Un protocolo para las reacciones de litiación segura usando reactivos orgánicos de litio

El objetivo general de este protocolo es realizar una reacción de litiación segura y eficaz utilizando reactivos de organolitio. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en química al permitir transformaciones moleculares en sitios normalmente no reactivos en moléculas como los hidrocarburos. Estas técnicas de seguridad son particularmente relevantes para el campo de la química sintética porque las personas pueden necesitar estos poderosos reactivos para una síntesis, pero estar nerviosos por el manejo de materiales pirofóricos.

Las especies de organolitio altamente reactivas deben manipularse y almacenarse con especial cuidado. Use siempre ropa y EPP adecuados para un reactivo pirofórico y nunca trabaje solo en el laboratorio. Antes de trabajar con un reactivo de organolitio, identifique la ducha de seguridad, la estación de lavado de ojos y el extintor de incendios más cercanos del tipo apropiado.

Inspeccione la tapa y el sello de un reactivo de organolitio antes de cada uso. Si hay sales o materiales corrosivos visibles en la tapa o el sello, agregue lentamente el reactivo a un vaso de precipitados que contenga de ocho a 10 veces su volumen en hielo seco dentro de la campana extractora. Trabaje siempre en una capó o guantera limpia y ordenada.

Prepare todos los agentes de enfriamiento en su campana extractora antes de comenzar a trabajar con un reactivo de organolitio. El protocolo en sí es fácil de realizar. La parte complicada es la seguridad.

Al tener los reactivos de enjuague y enfriamiento y los mecanismos de seguridad en su lugar con anticipación, realmente no es gran cosa si algo sale mal. Si es necesario abortar una reacción, transfiera lentamente cualquier reactivo de organolitio no utilizado al vaso de precipitados de hielo seco preparado. Si el tolueno o el isopropanol se encienden, cubra el vaso de precipitados con un cristal de reloj para sofocar las llamas.

En una campana limpia y ordenada, prepare las cantidades adecuadas de materiales de enfriamiento y vasos de precipitados. A continuación, coloque 1,8 mililitros de terc-butilamina pura y una barra agitadora en un matraz Schlenk de 25 mililitros tapado con un tabique de goma. Abra el matraz al vacío durante un segundo para desgasificar la terc-butilamina.

Y luego cierre el vacío y llene el matraz con gas inerte. Repita este proceso dos veces más y luego cierre el matraz. Para preparar una manta de gas inerte, conéctela a un adaptador en T y a una fuente de gas inerte, a un burbujeador de aceite y a un adaptador de racor luer-lock.

Conecte una aguja de calibre 18 de una pulgada al adaptador luer-lock. Asegure la manta de gas sobre el matraz y purgue la línea durante cinco minutos. Disminuya el caudal a aproximadamente un mililitro por segundo para que solo aparezcan unas pocas burbujas por segundo en el burbujeador de aceite.

Inserte la aguja de la manta de gas inerte en el tabique del matraz. Coloque el matraz en un baño de hielo seco y acetona en una placa para remover y revuelva suavemente hasta que la terc-butilamina se haya enfriado. Sujete firmemente una botella de terc-butillitio a un soporte de anillo y retire la tapa exterior y cualquier material de sellado presente.

Luego, transfiera la aguja de la manta de gas inerte a la botella de terc-butillitio. Obtenga una jeringa de vidrio de 20 mililitros o más grande con un émbolo bien ajustado. Coloque una aguja flexible de calibre 16 de 12 pulgadas en la jeringa.

Dirija un flujo suave de gas inerte a través de una manguera Shlenk separada. Inserte la punta de la aguja de la jeringa en el cilindro de la manguera. Introduzca y extraiga el émbolo al menos cinco veces para purgar la jeringa.

Presione el émbolo a fondo antes de retirar la jeringa de la manguera. Perfore con cuidado el tabique de la botella de terc-butillitio e inserte la aguja en el reactivo líquido. Retire suavemente el émbolo para extraer un ligero exceso de reactivo.

Sin quitar la aguja ni alterar el frasco, apunte con cuidado la jeringa hacia arriba doblando la aguja. Expulse suavemente el gas del espacio de cabeza y el exceso de reactivo en la botella de reactivo. Enderece la jeringa y permita que la aguja se relaje.

A continuación, vuelva a colocar la aguja de la manta de gas inerte en el matraz de reactivos. Transfiera la jeringa llena y la aguja al matraz de reacción de modo que la punta de la aguja quede firmemente por encima de la terc-butilamina agitadora. Agregue lentamente el terc-butillitio al matraz de reacción.

A continuación, retire la aguja larga de la jeringa del matraz de reacción, dejando la aguja de la manta de gas inerte en su lugar. Extraiga el tolueno del vaso de precipitados y colóquelo en la jeringa para diluir el residuo de terc-butillitio. Sumerja la punta de la aguja en el isopropanol y expulse la mezcla diluida.

Enjuague la jeringa al menos dos veces más con isopropanol para limpiar la jeringa. Selle el tabique del frasco de reactivo de terc-butillitio con grasa y película de laboratorio y tape el frasco. Retire el baño de hielo seco y deje que la mezcla de reacción se caliente a temperatura ambiente mientras revuelve.

Una vez que el matraz se haya calentado a temperatura ambiente, retire la aguja de la manta de gas inerte. Almacene el matraz de reacción a 30 grados centígrados negativos durante la noche para obtener un precipitado blanco de terc-butilamida de litio. Bajo una atmósfera inerte, filtre la suspensión y lave el polvo con pentano frío.

Secar el polvo al vacío. Prepare un vaso de isopropanol y un vaso de precipitados de hielo seco en una capucha. Lleve todos los reactivos, equipos, cristalería y un contenedor de residuos sellado que necesiten a una guantera limpia y ordenada.

Dentro de la guantera, prepare un vial de tolueno. Inspeccione la tapa y el tabique de la botella de terc-butillitio y luego asegure la botella con un soporte de anillo. Retire la tapa exterior.

Coloque firmemente una aguja de calibre 22 de 1.5 pulgadas en una jeringa de vidrio. Inserte la jeringa y la aguja en el frasco y extraiga un ligero exceso de terc-butillitio. Invierta la jeringa y sostenga una toallita de papel junto a la aguja.

Expulse lentamente el gas del espacio de cabeza que absorbe cualquier reactivo líquido en la toallita de papel. Retire el tapón de un matraz que contenga 1,8 mililitros de terc-butilamina pura y desgasificada. Agregue lentamente el terc-butillitio mientras revuelve.

Tape el matraz y deje que la mezcla se enfríe a temperatura ambiente. Mientras la mezcla de reacción se enfría a temperatura ambiente, introduzca tolueno en la jeringa para diluir el residuo de organolitio. Coloque la jeringa llena con la aguja y cualquier residuo de papel en el contenedor de residuos hermético designado y selle el contenedor.

Purgue la guantera durante 10 minutos. Guarde el frasco de reactivo en el congelador de la guantera. Una vez que la mezcla de reacción se haya enfriado, almacene el matraz a 30 grados centígrados negativos.

El producto se precipitará aún más durante la noche. Retire el contenedor de residuos de la guantera y transfiéralo inmediatamente a una capucha. Vacíe la jeringa en un vaso de precipitados de isopropanol y enjuague varias veces.

La terc-butilamida de litio se sintetizó por litiación de terc-buylamina con el terc-butillitio altamente reactivo. La litiación se realizó tanto a pequeña escala utilizando técnicas de Schlenk, como en una guantera. La síntesis del producto se confirmó mediante resonancia magnética nuclear de protones y cristalografía de rayos X.

Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en una o dos horas si se realiza correctamente. Al intentar este procedimiento, es importante recordar planificar con anticipación, trabajar en un espacio limpio y preparar mecanismos de seguridad antes de comenzar la reacción. Existe una desafortunada cantidad de miedo en torno al uso de reactivos de organolitio porque el mal uso de estos reactivos ha resultado en quemaduras graves y muy raramente fatales.

No olvide que los reactivos de organolitio pueden ser extremadamente peligrosos, y es muy importante seguir todos los procedimientos de seguridad que hemos descrito e ilustrado en este video al realizar una reacción de organolitio. Gracias por mirar y buena suerte con tus experimentos.