Summary
Benzimidazolyum tuzlarından dört paladyum N -heterosiklik karben kompleksinin sentezi ve daha sonra saflaştırılması için ayrıntılı ve genel protokoller sunulmuştur. Kompleksler, arilasyon ve Suzuki-Miyaura reaksiyonlarında katalitik etkinlik açısından test edildi. İncelenen her reaksiyon için, dört kompleksden en az biri reaksiyonu başarıyla katalize etti.
Abstract
Benzimidazolyum tuzlarından dört paladyum N -heterosiklik karben kompleksinin sentezi ve daha sonra saflaştırılması için ayrıntılı ve genel protokoller sunulmuştur. Bu gibi komplekslerin arilasyon ve Suzuki-Miyaura çapraz bağlanma tepkimelerinde katalitik aktivitesinin test edilmesi için ayrıntılı ve genel protokoller de sunulmuştur. Arilasyon ve Suzuki-Miyaura tipi reaksiyonlarda dört kompleksin katalitik aktivitesi için temsilci sonuçları gösterilmektedir. İncelenen reaksiyonların her biri için, dört kompleksden en az bir tanesi reaksiyonu başarıyla katalize etti ve birçok karbon-karbon bağını oluşturan reaksiyonların katalizörü için umut verici adaylar olarak nitelendirdi. Sunulan protokoller, yeni paladyum N -heterosiklik karben komplekslerinin sentezi, arıtılması ve katalitik aktivite testleri için uyarlanacak kadar geneldir.
Introduction
N -heterosiklik karbenler (NHCs) özellikle metatez, furan oluşturma, polimerizasyon, hidrosililasyon, hidrojenasyon, arillenme, Suzuki-Miyaura çapraz bağlama ve Mizoroki-Heck çapraz bağlama gibi çeşitli önemli reaksiyonları katalizleme yetenekleri açısından çok dikkat çekmiştir 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 . NHC'ler metallerle birleştirilebilir; Bu gibi metal-NHC kompleksleri, yardımcı metal ligandları olarak geçiş metali katalizli reaksiyonlarda yaygın olarak kullanılmaktadır ve organokatalizörler 12 , 13 , 14 , 15 , 16 . Genellikle metal-karbon koordinasyon bağlarının yüksek ayrışma enerjilerinin bir sonucu olarak hava, nem ve ısıya karşı olağanüstü kararlıdırlar 17 .
Burada, dört benzimidazolyum tuzunun (bileşik 1 - 4 ) ve bunların paladyum NHC komplekslerinin (sırasıyla bileşik 5 - 8 ) sentezi ve saflaştırılması için protokoller ayrıntılı olarak belirtilmiştir 18 . Tuzlar ve kompleksler daha önce çeşitli teknikler kullanılarak karakterize edildi 18 . Arilasyon ve Suzuki-Miyaura çapraz bağlanma reaksiyonları 9 , 10 , 11'in katalizörü için benzer bileşikler kullanıldığından, arilasyon ve Suzuki-Miyaura reaksiyonlarındaki komplekslerin katalitik aktivitesinin test edilmesi için protokoller aDetaylı. Önemlisi, komplekslerin katalitik aktivitesini sentezleme, saflaştırma ve test etme protokolleri, yeni paladyum NHC komplekslerine kolay adaptasyon sağlayacak kadar genel olarak sunulmuştur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Dikkat: Aşağıda ayrıntılı olarak verilen protokollerin bir bölümünde birçok uçucu çözücü kullanılmaktadır, bu nedenle tüm deneyleri bir duman kaputunda gerçekleştirin. Uygun kişisel koruyucu ekipman kullanın ve kullanmadan önce her reaktifin MSDS'sine danışın; Burada, tehlikeli reaktifler ve basamaklar hakkında kısa bilgiler verilmiştir.
1. Benzimidazolyum tuzlarının (bileşik 1-4) sentezi ve saflaştırılması,
- 100 mL'lik bir Schlenk tübünü dik duracak şekilde sıkıştırın ve bir katalizör çubuğu, 1 mmol benzimidazol, 1 mmol potasyum hidroksit ve çözücü olarak 60 mL etil alkol koyun.
Dikkat: Potasyum hidroksit zararlı olabilir. Tozlarını solumaktan ve sudan uzak tutmaktan kaçının.
Dikkat: Etil alkol uçucu ve yanıcıdır. Açık alevlerden veya tutuşma kaynaklarından uzak tutun.
Not: Potasyum hidroksit yoksa sodyum hidroksit kullanılabilir. Konuyla görüşünE Bu önerilen değişiklikle başlamadan önce sodyum hidroksit MSDS. - Gelmesi için karıştırma adımları sırasında reaksiyon karışımının eşit ve güvenli bir şekilde ısıtılması için Schlenk tüpünü bir yağ banyosuna yerleştirin. Karıştırma işlemi esnasında solventin buharlaşmasını önlemek için tüpü bir yoğunlaştırıcıya takın. Cam montaj parçalarının yeterince yağlanıp yağlanmadığından emin olun.
- Benzimidazol moleküllerinde azot-hidrojen bağının parçalanmasının yanı sıra tüm katıların tamamen çözülmesini sağlamak için reaksiyon karışımını 25 ° C'de 1 saat karıştırın.
Not: Bu karıştırma basamağı için bir kondenser kullanmak zorunlu değildir ancak aşağıdaki adım 1.5'te geri akış için bir kondansatör kullanılması gerektiği için kondenseri bu adımda kurmak ve bunu her iki adım için de kullanışlı olabilir. Aksi takdirde, bu basamak Schlenk tüpünü yağlanmış bir tıpayla kapatarak gerçekleştirilebilir. - 1 saat sonra, Schlenk tüpünü kondenserden ayırın ve seçilen 1 mmol'lük birRil halid ile karışıma eklenir.
Dikkat: Aril halojenürler tahriş edici niteliktedir ve zararlı olabilir. Devam etmeden önce ilgili MSDS'lere danışın. - Schlenk tüpünü kondansatöre tekrar bağlayın ve reaksiyonun tamamlanmasına izin vermek için karışımı 78 ° C'de (etil alkolün kaynama noktasına yakın) 6 saat geri akıttırın. Geri akıtı tamamlandıktan sonra karışımın 25 ° C'ye soğumasını sağlayın.
- Schlenk tüpünü kondenserden çıkarın ve yağın tüpün ağzından silinmesi için kağıt havlu kullanın. Ardından reaksiyon karışımı bir huni ve filtre kağıdıyla filtreleyerek reaksiyon sırasında oluşan potasyum klorür çökeltisini çıkarın. Süzülen maddeyi bir beher içerisinde toplayın.
- N- alkilbenzimidazol ürününü içeren filtratı temiz bir Schlenk tüpüne aktarın. Tüpü yağlanmış bir tıpa ile sızdırmaz hale getirin ve filtrat içindeki etil alkol çözücüsünü vakum ile çıkarın.
Not: Protokoldeki tüm adımlar içinVakumda vakumla tutturulmuş borunun hafifçe ve sürekli çalkalanmasının yanı sıra orta derecede bir kuvvet vakumu kullanın. - Solventin tümü çıkarıldıktan sonra Schlenk tüpünü açın ve geride bırakılan N- alkilbenzimidazol ürününü yıkamak için 5 mL dietil eter ekleyin. Yıkama yapmak için tüpü yavaşça sallayın.
- Yıkama işlemi tamamlandıktan sonra yağın tüpün ağzından silinmesi için kağıt havlu kullanın ve eteri bir behere koyun. Bu yıkama adımını birkaç kez tekrarlayın, 5 mL dietil eter ilave edin ve her seferinde dekantte edin.
Dikkat: Dietil eter uçucu ve yanıcıdır. Açık alevlerden veya tutuşma kaynaklarından uzak tutun.
Not: Protokoldeki tüm yıkama adımları için, 1) yıkanan madde ile reaksiyona girmemesi, 2) yıkanan maddeyi çözmemesi ve 3) kolayca buharlaşması durumunda başka bir çözücü kullanılabilir.
- Yıkama işlemi tamamlandıktan sonra yağın tüpün ağzından silinmesi için kağıt havlu kullanın ve eteri bir behere koyun. Bu yıkama adımını birkaç kez tekrarlayın, 5 mL dietil eter ilave edin ve her seferinde dekantte edin.
- Son yıkama adımından sonra, Schlenk tüpünü birYağlanmış tıpa ve yıkanmış N- alkilbenzimidazol ürününü vakum ile kurutun. Kurumadan sonra, gresin tüpün ağzından silinmesi için kağıt havlu kullanın ve sonra ürünü bir sonraki reaksiyonda kullanmak için küçük bir şişeye aktarın.
Not: Protokol burada duraklatılabilir ve daha sonra tekrar başlatılabilir. - Temiz bir Schlenk tübünü dik duracak şekilde sıkıştırın ve içindeki havayı argon gazı ile temizleyerek dışarı atın. Tüpün yan kolundaki gazı tanıtın ve bu işlem sırasında borunun ağzını tıkalı bırakmayın. Argon havadan daha ağırdır, bu nedenle boruyu aşağıdan yukarıya doldurarak havayı dışarı atar. Bir sonraki aşamada reaktifleri ilave ederken tüpü argon ile temizlemeye devam edin.
- Çözücü olarak Schlenk tüpüne bir karıştırıcı çubuğu, 1 mmol N- alkilbenzimidazol, 1 mmol seçilmiş alkil halid ve 4 mL susuz N , N- dimetilformamid (DMF) ilave edin. Tüm reaktifler eklendikten sonra, tüpün ağzını çabucak kapatınYağlanmış bir tıpa ile kapatın, ardından kolu döndürerek yanarmasını kapatın ve argon gazı kapatın.
Dikkat: Alkil halidler tahriş edici niteliktedir ve zararlı olabilir. Devam etmeden önce ilgili MSDS'ye danışın.
Dikkat: DMF yanıcıdır. Açık alevlerden veya tutuşma kaynaklarından uzak tutun. - Kapatılan Schlenk tüpünü bir yağ banyosuna yerleştirin ve reaksiyonun tamamlanmasına izin vermek için reaksiyon karışımını 80 ° C'de 24 saat karıştırın.
Not: Bu reaksiyon atıl bir atmosferde gerçekleştirilmelidir, böylece yukarıda bahsedilen argon içeren tasfiye aşamaları dikkatlice takip edilmelidir. - 24 saat sonra karışımdaki DMF çözücüsünün bir kısmını vakum ile çıkarın; Yaklaşık 1-2 dakika vakumlama yeterli olmalıdır.
Not: İstenirse, gres benzeri karışımdan tüm DMF solventlerini çıkarın, ancak bu gerekli değildir. - Schlenk tüpünü açın ve 15 mL dietil eter ekleyin. Çözün mi?Benzimidazolyum tuzu ürünü çökene kadar karıştırın.
Not: Dietil eter yoksa petrol eteri kullanılabilir. Önerilen bu değişikliğe devam etmeden önce petrol eteri MSDS'ye başvurun. - Çökelti oluştuktan sonra uygun bir filtreleme metodu kullanarak dietil eteri çıkarın.
NOT: Özel bir cam tüp kullandık, yan kol, dahili bir filtre ve iki açık uçla Schlenk tüpleri takılabilir; Bu tüp üzerindeki yan kol ve Schlenk tüpleri vakumda tutturulabileceği için, bu filtreleme tüpü; 1) çökeltme aşamasından sonra filtreleme ve ayrıca yıkama adımları getirme ve 2) yıkamadan sonra kurutma adım.- Benzer bir şey kullanılıyorsa, dolu Schlenk tüpünü filtreleme tüpünün bir ucuna ve diğer ucuna boş bir Schlenk tüpü takın. Daha sonra boş Schlenk tüpünü vakumda tutturun ve cihazı dikkatlice ve yavaşça ters çevirin kiDietil eter filtreden bu boş Schlenk tüpüne geçer. Bununla birlikte, böyle bir tüp bulunamazsa, bir huni ile filtreleme ve filtre kağıdı gibi diğer yöntemleri kullanın.
- Tuz ürününü 15 mL dietil eter ile yıkayın ve 1.15 adımında kullanılanla aynı filtrasyon yöntemini kullanarak dietil eteri çıkarın. Bu yıkama adımını, 15 mL dietil eter kullanarak birkaç kez tekrarlayın ve her seferinde süzün.
- Son yıkama adımından sonra, yıkanmış tuz ürününü (burada filtre tüpünün içinde vakum ile kurutun) kurutun ve tekrar kristalleştirme yoluyla daha fazla arındırmak için toplayın.
Not: Protokol burada duraklatılabilir ve daha sonra tekrar başlatılabilir. - Temiz bir Schlenk tüpüne tuz ve bir etil alkol-dietil eter karışımı (12 mL: 4 mL) ilave edin. Karışımı, tuz tamamen çözülene kadar bir ısı tabancası kullanarak ısıtın.
- Ardından tüpü yağlanmış bir tıpa ile kapatın ve neredeyse yatay konumda sıkın. Bırak tOda sıcaklığında yeniden kristalleştirmek için tuz yapar.
- Tuz yeniden kristalleştirildikten sonra, yağın tüpün ağzından silinmesi için kağıt havlu kullanın ve tuz kristallerini ayırmak için karışımı huni ve filtre kağıdıyla filtreleyin.
- Tuz kristallerini huni içinde hala 15 ml dietil eter ile filtre kağıdında iken yıkayın. Bu yıkama adımını birkaç kez tekrarlayın.
- Son yıkama adımından sonra, kristallerin havada filtre kağıdında kurumasına izin verin. Karakterizasyon ve paladyum NHC kompleksinin sentezi için saflaştırılmış tuzu toplayın.
Not: Protokol burada duraklatılabilir ve daha sonra tekrar başlatılabilir. - Daha önce bildirildiği gibi tuzu karakterize edin 18 .
2. Paladyum NHC komplekslerinin sentezi ve saflaştırılması (bileşik 5-8)
- 75 mL'lik bir Schlenk tübünü dik duracak şekilde sıkıştırın ve bir karıştırıcı çubuğu, seçilen benzimidazolyum tuzunun 1 mmol, 1 mmol pallAdium klorür, baz olarak 5 mmol potasyum karbonat ve 3 mL 3-kloropiridin buna ilave edilir.
Dikkat: Paladyum klorür toksiktir ve tahriş edicidir.
Dikkat: Potasyum karbonat zararlı olabilir. Tozlarını solumaktan ve sudan uzak tutmaktan kaçının.
Dikkat: 3-kloropiridin son derece zararlıdır. Toksik ve aşındırıcıdır. Cilde temasından kaçınınız ve gazlarını solumayınız. - Tüpü yağlanmış bir tıpa ile kapatın ve bir yağ banyosuna yerleştirin. Reaksiyon karışımını 80 ° C'de 16 saat boyunca karıştırarak paladyum NHC kompleksinin sentezini tamamlamasını sağlayın.
- 16 saat sonra karışımın oda sıcaklığına soğumasına ve tüpün izolasyonunun açmasına izin verin. Aşağıdaki 2.4 ve 2.5 adımlarında tarif edilen filtrelemenin verimliliğini arttırmak için karışıma 10 mL diklorometan ilave edin; Bu isteğe bağlıdır ve arzu edilirse atlanabilir.
Dikkat: Diklorometan toksiktir, tahriş edici birŞüphelenilen bir kanserojen. Cilde temasından kaçınınız ve gazlarını solumayınız. - Reaksiyon karışımından reaksiyona girmemiş paladyum klorid ve benzimidazolyum tuzunu uzaklaştırmak için aşağıdaki filtreleme aparatını monte edin: Musluk olmadan cam filtreleme tüpünü kullanın.
- Önce, tüpün ortasında bulunan filtrenin üzerine filtre ajan tabakası yapmak için filtre ajanının (örneğin, Celite) dört spatülünü tüpe ekleyin. Ardından filtre ajanı tabakasının üzerine dört spatula silika jeli ekleyin. Son olarak, filtre ajanı ve silika katmanları filtre ve pamuklu çubuk arasında sabitlenecek şekilde, silika jel katının üzerinde küçük bir pamuk çubuk sıkıştırın.
- Reaksiyon karışımını filtre ajanı ve silika jel ile aşağıdaki gibi filtre edin: Reaksiyon karışımını ihtiva eden Schlenk tüpünü, Schlenk tüpünün filtre tüpünün sonuna pamuklu çubuk ile dönecek şekilde cam filtreleme tüpüne bağlayın. Ardından, boş bir Schlenk tüpünü diğer ucuna takın.Filtreleme tüpü.
- Boş Schlenk tüpünü vakuma bağlayın ve tepkime karışımı pamuk, silis, filtre maddesi ve filtre katmanları boyunca filtrelenecek şekilde aygıtı dikkatlice ve yavaş yavaş tersine çevirin. Palladyum NHC kompleksi içeren süzüntü boş Schlenk tüpüne girecekken tepkimemiş paladyum klorür ve benzimidazolyum tuz katmanlarda tutulacaktır.
Not: Reaksiyon karışımına (basamak 2.3) diklorometan eklenirse, filtreleme tüpünün içindeki bir miktar basınca katkıda bulunabilir ve bu, sıvının, ters çevirme üzerine dolu Schlenk tüpü ile filtreleme borusu arasındaki bağlantı parçasından sızmasına neden olabilir. Bunu önlemek için, cihazın ters çevirilmesinden önce boş Schlenk tüpünün vakumda bağlanması (yukarıda tarif edildiği gibi) önemlidir; böylece, ters çevirme üzerine, reaksiyon karışımının, yukarıda belirtilen bağlantı parçasından sızmak için yeterli süreye sahip olmaz.
- Boş Schlenk tüpünü vakuma bağlayın ve tepkime karışımı pamuk, silis, filtre maddesi ve filtre katmanları boyunca filtrelenecek şekilde aygıtı dikkatlice ve yavaş yavaş tersine çevirin. Palladyum NHC kompleksi içeren süzüntü boş Schlenk tüpüne girecekken tepkimemiş paladyum klorür ve benzimidazolyum tuz katmanlarda tutulacaktır.
- Schlenk tüpünü ayırınFiltratın yukarıdaki filtreleme cihazından alınması ve yağlanmış bir tıkaç ile kapatılması. Filtredeki çözücüyü vakum ile çıkarın.
- Solventin tümü çıkarıldıktan sonra Schlenk tüpünü açın ve geride bırakılan paladyum NHC kompleks ürününü yıkamak için 5 mL dietil eter ekleyin. Yıkama yapmak için tüpü yavaşça sallayın. Yıkama işlemi tamamlandıktan sonra yağın tüpün ağzından silinmesi için kağıt havlu kullanın ve eteri bir behere koyun. Bu yıkama adımını birkaç kez tekrarlayın, 5 mL dietil eter ilave edin ve her seferinde dekantte edin.
- Son yıkama adımından sonra, Schlenk tüpünü yağlanmış bir tıpa ile kapatın ve yıkanmış paladyum NHC kompleks ürününü vakum ile kurutun. Kurumadan sonra, gresin tüpün ağzından silinmesi için kağıt havlu kullanın ve daha sonra yeniden kristalleştirmeyle daha fazla arındırmak için ürünü toplayın.
Not: Protokol burada duraklatılabilir ve daha sonra tekrar başlatılabilir. - Yeniden kristalleştirme için,Spesifik paladyum NHC kompleksi için uygun çözücü (yani, kompleks oda sıcaklığında kolaylıkla çözünmez fakat ısıtma üzerine bunu yapar) ve tuzlar için (adım 1.18 ila 1.22) aynı adımları izleyin. Ardından, karakterizasyon için saflaştırılmış kompleksi toplayın.
Not: Protokol burada duraklatılabilir ve daha sonra tekrar başlatılabilir. - Daha önce bildirildiği gibi kompleksi karakterize edin 18 .
3. Arilasyon reaksiyonlarında komplekslerin (5-8) katalitik aktivitesi
- Havadaki tüm katalitik reaksiyonları duman kaputunda gerçekleştirin.
- Satın alınan reaktifleri, karbon-karbon bağ oluşturma tepkimelerinde daha fazla arındırma yapmadan kullanın.
- 25 mL'lik bir Schlenk tübünü dik olarak sıkıştırın ve bir karıştırıcı çubuğu, 2 mmol 2- n- butiltiyofen veya 2- n- butilfuran ve 1 mmol seçilen aril bromür ekleyin.
Dikkat: 2- n- butiluran ve2- n- bütiltiyofen hem akut olarak toksiktir. Deri temasını engelleyin ve gazlarını solumayın. - Daha sonra 1 mmol potasyum asetat, 0.01 mmol seçilen paladyum NHC kompleksi ve 2 mL N , N- dimetilasetamit (DMA) tüp içine ilave edilir.
Dikkat: DMA zehirlidir. Cilde temasından kaçınınız ve gazlarını solumayınız. - Tüpü yağlanmış bir tıpa ile kapatın ve bir yağ banyosuna yerleştirin. Verilen reaksiyon için maksimum ürün verimine yol açan zaman ve sıcaklık koşullarını bulmak için reaksiyon karışımını çeşitli zamanlarda ve çeşitli sıcaklıklarda karıştırın.
Not: Reaksiyonun ilerleyişini ince tabaka kromatografisi (TLC) izleyebilir ancak ancak farklı reaksiyon koşullarının verim üzerindeki etkisini (kataliz için kullanılan paladyum NHC kompleksi dahil) karşılaştırırsanız, reaksiyonun tamamlanmasına gerek yoktur. Bu gibi durumlarda, reaksiyonu gereken süre altındaki sabit bir süre için çalıştırınTamamlanması ve test edilen reaksiyon koşullarının değiştirilmesi için. Reaksiyon, istenen sürede çalıştırıldıktan sonra, bir sonraki aşamada açıklandığı üzere, reaksiyon karışımından solventi çıkararak durdurun.- TLC ile reaksiyonun ilerleyişini izlemek için, tepkime karışımının bir TLC plakasındaki hareketi, reaktanlarınkiyle karşılaştırın; Karışım hala reaktanların lekelerini üretirse, bu reaksiyonun henüz tamamlanmadığına işaret eder. Belirli bir süre sonunda reaksiyon karışımından bir numune almak için, reaksiyon devam ederken Schlenk tüpünü açın ve hızlı bir şekilde TLC testi için bir damla elde etmek için kılcal bir tüp kullanın. Karışımı ve tepkenleri TLC plakası ile çalıştırmak için, özel durum için uygun bir çözücü (mobil faz) bulun.
- Tepkime tamamlandıktan veya istenen süre boyunca çalıştıktan sonra, reaksiyon karışımı içindeki çözücüyü vakum ile çıkarın.
- Schlenk tüpünü açın ve bir hekzan-dietil eter mIçine (10 mL: 2 mL) katın. Bu çözücü karışımı, aşağıda 3.8 ve 3.9. aşamalarda flaş kolon kromatografisi için mobil faz olacaktır. Ürünün hareketli fazda erimesini ve tüpün içinde geride kalmamasını sağlamak için karışımın şiddetle sallayın.
Dikkat: Heksan uçucu ve yanıcıdır. Dumanını solumaktan ve açık alevlerden veya tutuşma kaynaklarından uzak tutmaktan kaçının. - Ürünü arıtmak için aşağıdaki gibi bir flaş kromatografi kolonu monte edin: Bir cam damlalık kullanın. Önce, damlalık içine küçük bir pamuklu çubuk takın ve cam bölmenin inceltmeye başladığı yere sıkıca oturuncaya kadar itin. Ardından, damlabanın kalın bölümünün üçte ikisinin dolması için silikon jelini pamuklu çubuk üzerine ekleyin.
- Silika jel sütununu dik tutun ve reaksiyon karışımını kademeli olarak içine aktarmak için cam damlalık kullanın. Karışımı kolondan geçirin ve saflaştırılmış ürünü içeren yıkama sıvısını temiz bir beher veya testte toplamayıntüp.
Not: Protokol burada duraklatılabilir ve daha sonra tekrar başlatılabilir. - Kirli maddeyi vakumla tutturulabilen temiz bir tüpe aktarın ve tüpü yağlanmış bir tıpa ile kapatın. Eluent içindeki çözücüyü vakum ile çıkarın.
Not: Protokol burada duraklatılabilir ve daha sonra tekrar başlatılabilir. - Solventin tümü çıkarıldıktan sonra, boruyu açın ve 1.5 mL diklorometan ekleyin. Ürünü çözmek için yavaşça sallayın ve böylece GC veya GC / MS ile analizine izin verin. Verimi GC veya GC / MS 19 , 20 , 21 , 22 , 23 kullanarak hesaplayın.
Not: Diklorometan yoksa kloroform kullanılabilir. Önerilen bu değişikliğe devam etmeden önce kloroform MSDS'ye başvurun.
4. Koalisyon faaliyetiSuzuki-Miyaura çapraz bağlanma reaksiyonlarındaki mplexes (5-8)
- Daha önce bildirilen protokoller 18 , 24'e göre tüm katalitik reaksiyonları gerçekleştirin.
- 25 mL'lik bir Schlenk tüpünü dik tutun ve bir karıştırıcı çubuk, 1.5 mmol fenilboronik asit veya seçilen borik asit türevi, 1 mmol seçilmiş aril klorür ve 2 mmol sodyum tert-butoksit bir baz olarak ilave edin.
Dikkat: Fenilboronik asit ve türevleri iritandır ve toksik olabilir. Cilt ile temasından kaçının. Devam etmeden önce ilgili MSDS'lere danışın.
Dikkat: Aril klorürler zararlıdır ve spesifik kimyasala bağlı olarak toksik ve yanıcı olabilir. Devam etmeden önce ilgili MSDS'lere danışın.
Dikkat: Sodyum tert-butoksit yanıcı bir katıdır. Çözelti halinde su ve kostik ile oldukça reaktiftir. Açık alevlerden veya ateşleme kaynaklarından uzak tutun ve cilde temasını engelleyin. <Br /> Not: Sodyum tert-butoksit mevcut değilse, potasyum hidroksit, sodyum hidroksit, potasyum karbonat, sodyum karbonat, potasyum asetat, sodyum asetat veya potasyum tert-butoksit kullanılabilir. Önerilen bu değişikliklere devam etmeden önce bu temellerin MSDS'lerine başvurun. - Seçilen paladyum NHC kompleksinin 0.01 mmol'unu tüp üzerine ilave edin.
- Tüp içine bir DMF-su karışımı (2 mL: 2 mL) ekleyin.
Not: Gerekirse, suya karşı yüksek bir DMF oranı kullanın veya tek başına DMF kullanın. - Tüpü yağlanmış bir tıpa ile kapatın ve bir yağ banyosuna yerleştirin. Verilen reaksiyon için maksimum ürün verimine yol açan zaman ve sıcaklık koşullarını bulmak için reaksiyon karışımını çeşitli zamanlarda ve çeşitli sıcaklıklarda karıştırın.
Not: Tepkimenin ilerleyişini TLC izleyebilir, ancak verim üzerindeki farklı tepkime koşullarının etkisini karşılaştırırsanız (kedi için kullanılan paladyum NHC kompleksi dahilAlysis), daha sonra reaksiyonun tamamlanmasına gerek yoktur. Bu gibi durumlarda, reaksiyonu, tamamlanması için gereken sürenin altında sabit bir süre uygulayın ve test edilen reaksiyon koşullarını değiştirin. Tepkime, istenen süre kadar çalıştırıldıktan sonra durdurun ve bir sonraki adıma geçin. TLC ile reaksiyonun ilerleyişini takip etmek için lütfen bazı ayrıntılar için 3.5.1 adımına bakın. - Reaksiyon tamamlandıktan veya istenen süre boyunca çalıştırıldıktan sonra, karışımın oda sıcaklığına soğumasına izin verin. Schlenk tüpünü açın ve reaksiyon karışımına bir hekzan-etil asetat karışımı (5 mL: 1 mL) ilave edin. Tüpü yeniden sıkıştırın ve sentezlenen ürünün hekzan-etil asetat fazına geçmesini sağlamak için yeni karışımı birkaç dakika kuvvetli bir şekilde sallayın.
Dikkat: Etil asetat uçucu ve yanıcıdır ve ciddi göz hasarına neden olabilir. Dumanını solumaktan ve açık alevlerden veya tutuşma kaynaklarından uzak tutmaktan kaçının. - Sch kelepçeyi sıkıştırTüp dik durur ve karışımın birkaç dakika boyunca iki ayrı faza oturmasına izin verin.
- Üstteki organik fazı özenle çıkarmak için bir cam damlalık kullanın ve 1 gr susuz magnezyum sülfat ihtiva eden temiz bir behere aktarın. Magnezyum sülfat tozu, çıkan organik fazdaki artık suyun giderilmesine yardımcı olacaktır.
- Sentezlenen ürünün ekstraksiyonunu maksimize etmek için 4.6 - 4.8 arası adımları en az bir kez tekrarlayın.
- Ürünü flaş kolon kromatografisiyle arıtmak için 3.8 ve 3.9 numaralı adımları izleyin. Çıkarılan organik fazda bulunan heksan-etil asetat karışımı, bu saflaştırma aşaması için mobil faz olarak görev yapacaktır. Saf bir ürünü içeren temizleyici ürünü içeren bir yıkayıcı veya test tüpünü alın.
Not: Protokol burada duraklatılabilir ve daha sonra tekrar başlatılabilir. - Ürünü analiz edin ve verimi GC veya GC / MS 19 , 20 ,21 , 22 , 23 .
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Benzimidazolyum tuzları ( l - 4 ) ( Şekil 1 ), N- alkilbenzimidazolleri ve çeşitli alkil halojenürleri kullanarak susuz DMF içerisinde sentezlendi, daha sonra saflaştırıldı ve 18 , 24 öncesi rapor edildiği gibi karakterize edildi. Bunlar beyaz veya krem rengi katılardır ve verimi% 62 ila% 97 arasında değişirler. Paladyum NHC kompleksleri ( 5 - 8 ) ( Şekil 2 ) tuzlardan sentezlendi, saflaştırıldı ve karakterize edildi, aynı zamanda 18 , 24'ün raporunda belirtildiği gibi. Bunlar sarı veya krem renkli katı maddelerdi ve tuzlardan% 25 ila% 60 arasında değişen daha düşük verimliydiler. Dört paladyum kompleksi, arilasyon ve Suzuki-Miyaura çapraz bağlanma reaksiyonlarında katalitik etkinlik açısından test edildi.
n- butiltiyofen ve 4-bromoasetofenon arasındaki reaksiyon (Tablo 1, giriş 1) verilmiştir; Bu özel reaksiyon 110 ° C'de 1 saat sonra bir katalizör kompleksinin yokluğunda sadece% 1 verim verdi. 2- n- butilfuran ile 4-bromoasetofenon reaksiyonu için, 5-8 kompleksleri 110 ° C'de 1 saat sonra sırasıyla% 14, 49, 83 ve% 89'luk verim sağlamıştır (Tablo 1, kayıtlar 2-5). Tablo 1'deki 6-8 girişleri, kompleks 7 varlığında 2- n- butilfuran ve bromobenzen arasındaki reaksiyonu göstermektedir; Sırasıyla 80, 90 ve 110 ° C'de 21 saat sonra 71, 84 ve 98'in oldukça iyi verimleri elde edildi. Tablo 1'deki geri kalan 2 kayıt (kayıt 9 ve 10), 2- n- bütiltiyofenin bromobenzle reaksiyonunu göstermektedirNe ve 4-bromoanisolden türetilmiştir. Bu reaksiyonların ilki, 110 ° C'de 1 saat sonra% 97'lik bir verim elde edilmesini sağlayan kompleks 8 tarafından katalize edildi (Tablo 1, giriş 9). İkinci reaksiyon 130 ° C'de 1 saat sonra% 79'luk bir verim verecek şekilde kompleks 5 ile katalize edildi (Tablo 1, giriş 10).
Komplekslerin boronik asit türevleri ve aril klorürler arasındaki Suzuki-Miyaura reaksiyonları üzerindeki katalitik etkisi değişkendir (Tablo 2). Burada, amaç, bu reaksiyonların katalizindeki dört kompleksin performansını karşılaştırmaktı; bu nedenle incelenen reaksiyonların her biri için diğer reaksiyon koşulları sabit tutuldu: çözücü olarak 2 mL: 2 mL DMF-su karışımı kullanıldı Sodyum tert-butoksit baz olarak kullanıldı, reaksiyonlar 2 saat sürdürüldü ve reaksiyon sıcaklığı 80 ° C'de tutuldu. Bu koşullar altında, 5-8 kompleksleri sırasıyla 67, 55, 77 ve 25'lik dönüşümlerle sonuçlandı ve verim 56, 51,2,5-dimetoksifenilboronik asit ile 4-metoksi-l-klorobenzen (Tablo 2, girişler 1-4) reaksiyonu için% 59 ve% 9'dur. Bu koşullar altında 4-tert-bütilfenilboronik asit ile 4-klorotoluen'in reaksiyonu için, 5-8'in tüm dört kompleksi mükemmel katalizörler olduğu kanıtlandı ve 99, 99, 98 ve 100'lük dönüşümler elde edildi ve 92, 95'lik verimler elde edildi , Sırasıyla% 93 ve% 99.9'dur (Tablo 2, kayıtlar 5-8). Son olarak, tianaften-2-boronik asidin 1-kloro-4-nitrobenzen ile bu koşullar altında reaksiyonu için, kompleksler 5-8 sırasıyla% 5,% 9,% 55 ve% 30'luk dönüşümlerle sonuçlandı ve 3, 1, % 35 ve% 14'tür (Tablo 2, kayıtlar 9-12).
Şekil 1 : Benzimidazolyum tuzlarının sentezi.
Benzimidazolyum tuzları oluşturmak için 1-alkilbenzimidazol ve çeşitli alkil halojenürler arasındaki reaksiyonların şeması <Strong> 1-4. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Şekil 2 : Paladyum NHC komplekslerinin sentezi.
Benzimidazolyum tuzları 1-4 , paladyum klorid, potasyum karbonat ve 3-kloropiridin arasındaki tepkimelerin şeması ile paladyum NHC kompleksleri oluşturulur 5-8 . Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Tablo 1: Katalizlenmiş arilasyon reaksiyonları - temsilci reçinelt.
Çeşitli aril bromürlerle heteroaril türevlerinin, sentezlenmiş paladyum NHC komplekslerinin varlığında arilasyonu. Tepkime koşulları: 2- n- butiltiyofen veya 2- n- butilfuran (2 mmol), aril bromür (4-bromoasetofenon, bromobenzen veya 4-bromoanisol) (1 mmol), paladyum NHC kompleksi ( 5-8 ) Potasyum asetat (1 mmol), DMA (2 mL), 80-130 ° C, 1-21 saat. Bu tablonun daha büyük bir sürümünü görmek için lütfen tıklayınız.
Tablo 2: Katalizli Suzuki-Miyaura reaksiyonları - temsili sonuçlar.
Suzuki-Miyaura, boronik asit türevlerinin, aril klorürler ile sentezlenmiş paladyum NHC komplekslerinin varlığında çapraz bağlanma reaksiyonları. Tepkime koşulları: boroNik asit türevi (1.5 mmol), aril klorür (1 mmol), sodyum tert-bütoksit (2 mmol), paladyum NHC kompleksi ( 5-8 ) (0.01 mmol), DMF-su (2 mL: 2 mL), 80 ° C, 2 saat. Bu tablonun daha büyük bir sürümünü görmek için lütfen tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Dört benzimidazolyum tuzunun sentezi ve saflaştırılması için protokoller ve daha sonra bunların paladyum NHC kompleksleri kasıtlı olarak, genç bilim insanlarına veya tarlalara yeni gelen kişilere yardımcı olmak için kasıtlı bir şekilde sunulmuştur. Bu aynı amaç göz önüne alındığında, arilasyon ve Suzuki-Miyaura reaksiyonlarındaki dört kompleksin katalitik aktivitesini test etme protokolleri de son derece ayrıntılı olarak sunuldu. Ayrıca protokolleri başkalarının kendilerini diğer birçok / yeni paladyum NHC komplekslerinin katalitik aktivitesinin sentezi, arıtılması ve test edilmesi için kolayca adapte etmelerine izin vermek için mümkün olduğunca genel bir biçimde sunmaya çalıştık.
Gerekirse, protokoller bazı değişikliklere açıktır. Olası değişiklikler için öneriler, ilgili adımların Protokol bölümünde verilmiştir. Bu önerilerin bazıları, isteğe bağlı olarak vurgulanan belirli protokol adımlarının ihmal edilmesiyle ilgili olup, bazıları ise excha'dırProtokollerin belli basamaklarında kullanılan ekipman veya reaktifleri kullanmak. Reaktiflerin modifikasyonu ile ilgili olarak, prensip olarak, protokollerde kullanılan reaktiflerin bir kısmını diğerleriyle değiştirmek mümkündür ancak bu konudaki önerilerimizi sadece deneysel olarak doğruladığımız örnekler veya kısa tarama ile sınırlamış bulunmaktayız. Edebiyatın.
Sentezlenen komplekslerin katalitik aktivitesi ile ilgili olarak, arilasyon reaksiyonlarının katalizörü için olan değerleri Tablo 1'deki temsili sonuçlarla görülebilir. 2- n- butilfuran ve 4-bromoasetofenon arasındaki reaksiyonun katalizörü için kompleks 6 iyi bir adaydır Kompleksler 7 ve 8 özellikle iyi performans gösterdi (Tablo 1, kayıtlar 2-5). Karmaşık 7, 2- n- butilfuran ve bromobenzen arasındaki reaksiyon için mükemmel bir katalizördü (Tablo 1, kayıtlar 6-8); Artan sıcaklığın bu reaksiyon için verime olumlu etkisi, reaksiyonunUygun bir kompleks tarafından katalize edildiğinde, sıcaklık gibi diğer reaksiyon koşullarının değiştirilmesi verimi en yükseğe çıkarmaya yardımcı olabilir. 2- n- butiltiofenin bromobenzen ile reaksiyonu için, kompleks 8 mükemmel bir katalizördü (Tablo 1, giriş 9), oysa 2- n- butiltiyofen ve 4-bromoanisol arasındaki reaksiyon için kompleks 5 katalizör olarak oldukça başarılı sonuç verdi Tablo 1, giriş 10). Genel olarak, incelenen arilasyon reaksiyonlarının her biri, sentezlenen dört kompleksin en azından biri tarafından iyi katalize edildi. Zaman ve sıcaklık gibi reaksiyon koşullarını modifiye ederek potansiyel olarak bu reaksiyonların verim değerlerini arttırmak için daha fazla çalışma yapılabilir.
Boronik asit türevleri ve aril kloritler arasındaki Suzuki-Miyaura reaksiyonlarının katalizörü için, sentezlenen kompleksler, bu çalışmada kullanılan reaksiyon koşulları altında değişken performans gösterdi (Tablo 2). Kompleksler 5-7 iyi adaydılar, oysa kompleks 8'in katalizörü için iyi performans göstermedi2,5-dimetoksifenilboronik asit ve 4-metoksi-1-klorobenzen arasındaki reaksiyon (Tablo 2, girişler 1-4). Dört kompleksin hepsi, 4-tert-butilfenilboronik asit ve 4-klorotoluen arasındaki reaksiyon için mükemmel katalizörlerdi (Tablo 2, kayıtlar 5-8). Tianaften-2-boronik asidin 1-kloro-4-nitrobenzen ile reaksiyonu için kompleksler 5 ve 6, katalizörler kadar iyi performans göstermezken, kompleksler 7 ve 8'de bazı umutlar görülmüştür (Tablo 2, girişler 9-12). Genel olarak, arilasyon reaksiyonlarının sonuçları gibi, incelenen Suzuki-Miyaura reaksiyonlarının her biri sentezlenen dört kompleksin en azından biri tarafından iyi katalize edilmiştir. Seçilen kompleksin verilen reaksiyonun katalizörlüğünde iyi performans gösterdiği durumlarda, zaman, sıcaklık, çözücü bileşimi ve kullanılan baz gibi reaksiyon koşullarını değiştirerek potansiyel olarak dönüşüm ve verim değerlerini artırmak için daha fazla çalışma yapılabilir.
Özetle, dört paladyum NHC kompleksi aşağıdaki bileşik kullanılarak kolaylıkla sentezlenebilir:Karbon bağlantılarını oluşturan reaksiyonların katalizörü için umut verici adaylar verildi ve kanıtladı.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Acknowledgments
Eczacılık Fakültesi (Sydney Üniversitesi), Erciyes Üniversitesi Araştırma Fonu ve TÜBİTAK'ın (1059B141400496) mali desteğini kabul ediyoruz. Videoyu düzenlemek için Tim Harland'a (University of Sydney) teşekkür ediyoruz.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1-chloro-4-nitrobenzene | Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA) | ||
| 2,5-dimethoxyphenylboronic acid | Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA) | ||
| 2-n-butylfuran | Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA) | ||
| 2-n-butylthiophene | Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA) | ||
| 3-chloropyridine | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| 4-bromoacetophenone | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| 4-bromoanisole | Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA) | ||
| 4-chlorotoluene | Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA) | ||
| 4-methoxy-1-chlorobenzene | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| 4-tert-butylphenylboronic acid | Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA) | ||
| Benzimidazole | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| Bromobenzene | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| Celite | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| Dichloromethane | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| Diethyl ether | Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA) | ||
| Ethyl acetate | Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA) | ||
| Ethyl alcohol | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| Hexane | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| Magnesium sulfate | Scharlau (Barcelona, Spain) | ||
| N,N-dimethylacetamide | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| N,N-dimethylformamide | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| Palladium chloride | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| Phenylboronic acid | Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA) | ||
| Potassium acetate | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| Potassium carbonate | Scharlau (Barcelona, Spain) | ||
| Potassium hydroxide | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| Silica gel | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| Sodium tert-butoxide | Merck (Darmstadt, Germany) | ||
| Thianaphthene-2-boronic acid | Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA) |
References
- Akkoc, S., Gok, Y. Synthesis and characterization of 1-phenyl-3-alkylbenzimidazol-2-ylidene salts and their catalytic activities in the Heck and Suzuki cross-coupling reactions. J. Coord. Chem. 66 (8), 1396-1404 (2013).
- Aktas, A., Akkoc, S., Gok, Y. Palladium catalyzed Mizoroki-Heck and Suzuki-Miyaura reactions using naphthalenomethyl-substituted imidazolidin-2-ylidene ligands in aqueous media. J. Coord. Chem. 66 (16), 2901-2909 (2013).
- Cetinkaya, B., Alici, B., Ozdemir, I., Bruneau, C., Dixneuf, P. H. 2-imidazoline and 1,4,5,6-tetrahydropyrimidine-ruthenium(II) complexes and catalytic synthesis of furan. J. Organomet. Chem. 575 (2), 187-192 (1999).
- Chouthaiwale, P. V., Rawat, V., Sudalai, A. Pd-catalyzed selective hydrosilylation of aryl ketones and aldehydes. Tetrahedron Lett. 53 (2), 148-150 (2012).
- Herrmann, W. A. N-heterocyclic carbenes: A new concept in organometallic catalysis. Angew. Chem. Int. Ed. 41 (8), 1290-1309 (2002).
- Jensen, T. R., Schaller, C. P., Hillmyer, M. A., Tolman, W. B. Zinc N-heterocyclic carbene complexes and their polymerization of D,L-lactide. J. Organomet. Chem. 690 (24-25), 5881-5891 (2005).
- Lai, Y. B., Lee, C. S., Lin, W. J., Naziruddin, A. R., Hwang, W. S. Bis-chelate N-heterocyclic tetracarbene Ru(II) complexes: Synthesis, structure, and catalytic activity toward transfer hydrogenation of ketones. Polyhedron. 53, 243-248 (2013).
- Savka, R. D., Plenio, H. A hexahydro-s-indacene based NHC ligand for olefin metathesis catalysts. J. Organomet. Chem. 710, 68-74 (2012).
- Yigit, M., Yigit, B., Gok, Y. Synthesis of novel palladium(II) N-heterocyclic carbene complexes and their catalytic activities in the direct C5 arylation reactions. Inorg. Chim. Acta. 453, 23-28 (2016).
- Yasar, S., Sahin, C., Arslan, M., Ozdemir, I. Synthesis, characterization and the Suzuki-Miyaura coupling reactions of N-heterocyclic carbene-Pd(II)-pyridine (PEPPSI) complexes. J. Organomet. Chem. 776, 107-112 (2015).
- Ozdemir, I., et al. N-Heterocyclic carbenes: Useful ligands for the palladium-catalysed direct C5 arylation of heteroaromatics with aryl bromides or electron-deficient aryl chlorides. Eur. J. Inorg. Chem. 12 (12), 1798-1805 (2010).
- Clavier, H., Nolan, S. P. N-heterocyclic carbene and phosphine ruthenium indenylidene precatalysts: A comparative study in Olefin metathesis. Chem. Eur. J. 13 (28), 8029-8036 (2007).
- Johnson, J. S. Catalyzed reactions of acyl anion equivalents. Angew. Chem. Int. Ed. 43 (11), 1326-1328 (2004).
- Marion, N., Diez-Gonzalez, S., Nolan, S. P.
- Perry, M. C., Burgess, K. Chiral N-heterocyclic carbene-transition metal complexes in asymmetric catalysis. Tetrahedron: Asymmetry. 14 (8), 951-961 (2003).
- Zeitler, K. Extending mechanistic routes in heterazolium catalysis-promising concepts for versatile synthetic methods. Angew. Chem. Int. Ed. 44 (46), 7506-7510 (2005).
- Schwarz, J., et al. N-Heterocyclic carbenes, part 25 - Polymer-supported carbene complexes of palladium: Well-defined, air-stable, recyclable catalysts for the Heck reaction. Chem. Eur. J. 6 (10), 1773-1780 (2000).
- Akkoc, S., Gok, Y., Ilhan, I. O., Kayser, V. N-Methylphthalimide-substituted benzimidazolium salts and PEPPSI Pd-NHC complexes: synthesis, characterization and catalytic activity in carbon-carbon bond-forming reactions. Beilstein J. Org. Chem. 12, 81-88 (2016).
- Karaca, E. O., et al. Palladium complexes with tetrahydropyrimidin-2-ylidene ligands: Catalytic activity for the direct arylation of furan, thiophene, and thiazole derivatives. Organometallics. 34 (11), 2487-2493 (2015).
- Ozdemir, I., et al. N-Heterocyclic carbene-palladium catalysts for the direct arylation of pyrrole derivatives with aryl chlorides. Beilstein J. Org. Chem. 9, 303-312 (2013).
- Senocak, A., et al. Synthesis, crystal structures, magnetic properties and Suzuki and Heck coupling catalytic activities of new coordination polymers containing tetracyanopalladate(II) anions. Polyhedron. 49 (1), 50-60 (2013).
- Akkoc, S., Gok, Y. Dichlorido(3-chloropyridine-N) 1,3-dialkylbenzimidazol-2-ylidene palladium(II) complexes: Synthesis, characterization and catalytic activity in the arylation reaction. Inorg. Chim. Acta. 429, 34-38 (2015).
- Akkoc, S., Gok, Y. Catalytic activities in direct arylation of novel palladium N-heterocyclic carbene complexes. Appl. Organomet. Chem. 28 (12), 854-860 (2014).
- Akkoc, S., Gok, Y., Ilhan, I. O., Kayser, V. In situ Generation of Efficient Palladium N-heterocyclic Carbene Catalysts Using Benzimidazolium Salts for the Suzuki-Miyaura Cross-coupling Reaction. Curr. Org. Synth. 13 (5), 761-766 (2016).
