n- Butyllithium Titration

N-Butyllithium, abgekürzt n-BuLi, ist ein Organolithium-Reagenz, das häufig als starke Base oder als Nukleophil verwendet wird.

N-Butyllithium ist als Lösung in Alkanen wie Hexan oder Heptan kommerziell erhältlich. Diese Lösungen sind bei sachgemäßer Lagerung stabil, zersetzen sich aber immer noch durch Alterung und Einwirkung von Wasser oder Sauerstoff.

Bei der Verwendung einer n-Butyllithiumlösung zur Herstellung von Lithiumdiisopropylamid, einer anderen Art von starker Base, ist es wichtig, dass eine genaue Menge in der Reaktion verwendet wird. Aus diesem Grund müssen vor jeder Anwendung Titrationsexperimente durchgeführt werden.

In diesem Video werden die Prinzipien von n-Butyllithium, ein Verfahren zur Titration einer n-Butyllithiumlösung und seine Verwendung in einer chemischen Reaktion sowie verschiedene Anwendungen veranschaulicht.

N-Butyllithium, eine Kette aus vier Kohlenstoffatomen mit einer Kohlenstoff-Lithium-Bindung an einem Ende, wird als starke Br?nsted-Base und in Lithium-Halogen-Austauschreaktionen verwendet, kann aber auch als Nukleophil oder als Polymerisationsinitiator bei der Herstellung von Elastomeren verwendet werden.

Für die meisten Versuche muss nur ein geringer molarer Überschuss an n-Butyllithium in das Reaktionsgemisch gegeben werden. Die Zugabe von zu wenig Reagenz führt zu einer unvollständigen Reaktion, und die Zugabe eines zu großen Überschusses kann zu unerwünschten Nebenprodukten führen. Die genaue Menge der zuzugebenden n-Butyllithiumlösung wird durch ein Titrationsexperiment mit Diphenylessigsäure berechnet.

Nachdem wir nun die Prinzipien von n-Butyllithium besprochen haben, schauen wir uns ein Verfahren zur Titration einer n-Butyllithiumlösung und zur Verwendung in einer chemischen Reaktion an.

Zuerst wird ein flammgetrockneter 20-ml-Rundkolben und ein Rührstab unter Stickstoffatmosphäre auf Raumtemperatur abgekühlt, dann Diphenylessigsäure und 5 ml wasserfreies Tetrahydrofuran zugegeben.

Mit einer 2-ml-Messspritze aus Glas, die mit einer Nadel versehen ist, wird eine 2 mL 1,6 molare Lösung von n-Butyllithium in Hexanen aufgezogen, die sich unter einer Stickstoffatmosphäre befindet. Führen Sie dann die Nadel in den Kolben mit Diphenylessigsäure ein. Unter Rühren die n-Butyllithium-Lösung tropfenweise zum Inhalt des Kolbens geben, der gelb und dann wieder farblos werden sollte.

Fahren Sie mit der Zugabe von n-Butyllithiumlösung fort, bis die tiefgelbe Farbe bestehen bleibt, was darauf hinweist, dass der Endpunkt erreicht wurde. Notieren Sie, wie viel n-Butyllithium zugesetzt wurde, und dividieren Sie 1,18, d. h. die Anzahl der Millimol Diphenylessigsäure, durch diese Zahl, um die tatsächliche molare Konzentration zu berechnen.

Nachdem wir nun die tatsächliche Konzentration der n-Butyllithium-Lösung berechnet haben, sind wir bereit, sie in einem Experiment zu verwenden. Einen flammgetrockneten 100-ml-Rundkolben und einen Rührstab unter Stickstoffatmosphäre auf Raumtemperatur abkühlen lassen, dann Benzaldehyd in wasserfreiem 20-ml-Tetrahydrofuran zugeben. Den Inhalt bei -78 Grad Celsius in einem Trockeneis-/Acetonbad umrühren.

n-Butyllithium tropfenweise in den Kolben geben.

Überwachen Sie dann mit Hilfe der Dünnschichtchromatographie den Benzaldehydverbrauch. Sobald die Reaktion abgeschlossen ist, wird der Kolben aus dem Kühlbad genommen und auf Raumtemperatur gebracht. Fügen Sie anschließend 10 mL gesättigtes wässriges Ammoniumchlorid hinzu, um die Reaktion zu löschen. Anschließend wird die wässrige Schicht zweimal mit 25 mL Diethylether extrahiert. Kombinieren Sie die organischen Schichten und waschen Sie sie zweimal mit 15 mL Wasser, dann einmal mit 15 mL gesättigter Natriumchloridlösung.

Entfernen Sie Wasserreste aus den kombinierten organischen Schichten durch Zugabe von ca. 1 g Natriumsulfat, filtrieren Sie den Feststoff ab und spülen Sie ihn mit zusätzlichem Diethylether ab. Konzentrieren Sie die Mischung unter reduziertem Druck, um das Produkt zu erhalten. Es sollte eine farblose Flüssigkeit sein.

Nachdem wir nun ein Beispiel für ein Laborverfahren gesehen haben, sehen wir uns einige nützliche Anwendungen von n-Butyllithium an.

Elastomere sind eine Art Polymer mit gummiartigen Eigenschaften und eignen sich für viele Arten von Produkten, einschließlich dielektrischer Aktuatoren. Eine katalytische Menge an n-Butyllithium ist bei der Herstellung von Polybutadien wichtig, beispielsweise durch eine Michael-Zugabe an eine der beiden Vinylgruppen von 1,4-Butadien und die Zugabe des resultierenden Anions an ein zweites Molekül von 1,4-Butadien, wodurch drei mögliche Additionsprodukte gebildet werden.

Vinyl und aromatische Gruppen in Naturprodukten und Arzneimitteln sind weit verbreitet. Vinyl- und Arylhalogenide reagieren mit einem molaren Äquivalent von n-Butyllithium in einem Lithium-Halogen-Austausch zu Vinyl- und Aryllithiumen, die eine Abgangsgruppe in einem Elektrophil verschieben und eine neue Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung bilden können.

Eine weitere häufige Anwendung von n-Butyllithium ist die Verwendung als starke Br?nsted-Base zur Erzeugung eines Kohlenstoffnukleophils. Bei der Synthese von Clarinex, einem Antihistaminikum, werden zwei Äquivalente von n-Butyllithium verwendet, um ein Proton aus einem Pikoline-Derivat zu entfernen, wodurch ein Kohlenstoffnukleophil erzeugt wird, das die Abgangsgruppe in einem Benzylchlorid verdrängt, um eine neue Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung zu erzeugen. Die resultierende Spezies wird dann in vier Schritten in Clarinex umgewandelt.

Sie haben gerade die Einführung von JoVE in die n-Butyllithium-Titration und die Zugabe von n-Butyllithium zu Benzaldehyd gesehen. Sie sollten nun die Prinzipien von n-Butyllithium verstehen, wie man ein Experiment durchführt und einige seiner Anwendungen. Danke fürs Zuschauen!