פלדיום N קומפלקסים Carbene heterocyclic: סינתזה מ Benzimidazolium מלחים ופעילות קטליטי פחמן פחמן בונד התגבשות התגובות

מטרת הסרטון הזה היא להראות לכם פרוטוקולים מפורטים וכלליים לסינתזה וטיהור של מלחי בנזימידזוליום, ובהמשך, קומפלקסים של פלדיום n-הטרוציקלי קרבן שלהם. הסרטון נועד גם להראות לכם פרוטוקולים מפורטים וכלליים לבדיקת הפעילות הקטליטית של הקומפלקסים המסונתזים בתגובות יוצרות קשרי פחמן-פחמן, כגון ארילציה וצימוד צולב סוזוקי-מיאורה לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לסנתז ולטהר את התרכובות הללו, כמו גם כיצד לבדוק את הפעילות הקטליטית של הקומפלקסים בתגובות ארילציה וסוזוקי-מיאורה.

הדגמת הפרוטוקול תתחיל בשיטה הכללית לסינתזה וטיהור של מלחי בנזמידזוליום. לאחר מכן תבוא השיטה הכללית לסינתזה וטיהור של קומפלקסים של פלדיום n-הטרוציקלי קרבן. לבסוף, יוצגו השיטות הכלליות לבדיקת הפעילות הקטליטית של הקומפלקסים בארילציה ולאחר מכן תגובות סוזוקי-מיאורה

אזהרה: ממיסים נדיפים רבים משמשים כחלק מהפרוטוקולים המוצגים, לכן בצע את כל הניסויים במכסה אדים עובד. ללבוש ציוד מגן אישי מתאים לאורך כל הדרך, ולהתייעץ עם MSDS של כל מגיב לפני השימוש. כעת תודגם השיטה הכללית לסינתזה וטיהור של מלחי בנזימידזוליום.

מהדקים צינור שלנק 100 מיל זקוף ומכניסים לתוכו מוט מערבל, מילימול אחד של בנזימידוזול, מילימול אחד של אשלגן הידרוקסיד ו-60 מיל של אלכוהול אתילי כממס. הכניסו את שפופרת שלנק לאמבט שמן לחימום אחיד ובטוח של תערובת התגובה במהלך שלבי הערבוב הבאים. חבר את הצינור למעבה כדי למנוע אידוי ממס במהלך הערבוב.

ודא שחלקי התאמת הזכוכית משומנים מספיק ומצוידים היטב. מערבבים את תערובת התגובה בחום של 25 מעלות צלזיוס למשך שעה כדי לאפשר פירוק מוחלט של כל המוצקים, כמו גם שבירת הקשר חנקן-מימן במולקולות בנזמידזול. לאחר שעה, נתק את צינור שלנק מהמעבה והוסף לאט לאט מילימול אחד של האריל הליד שבחרת לתערובת.

חבר מחדש את צינור שלנק למעבה והחזיר את התערובת ל-78 מעלות צלזיוס למשך שש שעות כדי לאפשר לתגובה להגיע להשלמתה. תנו לתערובת להתקרר ל-25 מעלות צלזיוס לאחר סיום הריפלוקס. נתק את צינור שלנק מהמעבה ונגב את השומן מפיו של הצינור.

לאחר מכן מסננים את תערובת התגובה באמצעות משפך ונייר סינון כדי להסיר את משקעי האשלגן הכלורי שנוצרו במהלך התגובה. אוספים את המסנן בכוס. העבירו את המסונן, המכיל את תוצר ה-n-אלקיל בנזימידזוליום, לצינור שלנק נקי.

אוטמים את הצינור עם פקק משומן ומסירים את ממס האלכוהול האתילי בסינון בוואקום. לאחר הסרת כל הממס, פתח את צינור שלנק והוסף חמישה מיל של אתר דיאתיל כדי לשטוף את המוצר n-alkyl benzimidazole שנותר מאחור. נענע בעדינות את הצינור לביצוע כביסה.

לאחר סיום הכביסה, נגב את השומן מפיו של הצינור ושפך את האתר לכוס. חזור על שלב הכביסה הזה כמה פעמים, הוסף חמישה מיל של אתר דיאתיל ורוקן אותו בכל פעם. לאחר שלב הכביסה האחרון, אטום את צינור שלנק עם פקק משומן וייבש את מוצר ה-n-אלקיל בנזמידזול השטוף שלך בוואקום.

לאחר הייבוש, נגב את השומן מפיה של השפופרת ולאחר מכן העביר את המוצר שלך לבקבוקון קטן לשימוש בתגובה הבאה. מהדקים צינור שלנק נקי זקוף ומוציאים את האוויר שבתוכו על ידי טיהורו בגז ארגון. הכניסו את הגז מהזרוע הצדדית של הצינור ושמרו על פי הצינור לא אטום במהלך תהליך זה.

ארגון כבד יותר מאוויר, ולכן הוא יוציא את האוויר על ידי מילוי הצינור מלמטה למעלה. המשך לטהר את הצינור עם ארגון תוך הוספת הריאגנטים בשלב הבא. פעולת טיהור זו חשובה, מכיוון שהתגובה שתבוא צריכה להתבצע באווירה אינרטית.

הוסיפו לאט מוט בוחש, מילימול אחד של ה-n-אלקיל בנזימידאזול שלכם, מילימול אחד של אלקיל הליד שבחרתם, וארבעה מילים של DMF נטול מים כממס לצינור שלנק. לאחר הוספת כל הריאגנטים, אטמו במהירות את פי הצינור עם פקק משומן, ואז אטמו את זרועו הצדדית על ידי סיבוב תא העצירה, וכבו את גז הארגון. הכניסו את שפופרת שלנק האטומה לאמבט שמן וערבבו את תערובת התגובה בחום של 80 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות כדי לאפשר לתגובה להגיע לסיומה.

לאחר 24 שעות, הסר חלק מממס ה-DMF בתערובת עם ואקום. כדקה עד שתיים של שאיבת אבק אמורות להספיק. אם תרצה, תוכל להסיר את כל ממס ה-DMF מהתערובת דמוית השומן שלך, אך אין בכך צורך.

שחרר את צינור שלנק והוסף 15 מיל אתר דיאתיל. מערבבים את התערובת עד שמוצר מלח הבנזימידאזוליום שלך משקע החוצה. לאחר התרחשות משקעים, הסר את אתר הדיאתיל בשיטת סינון מתאימה.

השתמשנו בצינור זכוכית מיוחד עם זרוע צד, פילטר פנימי ושני קצוות פתוחים אליהם ניתן לחבר צינורות שלנק. מכיוון שניתן לחבר את זרוע הצד בצינור זה ואת אלה שבצינורות שלנק לוואקום, צינור סינון זה מספק נוחות עצומה לסינון לאחר שלב המשקעים, כמו גם לשלבי הכביסה שיבואו, ולייבוש לאחר שלבי הכביסה. אם אתה משתמש במשהו דומה, חבר את צינור שלנק המלא לקצה אחד של צינור הסינון וצינור שלנק ריק לקצה השני.

לאחר מכן חבר את צינור שלנק הריק לוואקום והפוך בזהירות ובהדרגה את המנגנון כך שהאתר הדיאתיל יעבור דרך המסנן לצינור שלנק הריק הזה. עם זאת, אם אינך יכול למצוא צינור כזה, ניתן להשתמש גם בשיטות אחרות, כגון סינון עם משפך ונייר פילטר. שטפו את מוצר המלח שלכם עם 15 מיל של אתר דיאתיל והסר את אתר הדיאתיל באותה שיטת סינון שבה השתמשתם קודם לכן.

חזור על שלב כביסה זה מספר פעמים, באמצעות 15 מיל של אתר דיאתיל וסינון בכל פעם. לאחר שלב הכביסה האחרון, יבש את מוצר המלח השטוף שלך. כאן, ייבשנו אותו בתוך צינור המסנן עם ואקום.

אסוף את המוצר שלך לטיהור נוסף באמצעות התגבשות מחדש. להתגבשות מחדש, הוסף את המלח שלך ותערובת אתר דיאתיל אלכוהול אתילי של 12 מיל עד ארבעה מיל לצינור שלנק נקי. מחממים את התערובת בעזרת אקדח חום עד שהמלח נמס לחלוטין.

לאחר מכן, אטמו את הצינור עם פקק משומן והדק אותו במצב כמעט אופקי. השאירו את המלח שלכם להתגבש מחדש בטמפרטורת החדר. לאחר שהמלח התגבש מחדש, נגב את השומן מפיו של הצינור ולאחר מכן סנן את התערובת באמצעות משפך ונייר סינון כדי להפריד את גבישי המלח.

שטפו את גבישי המלח שלכם כשהם עדיין על נייר הסינון במשפך עם 15 מיל של אתר דיאתיל. חזור על שלב כביסה זה מספר פעמים. לאחר שלב הכביסה האחרון, הניחו לגבישים להתייבש באוויר על נייר המסנן.

אסוף את המלח המטוהר שלך לאפיון וסינתזה של קומפלקס הפלדיום n-heterocyclic carbene שלך. מלחי הבנזימידזוליום המסונתזים היו מוצקים בצבע לבן או שמנת והיו להם תשואות שנעו בין 62% ל-97%השיטה הכללית לסינתזה וטיהור של קומפלקסים של פלדיום n-הטרוציקלי קרבן תודגם כעת. מהדקים צינור שלנק 75 מיל זקוף ומוסיפים לתוכו מוט מערבל, מילימול אחד של מלח בנזימידזוליום שבחרת, מילימול אחד של פלדיום כלוריד, חמישה מילימול של אשלגן פחמתי כבסיס, ושלושה מילים של 3-כלורופירידין לתוכו.

אוטמים את הצינור עם פקק משומן ומכניסים אותו לאמבט שמן. מערבבים את תערובת התגובה בחום של 80 מעלות צלזיוס למשך 16 שעות כדי לאפשר לסינתזה של קומפלקס הקרבן פלדיום n-הטרוציקלי להגיע לסיום. לאחר 16 שעות, הניחו לתערובת להתקרר לטמפרטורת החדר ופתחו את הצינור.

ניתן להוסיף לתערובת 10 מיל דיכלורומתאן כדי לשפר את יעילות שלבי הסינון הקרובים, אך זה אופציונלי וניתן לדלג עליו במידת הצורך. השתמש בצינור סינון זכוכית ללא חלק עליון כדי להרכיב כרית של צלייט וסיליקה ג'ל, שתשמש להסרת הפלדיום כלוריד הלא מגיב ומלח בנזימידזוליום מתערובת התגובה. ראשית, הוסף ארבע מרית של צלייט לתוך הצינור כדי ליצור שכבת סלייט מעל המסנן שנמצא באמצע הצינור.

לאחר מכן, הוסיפו ארבע מרית של סיליקה ג'ל מעל שכבת הסליט. לבסוף, סחטו חבילת כותנה קטנה מעל שכבת הסיליקה ג'ל, כך ששכבות הסליט והסיליקה ג'ל מקובעות במקומן בין המסנן לכותנה. כדי לסנן את תערובת התגובה דרך כרית הסליט והסיליקה ג'ל, חבר תחילה את צינור שלנק המכיל את תערובת התגובה לצינור סינון הזכוכית כך שצינור שלנק פונה לקצה צינור הסינון עם חבילת הכותנה.

לאחר מכן, חבר צינור שלנק ריק לקצה השני של צינור הסינון. חבר את צינור שלנק הריק לוואקום והפוך בזהירות ובהדרגה את המנגנון כך שתערובת התגובה תסונן לפי הסדר דרך שכבות הכותנה, הסיליקה, הקליט והמסנן. הפלדיום כלוריד ומלח הבנזימידזוליום הלא מגיבים יישמרו בשכבות, בעוד שהפילטר המכיל את קומפלקס הפלדיום n-הטרוציקלי קרבן שלך ייכנס לצינור שלנק הריק.

אם הוספת דיכלורומתאן לתערובת התגובה, זה יכול לתרום לחץ מסוים בתוך צינור הסינון, וזה עלול לגרום לנוזל לחלחל החוצה מהחלק המחבר בין צינור שלנק המלא לצינור הסינון בעת ההיפוך. כדי למנוע את שלו, חשוב לחבר את צינור שלנק הריק לוואקום לפני היפוך המנגנון, כפי שמוצג, כך שעם ההיפוך, לתערובת התגובה אין מספיק זמן לחלחל החוצה מהחלק המחבר. נתק את צינור שלנק המכיל את המסנן שלך ממכשיר הסינון שלמעלה ואטום אותו עם פקק משומן.

הסר את הממס בתסנין בעזרת ואקום. לאחר הסרת כל הממס, פתח את צינור שלנק והוסף 5 מיל של אתר דיאתיל כדי לשטוף את מוצר קומפלקס הקרבן פלדיום n-הטרוציקלי שנותר מאחור. נענע בעדינות את הצינור לביצוע כביסה.

לאחר סיום הכביסה, נגב את השומן מפיו של הצינור ושפך את האתר לכוס. חזור על שלב הכביסה הזה כמה פעמים, הוסף חמישה מיל של אתר דיאתיל ורוקן אותו בכל פעם. לאחר שלב הכביסה האחרון, אטום את צינור שלנק עם פקק משומן וייבש את המוצר השטוף שלך פלדיום n-heterocyclic carbene קומפלקס עם ואקום.

לאחר הייבוש, נגב את השומן מפי הצינור ולאחר מכן אסוף את המוצר שלך לטיהור נוסף באמצעות התגבשות מחדש. לצורך התגבשות מחדש, מצא ממס מתאים לקומפלקס הקרבן הספציפי שלך פלדיום n-הטרוציקלי ובצע את אותם השלבים שהוצגו קודם לכן עבור המלחים. הממס צריך להיות כזה שהקומפלקס אינו מתמוסס בו בקלות בטמפרטורת החדר, אלא עושה זאת בעת חימום.

לאחר הטיהור, אסוף את המתחם שלך לאפיון. קומפלקסי הפלדיום n-הטרוציקליים המסונתזים היו מוצקים בצבע צהוב או שמנת והיו להם תפוקות נמוכות יותר מהמלחים, שנעו בין 25% ל-60%ארבעת קומפלקסי הפלדיום נבדקו לפעילות קטליטית בתגובות צימוד צולב של ארילציה וסוזוקי-מיאורה. כעת, תודגם השיטה הכללית לבדיקת הפעילות הקטליטית של הקומפלקסים המסונתזים בתגובות ארילציה.

בצע את כל התגובות הקטליטיות מתחת לאוויר במכסה אדים והשתמש בריאגנטים שנרכשו ללא טיהור נוסף. מהדקים צינור שלנק 25 מיל זקוף ומוסיפים לתוכו מוט מערבל, שני מילימול של 2-n-butylthiophene או 2-n-butylfuran, ומילימול אחד של אריל ברומיד שבחרת. לאחר מכן הוסף מילימול אחד של אשלגן אצטט, 0.01 מילימול של קומפלקס קרבן פלדיום n-הטרוציקלי שבחרת, ושני מיל של n, n-dimethylacetamide לתוך הצינור.

אוטמים את הצינור עם פקק משומן ומכניסים אותו לאמבט שמן. מערבבים את תערובת התגובה בזמנים שונים ובטמפרטורות שונות כדי למצוא את תנאי הזמן והטמפרטורה המובילים לתפוקת המוצר המקסימלית עבור התגובה הנתונה. לאחר שהתגובה הושלמה או פעלה למשך הזמן הרצוי, הסר את הממס בתערובת התגובה בוואקום, תוך שימוש בחום כדי לסייע במידת הצורך.

שחרר את צינור שלנק והוסף לתוכו תערובת אתר של 10 מיל עד שני מיל הקסאן-דיאתיל. תערובת ממס זו תהיה השלב הנייד שלך לכרומטוגרפיה של עמודת פלאש בשלבים הבאים. נענע את התערובת במרץ כדי להבטיח שהמוצר שלך יתמוסס בשלב הנייד ולא יישאר מאחור בצינור.

השתמש בטפטפת זכוכית כדי להרכיב עמוד כרומטוגרפיה פלאש לטיהור המוצר שלך. ראשית, הכניסו חבילת כותנה קטנה לטפטפת ודחפו אותה פנימה עד שהיא מונחת היטב בדיוק במקום שבו תא הזכוכית מתחיל להתדלל. לאחר מכן, הוסיפו סיליקה ג'ל על גבי חבילת הכותנה כך ש-2/3 מהחלק העבה של הטפטפת יתמלא.

מהדק את עמוד הסיליקה ג'ל שלך זקוף והשתמש בטפטפת זכוכית כדי להעביר אליו בהדרגה את תערובת התגובה שלך. הוצא את התערובת שלך דרך העמודה ואסוף את הנוזל המכיל את המוצר המטוהר שלך בכוס נקייה או במבחנה. העבירו את הנוזל שלכם לצינור נקי שניתן לחבר לוואקום ואטמו את הצינור עם פקק משומן.

הסר את הממס בנוזל הנוזל שלך עם ואקום. לאחר הסרת כל הממס, פתח את הצינור שלך והוסף 1.5 מיל דיכלורומתאן. נער בעדינות את הצינור כדי להמיס את המוצר שלך ובכך לאפשר את ניתוחו באמצעות כרומטוגרפיית גז.

תוצאות מייצגות מוצגות עבור ההשפעה הקטליטית של קומפלקסי הקרבן פלדיום n-הטרוציקליים על תגובות הארילציה שנחקרו. התגובה בין 2-n-butylthiophene ל-4-bromoacetophenone ניתנה כדוגמה כדי להדגיש את התוצאות הגרועות שהושגו בתגובות ארילציה בהיעדר זרז מתאים. לקטליזה של התגובה בין 2-n-butylfuran ל-4-bromoacetophenone, קומפלקס 6 היה מועמד טוב, בעוד שקומפלקסים 7 ו-8 ביצעו ביצועים טובים במיוחד.

קומפלקס שבע היה זרז מצוין לתגובה בין 2-n-butylfuran לברומובנזן. ההשפעה החיובית של עלייה בטמפרטורה על התפוקה עבור תגובה זו מראה שאם התגובה מזורזת על ידי קומפלקס מתאים, שינוי תנאי תגובה אחרים כגון טמפרטורה יכול לעזור למקסם את התשואה. עבור התגובה של 2-n-butylthiophene עם ברומובנזן, קומפלקס 8 היה זרז מצוין, בעוד שעבור התגובה בין 2-n-butylthiophene ל-4-bromoanisole, קומפלקס 5 פעל די טוב כזרז.

בסך הכל, כל אחת מתגובות הארילציה שנחקרו הייתה מזורזת היטב על ידי לפחות אחד מארבעת הקומפלקסים שסונתזו. ניתן לבצע עבודה נוספת כדי להגדיל את ערכי התפוקה עבור תגובות אלו על ידי שינוי תנאי תגובה כגון זמן וטמפרטורה. כעת, תודגם השיטה הכללית לבדיקת הפעילות הקטליטית של הקומפלקסים המסונתזים בתגובות צימוד צולב של סוזוקי-מיאאורה.

מהדקים צינור שלנק 25 מיל זקוף ומוסיפים לתוכו מוט מערבל, 1.5 מילימול של חומצה פנילבורונית או נגזרת של חומצה בורונית לבחירתך, מילימול אחד של אריל כלוריד שבחרת, ושני מילימול של נתרן טרט-בוטוקסיד כבסיס לתוכו. לאחר מכן הוסף 0.01 מילימול של קומפלקס פלדיום n-הטרוציקלי קרבן שבחרת ותערובת של שני מיל עד שני מיל DMF-מים לתוך הצינור. אטמו את הצינור עם פקק שומן והניחו אותו באמבט שמן.

מערבבים את תערובת התגובה בזמנים שונים ובטמפרטורות שונות כדי למצוא את תנאי הזמן והטמפרטורה המובילים לתפוקת המוצר המקסימלית עבור התגובה הנתונה. לאחר שהתגובה הושלמה או פעלה למשך הזמן הרצוי, הניחו לתערובת להתקרר לטמפרטורת החדר. שחרר את צינור שלנק והוסף תערובת הקסאן-אתיל אצטט של חמישה מיל עד מיל אחד לתערובת התגובה שלך.

אטמו מחדש את השפופרת ונערו את התערובת החדשה במרץ במשך מספר דקות כדי לאפשר נדידה של המוצר המסונתז לשלב הקסאן-אתיל אצטט. מהדקים את צינור שלנק זקוף ונותנים לתערובת להתייצב לשני שלבים נפרדים במשך מספר דקות. השתמשו בטפטפת זכוכית כדי לחלץ בזהירות את השלב האורגני העליון ולהעביר אותו לכוס נקייה המכילה גרם אחד של מגנזיום גופרתי נטול מים.

אבקת המגנזיום גופרתי תעזור להסיר שאריות מים מהשלב האורגני שחולק. חזור על כל תהליך המיצוי לפחות פעם אחת כדי למקסם את המיצוי של המוצר המסונתז שלך. הרכיבו עמוד סיליקה ג'ל כמו קודם כדי לטהר את המוצר שלכם עם כרומטוגרפיה של עמודת פלאש.

הפעם, תערובת ההקסאן-אתיל אצטט הקיימת בשלב האורגני המופק שלך תשמש כשלב הנייד. אסוף את החומר המכיל את המוצר המטוהר שלך בכוס נקייה או במבחנה ולאחר מכן נתח את המוצר שלך באמצעות כרומטוגרפיית גז. ההשפעה הקטליטית של הקומפלקסים על תגובות סוזוקי-מיאורה שנחקרו בין נגזרות חומצה בורונית לאריל כלורידים הייתה משתנה.

כאן, המטרה הייתה להשוות את הביצועים של ארבעת הקומפלקסים בקטליזה של תגובות אלה. לכן, עבור כל אחת מהתגובות שנחקרו, תנאי התגובה האחרים נשמרו קבועים. כלומר, תערובת של 2 מיל עד 2 מיל DMF-מים שימשה כממס, נתרן טרט-בוטוקסיד שימש כבסיס, התגובות הופעלו במשך שעתיים, וטמפרטורת התגובה נשמרה על 80 מעלות צלזיוס.

בתנאים אלה, קומפלקסים 5 עד 7 הוכיחו את עצמם כמועמדים טובים, בעוד שקומפלקס שמונה לא ביצע ביצועים טובים לקטליזה של התגובה בין 2, 5-dimethoxyphenylboronic חומצה ו-4-methoxy-1-chlorobenzene. לתגובה של חומצה 4-tert-butylphenylboronic ו-4-chlorotoluene בתנאים אלה, כל ארבעת הקומפלקסים הוכיחו את עצמם כזרזים מצוינים. לבסוף, עבור התגובה של חומצה תיאנפתן-2-בורונית עם 1-כלורו-4-ניטרובנזן בתנאים אלה, קומפלקסים 5 ו-6 לא תפקדו היטב כזרזים, בעוד שקומפלקסים 7 ו-8 הראו הבטחה מסוימת.

בסך הכל, כל אחת מתגובות סוזוקי-מיאורה שנחקרו הואצה היטב על ידי לפחות אחד מארבעת הקומפלקסים שסונתזו. עבור אותם מקרים שבהם הקומפלקס הנבחר ביצע היטב בזירוז התגובה הנתונה, ניתן לבצע עבודה נוספת כדי להגדיל את ערכי ההמרה והתפוקה על ידי תנאי תגובה משתנים כמו זמן, טמפרטורה, הרכב ממס והבסיס בו נעשה שימוש. לסיכום, סרטון זה הציג את הפרוטוקולים המפורטים והכלליים לסינתזה וטיהור של מלחי בנזמידזוליום, ובהמשך, קומפלקסי הקרבן ההטרוציקליים של פלדיום.

הסרטון הראה גם את הפרוטוקולים המפורטים והכלליים לבדיקת הפעילות הקטליטית של הקומפלקסים בתגובות צימוד צולבות שונות של ארילציה וסוזוקי-מיאורה. לאחר שליטה בפרוטוקולים אלה, אתה אמור להיות מסוגל להתאים אותם בקלות לסינתזה, טיהור ובדיקה של הפעילות הקטליטית של קומפלקסים רבים אחרים של פלדיום n-הטרוציקלי קרבן.