anmerkung: Für alle Waschschritte im Protokoll kann ein anderes Lösungsmittel verwendet werden, wenn es: 1) nicht mit der zu waschenden Substanz reagiert, 2) die zu waschende Substanz nicht auflöst und 3) leicht verdampft.
  9. Nach dem letzten Waschschritt den Schlenk - Schlauch mit einemGefetteten Stopper und trocknen das gewaschene N- Alkylbenzimidazol-Produkt mit Vakuum. Nach dem Trocknen, verwenden Sie einige Papiertücher, um das Fett aus dem Mund des Mundes zu wischen und dann das Produkt in eine kleine Durchstechflasche für die Verwendung in der nächsten Reaktion zu übertragen.
    Hinweis: Das Protokoll kann hier pausiert und zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufgenommen werden.
  10. Klemmen Sie eine saubere Schlenk-Röhre aufrecht und vertreiben Sie die Luft drinnen, indem Sie sie mit Argon-Gas spülen. Führen Sie das Gas aus dem Seitenarm des Röhrchens ein und halten Sie den Mund des Rohres unversiegelt während dieses Prozesses. Argon ist schwerer als Luft, so dass es die Luft ausstoßen wird, indem man die Röhre von unten nach oben füllt. Halten Sie das Röhrchen mit Argon spülen, während Sie die Reagenzien im nächsten Schritt hinzufügen.
  11. Langsam wird ein Rührstab, 1 mmol des N- Alkylbenzimidazols, 1 mmol des gewählten Alkylhalogenids und 4 ml wasserfreies N , N- Dimethylformamid (DMF) als Lösungsmittel zum Schlenk-Röhrchen gegeben. Sobald alle Reagenzien hinzugefügt sind, verschließen Sie schnell den Mund des RöhrchensMit einem gefetteten Stopper, dann versiegeln Sie den Seitenarm, indem Sie den Hahn drehen und dann das Argongas ausschalten.
    Achtung: Alkylhalogenide sind Reizstoffe und können schädlich sein. Konsultieren Sie das entsprechende Sicherheitsdatenblatt, bevor Sie fortfahren.
    Achtung: DMF ist brennbar. Halten Sie es von offenen Flammen oder Zündquellen fern.
  12. Legen Sie das versiegelte Schlenk-Röhrchen in ein Ölbad und rühren Sie das Reaktionsgemisch bei 80 ° C für 24 h, um die Reaktion zu erreichen.
    Anmerkung: Diese Reaktion muss in einer inerten Atmosphäre durchgeführt werden, so dass die oben erwähnten Spülschritte mit Argon sorgfältig verfolgt werden müssen.
  13. Nach 24 h einen Teil des DMF-Lösungsmittels im Gemisch mit Vakuum entfernen; Ca. 1-2 min Staubsaugen sollten ausreichend sein.
    Hinweis: Wenn gewünscht, entfernen Sie das gesamte DMF-Lösungsmittel aus der fettartigen Mischung, aber das ist nicht nötig.
  14. Das Schlenk-Röhrchen abschärfen und 15 ml Diethylether zugeben. Stir das miBis das Benzimidazoliumsalzprodukt ausfällt.
    Hinweis: Petroleumether kann verwendet werden, wenn Diethylether nicht verfügbar ist. Konsultieren Sie das MSDS von Petroleumether, bevor Sie mit dieser vorgeschlagenen Modifikation fortfahren.
  15. Nach dem Ausfällen den Diethylether mit einem geeigneten Filterverfahren entfernen.
    HINWEIS: Wir haben ein spezielles Glasrohr mit einem Seitenarm, einem Innenfilter und zwei offenen Enden verwendet, an denen Schlenk-Röhrchen befestigt werden können. Da der Seitenarm auf diesem Rohr und die an den Schlenk-Röhren ans Vakuum befestigt werden können, bietet diese Filterröhre immense Bequemlichkeit für: 1) Filtern nach dem Ausfällungsschritt sowie die Waschschritte und 2) Trocknen nach dem Waschen Schritte.
    1. Wenn man etwas Ähnliches verwendet, füge das gefüllte Schlenk-Rohr an ein Ende des Filterrohres und ein leeres Schlenk-Rohr an das andere Ende an. Dann das leere Schlenk-Röhrchen ansaugen und sorgfältig und allmählich das Gerät so umdrehenDer Diethylether durchläuft den Filter zu diesem leeren Schlenkrohr. Wenn jedoch ein solches Röhrchen nicht gefunden werden kann, verwenden Sie andere Methoden wie Filtration mit einem Trichter und Filterpapier.
  16. Waschen des Salzprodukts mit 15 ml Diethylether und Entfernen des Diethylethers unter Verwendung des gleichen Filtrationsverfahrens, das in Schritt 1.15 verwendet wird. Wiederholen Sie diesen Waschschritt ein paar Mal, indem Sie 15 ml Diethylether verwenden und jedes Mal filtrieren.
  17. Nach dem letzten Waschschritt das gewaschene Salzprodukt (hier im Inneren des Filterrohres mit Vakuum trocknen) und dann zur weiteren Reinigung durch Umkristallisation abtrocknen.
    Hinweis: Das Protokoll kann hier pausiert und zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufgenommen werden.
  18. Füge das Salz und ein Ethylalkohol-Diethylether-Gemisch (12 ml: 4 ml) zu einem sauberen Schlenk-Röhrchen hinzu. Die Mischung mit einer Heißluftpistole erhitzen, bis sich das Salz vollständig auflöst.
  19. Danach den Schlauch mit einem gefetteten Stopfen abdichten und in einer fast horizontalen Position festklemmen. Verlassen tEr salzt bei Raumtemperatur umkristallisieren.
  20. Sobald das Salz umkristallisiert ist, verwenden Sie einige Papiertücher, um das Fett aus dem Mund des Mundes zu wischen und dann filtrieren Sie die Mischung mit einem Trichter und Filterpapier, um die Salzkristalle zu trennen.
  21. Waschen Sie die Salzkristalle, während sie sich noch auf dem Filterpapier im Trichter befinden, mit 15 ml Diethylether. Wiederholen Sie diesen Waschschritt ein paar Mal.
  22. Nach dem letzten Waschschritt die Kristalle in Luft auf dem Filterpapier trocknen lassen. Sammeln Sie das gereinigte Salz zur Charakterisierung und die Synthese des Palladium-NHC-Komplexes.
    Hinweis: Das Protokoll kann hier pausiert und zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufgenommen werden.
  23. Charakterisieren das Salz wie bereits gemeldet 18 .

2. Synthese und Reinigung von Palladium-NHC-Komplexen (Verbindungen 5-8)

  1. Klemmen Sie ein 75 mL Schlenk-Rohr aufrecht und fügen Sie einen Rührstab, 1 mmol des gewählten Benzimidazoliumsalzes, 1 mmol PallAdiumchlorid, 5 mmol Kaliumcarbonat als Base und 3 ml 3-Chlorpyridin dazu.
    Achtung: Palladiumchlorid ist giftig und kann ein Reizmittel sein.
    Vorsicht: Kaliumcarbonat kann schädlich sein. Vermeiden Sie es, seinen Staub zu atmen und halten Sie es weg von Wasser.
    Achtung: 3-Chlorpyridin ist extrem schädlich. Es ist giftig und korrosiv. Vermeiden Sie Hautkontakt und atmen Sie die Dämpfe.
  2. Den Schlauch mit einem gefetteten Stopfen abdichten und in ein Ölbad geben. Das Reaktionsgemisch wird bei 80 ° C für 16 h gerührt, um die Synthese des Palladium-NHC-Komplexes zu erreichen, um die Vollendung zu erreichen.
  3. Nach 16 h wird die Mischung auf Raumtemperatur abkühlen lassen und die Röhre abgesaugt. Füge 10 ml Dichlormethan zu der Mischung hinzu, um die Effizienz der in den Schritten 2.4 und 2.5 unten beschriebenen Filterung zu verbessern; Dies ist optional und kann auf Wunsch übersprungen werden.
    Achtung: Dichlormethan ist giftig, ein Reizmittel aEin Verdacht auf krebserzeugend Vermeiden Sie Hautkontakt und atmen Sie die Dämpfe.
  4. Montieren Sie die folgende Filtervorrichtung, um das nicht umgesetzte Palladiumchlorid und Benzimidazoliumsalz aus dem Reaktionsgemisch zu entfernen: Verwenden Sie ein Glasfilterrohr ohne Hahn.
    1. Zuerst vier Spachteln des Filtermittels (zB Celite) in das Röhrchen geben, um eine Filtermittelschicht oberhalb des Filters zu bilden, der sich in der Mitte des Röhrchens befindet. Dann fügen Sie vier Spachteln aus Kieselgel über die Filtermittelschicht hinzu. Schließlich drückt man einen kleinen Baumwollwatte über die Kieselgelschicht, so daß das Filtermittel und die Siliciumdioxidschichten zwischen dem Filter und dem Baumwollwatte fixiert werden.
  5. Filtrieren Sie das Reaktionsgemisch durch das Polster aus Filtermittel und Kieselgel wie folgt: Befestigen Sie das Schlenk-Röhrchen, das das Reaktionsgemisch enthält, mit dem Glas-Filterrohr, so dass das Schlenk-Rohr dem Ende des Filterrohres mit dem Baumwoll-Watte zugewandt ist. Dann legen Sie eine leere Schlenk Tube an das andere Ende derFilterrohr
    1. Verbinden Sie die leere Schlenk-Röhre mit Vakuum, und sorgfältig und allmählich umkehren die Apparatur, so dass die Reaktionsmischung durch (in Reihenfolge) der Baumwolle, Siliciumdioxid, Filtermittel und Filterschichten gefiltert wird. Das nicht umgesetzte Palladiumchlorid- und Benzimidazoliumsalz wird in den Schichten zurückgehalten, während das Filtrat, das den Palladium-NHC-Komplex enthält, in das leere Schlenk-Röhrchen eintritt.
      Anmerkung: Wenn dem Reaktionsgemisch Dichlormethan zugesetzt wird (Schritt 2.3), kann es einen gewissen Druck innerhalb des Filterrohres mit sich bringen, und dies kann dazu führen, dass Flüssigkeit aus dem Verbindungsteil zwischen dem gefüllten Schlenk-Rohr und dem Filterrohr bei der Inversion austritt. Um dies zu verhindern, ist es wichtig, das leere Schlenk-Rohr vor der Inversion des Apparates (wie oben beschrieben) mit Vakuum zu verbinden, so daß das Reaktionsgemisch bei der Inversion nicht genügend Zeit hat, aus dem oben erwähnten Verbindungsteil herauszusickern.
  6. Trennen Sie das SchlenkrohrDas das Filtrat aus der oben beschriebenen Filtervorrichtung enthält und mit einem gefetteten Stopfen abdichtet. Entfernen Sie das Lösungsmittel im Filtrat mit Vakuum.
  7. Sobald das gesamte Lösungsmittel entfernt ist, das Schlenk-Röhrchen abdichten und 5 ml Diethylether dazugeben, das Palladium-NHC-Komplexprodukt, das zurückgelassen wurde, zu waschen. Schütteln Sie den Schlauch vorsichtig, um das Waschen durchzuführen. Nach dem Waschen ist die Verwendung von Papiertüchern, um das Fett aus dem Mund zu wischen und den Äther in einen Becher zu dekantieren. Wiederholen Sie diesen Waschschritt ein paar Mal, indem Sie 5 ml Diethylether hinzufügen und jedesmal dekantieren.
  8. Nach dem letzten Waschschritt das Schlenk-Rohr mit einem gefetteten Stopfen abdichten und das gewaschene Palladium-NHC-Komplexprodukt mit Vakuum trocknen. Nach dem Trocknen einige Papiertücher verwenden, um das Fett aus dem Mund des Mundes zu wischen und dann das Produkt zur weiteren Reinigung durch Umkristallisation zu sammeln.
    Hinweis: Das Protokoll kann hier pausiert und zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufgenommen werden.
  9. Für die Umkristallisation finden Sie eineGeeigneter Lösemittel für den spezifischen Palladium-NHC-Komplex (dh derjenige, den der Komplex bei Raumtemperatur nicht leicht löst, sondern dies beim Erhitzen) und die oben beschriebenen Schritte für die Salze (Schritte 1.18 bis 1.22) folgen. Danach sammle ich den gereinigten Komplex zur Charakterisierung.
    Hinweis: Das Protokoll kann hier pausiert und zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufgenommen werden.
  10. Charakterisieren Sie den Komplex, wie bereits gemeldet 18

3. Katalytische Aktivität der Komplexe (5-8) bei Arylierungsreaktionen

  1. Führen Sie alle katalytischen Reaktionen unter Luft in einer Dunstabzugshaube durch.
  2. Verwenden Sie die gekauften Reagenzien ohne weitere Reinigung für Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungs-bildende Reaktionen.
  3. Klemmen Sie ein 25 mL Schlenk-Rohr aufrecht und fügen Sie einen Rührstab, 2 mmol 2- n- Butylthiophen oder 2- n- Butylfuran und 1 mmol des ausgewählten Arylbromids hinein.
    Achtung: 2- n- Butylfuran und2- n- Butylthiophen sind beide akut toxisch. Vermeiden Sie Hautkontakt und atmen Sie ihre Dämpfe.
  4. Dann werden 1 mmol Kaliumacetat, 0,01 mmol des gewählten Palladium-NHC-Komplexes und 2 ml N , N- Dimethylacetamid (DMA) in das Röhrchen gegeben.
    Achtung: DMA ist giftig. Vermeiden Sie Hautkontakt und atmen Sie die Dämpfe.
  5. Den Schlauch mit einem gefetteten Stopfen abdichten und in ein Ölbad geben. Die Reaktionsmischung für verschiedene Male und bei verschiedenen Temperaturen rühren, um die Zeit- und Temperaturbedingungen zu finden, die zu einer maximalen Produktausbeute für die gegebene Reaktion führen.
    Anmerkung: Der Fortgang der Reaktion kann durch Dünnschichtchromatographie (TLC) verfolgt werden, aber wenn nur die Wirkung verschiedener Reaktionsbedingungen auf die Ausbeute (einschließlich des für die Katalyse verwendeten Palladium-NHC-Komplexes) verglichen wird, dann ist die Durchführung der Reaktion bis zur Vollendung nicht erforderlich. In diesen Fällen die Reaktion für eine konstante Zeitspanne weniger als die Zeit benötigtZur Vervollständigung und variieren die getestete Reaktionsbedingung. Sobald die Reaktion für die gewünschte Zeitdauer läuft, stoppen Sie sie, indem Sie das Lösungsmittel aus dem Reaktionsgemisch entfernen, wie im nächsten Schritt beschrieben.
    1. Um den Fortschritt der Reaktion mit TLC zu verfolgen, vergleichen Sie die Bewegung des Reaktionsgemisches durch eine DC-Platte mit denen der Reaktanten; Wenn die Mischung noch die Flecken für die Reaktanten hervorbringt, bedeutet dies, dass die Reaktion noch nicht abgeschlossen ist. Um eine Probe des Reaktionsgemisches nach einer bestimmten Zeit zu erhalten, das Schlenk-Röhrchen abdichten, während die Reaktion noch läuft und ein Kapillarrohr verwenden, um schnell einen Tropfen für den TLC-Test zu erhalten. Um die Mischung und die Reaktanten durch die TLC-Platte zu führen, finden Sie für den konkreten Fall ein geeignetes Lösungsmittel (mobile Phase).
  6. Sobald die Reaktion vollständig ist oder für die gewünschte Zeitdauer läuft, entfernen Sie das Lösungsmittel im Reaktionsgemisch mit Vakuum.
  7. Das Schlenk-Röhrchen abschneiden und einen Hexan-Diethylether hinzufügenIxture (10 mL: 2 mL) hinein. Dieses Lösungsmittelgemisch ist die mobile Phase für die Flash-Säulenchromatographie in den Schritten 3.8 und 3.9 unten. Schütteln Sie die Mischung kräftig, um sicherzustellen, dass sich das Produkt in der mobilen Phase löst und nicht in der Röhre zurückbleibt.
    Achtung: Hexan ist flüchtig und brennbar. Vermeiden Sie es, seine Dämpfe zu atmen und halten Sie es von offenen Flammen oder Zündquellen fern.
  8. Montieren Sie eine Flash-Chromatographie-Säule wie folgt, um das Produkt zu reinigen: Verwenden Sie einen Glaspfeifer. Zuerst legen Sie eine kleine Bündel Baumwolle in die Tropfenzähler und schieben sie hinein, bis sie fest festhält, wo die Glaskammer beginnt zu verdünnen. Dann fügen Sie Silikagel auf die Oberseite der Baumwollwatte hinzu, so dass zwei Drittel des Tropfens dicken Abschnitt gefüllt ist.
  9. Klemmen Sie die Kieselgel-Säule aufrecht und verwenden Sie eine Glas-Tropfer, um allmählich die Reaktionsmischung in sie zu übertragen. Eluieren Sie die Mischung durch die Säule und sammeln Sie das Elutionsmittel, das das gereinigte Produkt enthält, in einem sauberen Becher oder TestTube.
    Hinweis: Das Protokoll kann hier pausiert und zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufgenommen werden.
  10. Übertragen Sie das Elutionsmittel auf ein sauberes Rohr, das an Vakuum befestigt werden kann und das Rohr mit einem gefetteten Stopfen abdichten. Das Lösungsmittel im Elutionsmittel mit Vakuum entfernen.
    Hinweis: Das Protokoll kann hier pausiert und zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufgenommen werden.
  11. Sobald das gesamte Lösungsmittel entfernt ist, das Röhrchen abdichten und 1,5 ml Dichlormethan zugeben. Schütteln Sie den Schlauch vorsichtig, um das Produkt aufzulösen und damit seine Analyse mit GC oder GC / MS zu ermöglichen. Berechnen Sie die Ausbeute mit GC oder GC / MS 19 , 20 , 21 , 22 , 23 .
    Hinweis: Chloroform kann verwendet werden, wenn Dichlormethan nicht verfügbar ist. Konsultieren Sie das MSDS von Chloroform, bevor Sie mit dieser vorgeschlagenen Modifikation fortfahren.

4. Katalytische Aktivität der CoMplexe (5-8) in Suzuki-Miyaura Kreuzkupplung Reaktionen

  1. Alle katalytischen Reaktionen gemäß den zuvor gemeldeten Protokollen 18 , 24 durchführen .
  2. Kleben Sie ein 25 mL Schlenk-Rohr aufrecht und fügen Sie einen Rührstab, 1,5 mmol Phenylboronsäure oder das gewählte Boronsäurederivat, 1 mmol des gewählten Arylchlorids und 2 mmol Natrium-tert-butoxid als Base in diese ein.
    Achtung: Phenylboronsäure und ihre Derivate sind Reizstoffe und können toxisch sein. Hautkontakt vermeiden. Konsultieren Sie die entsprechenden Sicherheitsdatenblätter, bevor Sie fortfahren.
    Achtung: Arylchloride sind schädlich und können je nach spezifischer Chemikalie toxisch und entflammbar sein. Konsultieren Sie die entsprechenden Sicherheitsdatenblätter, bevor Sie fortfahren.
    Achtung: Natrium-tert-butoxid ist ein brennbarer Feststoff. Es ist sehr reaktiv mit Wasser und Ätzmittel in Lösung. Halten Sie es von offenen Flammen oder Zündquellen fern und vermeiden Sie HautkontaktBr /> Hinweis: Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumcarbonat, Natriumcarbonat, Kaliumacetat, Natriumacetat oder Kalium-tert-butoxid können verwendet werden, wenn Natrium-tert-butoxid nicht verfügbar ist. Konsultieren Sie die Sicherheitsdatenblätter dieser Grundlagen, bevor Sie mit diesen vorgeschlagenen Änderungen fortfahren.
  3. Fügen Sie dem Röhrchen 0,01 mmol des gewählten Palladium-NHC-Komplexes zu.
  4. Eine DMF-Wasser-Mischung (2 ml: 2 ml) in das Röhrchen geben.
    Hinweis: Bei Bedarf ein höheres Verhältnis von DMF zu Wasser verwenden oder DMF selbst verwenden.
  5. Den Schlauch mit einem gefetteten Stopfen abdichten und in ein Ölbad geben. Die Reaktionsmischung für verschiedene Male und bei verschiedenen Temperaturen rühren, um die Zeit- und Temperaturbedingungen zu finden, die zu einer maximalen Produktausbeute für die gegebene Reaktion führen.
    Anmerkung: Der Fortschritt der Reaktion kann durch TLC folgen, aber wenn nur der Effekt der verschiedenen Reaktionsbedingungen auf Ausbeute (einschließlich des Palladium-NHC-Komplexes, der für KatAlyse), dann läuft die Reaktion bis zur Fertigstellung nicht notwendig. In diesen Fällen die Reaktion für eine konstante Zeitspanne weniger als die für die Vervollständigung benötigte Zeit ausführen und die getestete Reaktionsbedingung variieren. Sobald die Reaktion für die gewisse Zeit gelaufen ist, stoppen Sie es und fahren Sie mit dem nächsten Schritt fort. Um den Fortschritt der Reaktion mit TLC zu verfolgen, siehe Schritt 3.5.1 für einige Details.
  6. Sobald die Reaktion abgeschlossen ist oder für die gewünschte Zeitdauer gelaufen ist, lassen Sie das Gemisch auf Raumtemperatur abkühlen. Das Schlenk-Röhrchen abschärfen und dem Reaktionsgemisch ein Hexan-Ethylacetat-Gemisch (5 ml: 1 ml) zugeben. Das Röhrchen erneut abdichten und die neue Mischung für einige Minuten kräftig schütteln, um die Wanderung des synthetisierten Produkts in die Hexan-Ethylacetat-Phase zu ermöglichen.
    Achtung: Ethylacetat ist flüchtig und entflammbar und kann schwere Augenschäden verursachen. Vermeiden Sie es, seine Dämpfe zu atmen und halten Sie es von offenen Flammen oder Zündquellen fern.
  7. Klemme die SchLenk Rohr aufrecht und lassen Sie die Mischung in zwei verschiedenen Phasen im Laufe von ein paar Minuten zu begleichen.
  8. Verwenden Sie einen Glastropfen, um die obere, organische Phase sorgfältig zu extrahieren und in einen sauberen Becher zu geben, der 1 g wasserfreies Magnesiumsulfat enthält. Das Magnesiumsulfatpulver hilft, restliches Wasser aus der extrahierten organischen Phase zu entfernen.
  9. Wiederholen Sie die Schritte 4.6 bis 4.8 mindestens einmal, um die Extraktion des synthetisierten Produkts zu maximieren.
  10. Befolgen Sie die Schritte 3.8 und 3.9, um das Produkt mit Flash-Säulenchromatographie zu reinigen. Die in der extrahierten organischen Phase vorhandene Hexan-Ethylacetat-Mischung dient als mobile Phase für diesen Reinigungsschritt. Sammeln Sie das Elutionsmittel, das das gereinigte Produkt enthält, in einem sauberen Becher oder Reagenzglas.
    Hinweis: Das Protokoll kann hier pausiert und zu einem späteren Zeitpunkt wieder aufgenommen werden.
  11. Analysieren Sie das Produkt und berechnen Sie die Ausbeute mit GC oder GC / MS 19 , 20 ,21 , 22 , 23 .

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Ergebnisse

Benzimidazoliumsalze ( 1 - 4 ) ( Fig. 1 ) wurden in wasserfreiem DMF unter Verwendung von N- Alkylbenzimidazolen und verschiedenen Alkylhalogeniden synthetisiert und dann gereinigt und charakterisiert, wie vor 18 , 24 beschrieben . Sie waren weiße oder cremefarbene Feststoffe und hatten Erträge von 62% bis 97%. Palladium-NHC-Komplexe ( 5 - <...

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Diskussion

Die Protokolle für die Synthese und Reinigung von vier Benzimidazoliumsalzen und anschließend deren Palladium-NHC-Komplexe wurden bewusst in größtmöglichem Detail vorgestellt, um jungen Wissenschaftlern oder denen, die neu im Feld beherrschen, zu helfen. Mit dem gleichen Ziel wurden auch die Protokolle zum Testen der katalytischen Aktivität der vier Komplexe in der Arylierung und Suzuki-Miyaura-Reaktionen im Detail dargestellt. Darüber hinaus haben wir versucht, die Protokolle so allgemein wie möglich darzustellen, dami...

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Danksagungen

Wir anerkennen die finanzielle Unterstützung durch die Fakultät für Pharmazie (die Universität von Sydney), Erciyes Universitätsforschungsfonds und TUBITAK (1059B141400496). Wir danken Tim Harland (The University of Sydney) für die Bearbeitung des Videos.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
1-Chlor-4-nitrobenzolSigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
2,5-DimethoxyphenylboronsäureSigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
2-n-butylfuranSigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
2-n-butylthiophenSigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
3-ChlortopyridinMerck (Darmstadt, Deutschland)
4-BromacetophenonMerck (Darmstadt, Deutschland)
4-BromanisolSigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
4-ChlortoluolSigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
4-Methoxy-1-chlorbenzolMerck (Darmstadt, Deutschland)
4-tert-ButylphenylboronsäureSigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)Benzimidazol
Merck (Darmstadt, Deutschland)
BromobenzeneMerck (Darmstadt, Deutschland)
CeliteMerck (Darmstadt, Deutschland)
DichlormethanMerck (Darmstadt, Deutschland)
DiethyletherSigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)Ethylacetat
Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)Ethylalkohol
Merck (Darmstadt, Deutschland)
HexanMerck (Darmstadt, Deutschland)
MagnesiumsulfatScharlau (Barcelona, Spanien)
N,N-dimethylacetamidMerck (Darmstadt, Deutschland)
N,N-dimethylformamidMerck (Darmstadt, Deutschland)
PalladiumchloridMerck (Darmstadt, Deutschland)
PhenylboronsäureSigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)Kaliumacetat
Merck (Darmstadt, Deutschland)
KaliumcarbonatScharlau (Barcelona, Spanien)
KaliumhydroxidMerck (Darmstadt, Deutschland)
KieselgelMerck (Darmstadt, Deutschland)
Natrium-tert-butoxidMerck (Darmstadt, Deutschland)
Thianaphthen-2-boronsäureSigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)

Referenzen

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