パラジウム N - 複素環カルベン錯体：ベンズイミダゾリウム塩からの合成と炭素 - 炭素結合形成反応における触媒活性

このビデオの目的は、ベンズイミダゾリウム塩、続いてパラジウムn-複素環式カルベン錯体の合成と精製のための詳細で一般化されたプロトコルを示すことです。また、このビデオでは、アリール化や鈴木-宮浦クロスカップリングなどの炭素-炭素結合形成反応における合成錯体の触媒活性をテストするための詳細で一般化されたプロトコルを示すことも目的としています。このビデオを見れば、これらの化合物の合成と精製の方法、およびアリール化反応と鈴木-宮浦反応における錯体の触媒活性をテストする方法についてよく理解できるはずです。

プロトコールのデモンストレーションは、ベンズイミダゾリウム塩の合成と精製のための一般化された方法から始まります。これに続いて、パラジウムn-複素環式カルベン錯体の合成と精製のための一般化された方法が続きます。最後に、アリール化反応と鈴木-宮浦反応における錯体の触媒活性をテストするための一般化された方法を示します。

警告:提示されたプロトコルの一部として多くの揮発性溶媒が使用されているため、すべての実験は作業中のヒュームフードで行ってください。全体を通して適切な個人用保護具を着用し、使用前に各試薬のMSDSを確認してください。ベンズイミダゾリウム塩の合成と精製のための一般化された方法をここで実証します。

100ミルのシュレンクチューブを直立させて、スターラーバー、1ミリモルのベンズイミドゾール、1ミリモルの水酸化カリウム、および溶媒として60ミルのエチルアルコールを入れます。シュレンクチューブをオイルバスに入れて、攪拌ステップ中に反応混合物を均一かつ安全に加熱します。チューブをコンデンサーに取り付けて、攪拌中の溶媒の蒸発を防ぎます。

ガラスフィッティングパーツに十分なグリースが塗られ、しっかりと取り付けられていることを確認してください。反応混合物を摂氏25度で1時間攪拌して、すべての固体を完全に溶解し、ベンズイミダゾール分子の窒素-水素結合を切断します。1時間後、シュレンクチューブをコンデンサーから取り外し、選択したハロゲン化アリールの1ミリモルを混合物にゆっくりと加えます。

シュレンクチューブをコンデンサーに再度取り付け、混合物を摂氏78度で6時間還流して、反応が完了するのを待ちます。還流が終了したら、混合物を摂氏25度まで冷まします。シュレンクチューブをコンデンサーから取り外し、チューブの口からグリースを拭き取ります。

次に、漏斗と濾紙を使用して反応混合物をろ過し、反応中に形成された塩化カリウム沈殿物を除去します。ろ液をビーカーに集めます。n-アルキルベンズイミダゾリウム製品を含む濾液を清潔なシュレンクチューブに移します。

グリースを塗ったストッパーでチューブを密封し、濾液中のエチルアルコール溶媒を真空で除去します。すべての溶媒を取り除いたら、シュレンクチューブのシールを解除し、ジエチルエーテルを5ミル加えて、残ったn-アルキルベンズイミダゾール製品を洗浄します。チューブを軽く振って洗浄します。

洗浄が完了したら、チューブの口からグリースを拭き取り、エーテルをビーカーにデカントします。この洗浄ステップを数回繰り返し、5ミルのジエチルエーテルを加え、毎回デカンテーションします。最終洗浄ステップの後、グリースを塗ったストッパーでシュレンクチューブを密封し、洗浄したn-アルキルベンズイミダゾール製品を真空で乾燥させます。

乾燥後、チューブの口からグリースを拭き取り、製品を次の反応で使用するために小さなバイアルに移します。きれいなシュレンクチューブを直立させてクランプし、アルゴンガスでパージして内部の空気を排出します。チューブのサイドアームからガスを導入し、このプロセス中はチューブの口を密閉したままにします。

アルゴンは空気よりも重いので、チューブを下から上に充填することで空気を排出します。次のステップで試薬を追加している間、アルゴンでチューブをパージし続けます。このパージ操作は、来るべき反応を不活性雰囲気で行う必要があるため、重要です。

スターラーバー、n-アルキルベンズイミダゾール1ミリモル、選択したハロゲン化アルキル1ミリモル、および無水DMF4ミルを溶媒としてシュレンクチューブにゆっくりと加えます。すべての試薬を追加したら、グリースを塗ったストッパーでチューブの口をすばやく密閉し、次にストップコックを回してサイドアームをシールし、アルゴンガスをオフにします。密封されたシュレンクチューブをオイルバスに入れ、反応混合物を摂氏80度で24時間攪拌して、反応が完了するのを待ちます。

24時間後、混合物中のDMF溶媒の一部を真空で除去します。約1〜2分の掃除機をかけるだけで十分です。必要に応じて、グリースのような混合物からすべてのDMF溶剤を取り除くことができますが、これは必須ではありません。

シュレンクチューブのシールを開封し、15ミルのジエチルエーテルを加えます。ベンズイミダゾリウム塩製品が沈殿するまで混合物をかき混ぜます。沈殿後、適切な濾過方法を用いてジエチルエーテルを除去します。

サイドアーム付きの特殊ガラス管、内部フィルター、シュレンク管を取り付けることができる2つの開放端を使用しました。このチューブのサイドアームとシュレンクチューブのサイドアームは真空に取り付けることができるため、このろ過チューブは、沈殿ステップ後のろ過、来るべき洗浄ステップ、および洗浄ステップ後の乾燥に非常に便利です。同様のものを使用している場合は、充填されたシュレンクチューブをフィルタリングチューブの一方の端に取り付け、空のシュレンクチューブをもう一方の端に取り付けます。

次に、空のシュレンク管を真空に取り付け、装置を慎重に徐々に反転させて、ジエチルエーテルがフィルターを通過してこの空のシュレンク管に到達するようにします。ただし、そのようなチューブが見つからない場合は、漏斗や濾紙によるろ過などの他の方法も使用できます。15ミルのジエチルエーテルで塩製品を洗浄し、以前に使用したのと同じろ過方法を使用してジエチルエーテルを除去します。

この洗浄ステップを数回繰り返し、15ミルのジエチルエーテルを使用し、毎回ろ過します。最後の洗浄ステップの後、洗浄した塩製品を乾燥させます。ここでは、フィルターチューブ内で真空乾燥させていただきました。

再結晶によるさらなる精製のために、製品を収集します。再結晶のために、あなたの塩と12ミルから4ミルのエチルアルコールジエチルエーテル混合物を清潔なシュレンクチューブに加えます。塩が完全に溶けるまでヒートガンを使用して混合物を加熱します。

その後、グリースを塗ったストッパーでチューブを密封し、ほぼ水平な位置にクランプします。塩を室温で再結晶させるために置いておきます。塩が再結晶したら、チューブの口からグリースを拭き取り、漏斗と濾紙を使用して混合物をろ過し、塩の結晶を分離します。

塩の結晶がまだ漏斗の濾紙上にある間に、15ミルのジエチルエーテルで塩の結晶を洗います。この洗浄手順を数回繰り返します。最終洗浄ステップの後、濾紙の上で結晶を空気中で乾燥させます。

精製した塩を採取して、パラジウムn-複素環式カルベン錯体の特性評価と合成を行います。合成されたベンズイミダゾリウム塩は、白色またはクリーム色の固体であり、62%から97%の範囲の収率を有していました。75ミルのシュレンクチューブを直立させて、スターラーバー、選択したベンズイミダゾリウム塩1ミリモル、塩化パラジウム1ミリモル、塩基として炭酸カリウム5ミリモル、3ミルの3-クロロピリジンを追加します。

グリースを塗ったストッパーでチューブを密封し、オイルバスに入れます。反応混合物を摂氏80度で16時間攪拌し、パラジウムn-複素環式カルベン錯体の合成を完了させます。16時間後、混合物を室温まで冷まし、チューブのシールを抜きます。

混合物に10ミルのジクロロメタンを追加して、今後のろ過ステップの効率を向上させることができますが、これはオプションであり、必要に応じてスキップできます。上部のないガラスろ過管を使用して、セライトとシリカゲルのパッドを組み立て、反応混合物から未反応の塩化パラジウムとベンズイミダゾリウム塩を除去するために使用されます。まず、セライトのヘラを4つチューブに追加して、チューブの中央にあるフィルターの上にセライト層を作ります。

次に、シリカゲルのスパチュラを4つ追加します セライト層の上。最後に、シリカゲル層の上に小さな綿の塊を絞り、セライト層とシリカゲル層がフィルターと綿の塊の間の所定の位置に固定されるようにします。セライトとシリカゲルのパッドを通して反応混合物をろ過するには、まず、反応混合物を含むシュレンク管をガラスろ過管に取り付けて、シュレンク管が綿束でろ過管の端を向くようにします。

次に、空のシュレンクチューブをフィルタリングチューブのもう一方の端に取り付けます。空のシュレンクチューブを真空に接続し、装置を慎重に徐々に反転させて、反応混合物が綿、シリカ、セライト、およびフィルター層の順にろ過されるようにします。未反応の塩化パラジウム塩とベンズイミダゾリウム塩は層に保持されますが、パラジウムn-複素環式カルベン錯体を含む濾液は空のシュレンクチューブに入ります。

反応混合物にジクロロメタンを添加すると、濾過管内にある程度の圧力が加わる可能性があり、これにより、反転時に充填されたシュレンク管と濾過管との間の接続部分から液体が染み出す可能性があります。彼の防止のためには、示されているように、装置の反転前に空のシュレンク管を真空に接続することが重要であり、それにより、反転時に、反応混合物が接続部分から浸透するのに十分な時間がない。濾液が入ったシュレンクチューブを上のろ過装置から取り外し、グリースを塗ったストッパーで密封します。

濾液中の溶媒を真空で取り除きます。すべての溶媒を取り除いたら、シュレンクチューブのシールを解き、5ミルのジエチルエーテルを加えて、残されたパラジウムn-複素環式カルベン錯体生成物を洗浄します。チューブを軽く振って洗浄します。

洗浄が完了したら、チューブの口からグリースを拭き取り、エーテルをビーカーにデカントします。この洗浄ステップを数回繰り返し、5ミルのジエチルエーテルを加え、毎回デカンテーションします。最終洗浄ステップの後、グリースを塗ったストッパーでシュレンクチューブを密封し、洗浄したパラジウムn-複素環式カルベン錯体製品を真空で乾燥させます。

乾燥後、チューブの口からグリースを拭き取り、再結晶によるさらなる精製のために製品を収集します。再結晶のためには、特定のパラジウムn-複素環カルベン錯体に適した溶媒を見つけ、塩について前述したのと同じ手順に従ってください。溶媒は、複合体が室温では容易に溶解せず、加熱すると溶解する溶媒である必要があります。

精製後、特性評価のために複合体を収集します。合成されたパラジウムn-複素環式カルベン錯体は、黄色またはクリーム色の固体であり、塩よりも収率が低く、25%から60%の範囲でした4つのパラジウム錯体は、アリール化および鈴木-宮浦クロスカップリング反応における触媒活性について試験されました。今回、アリール化反応における合成錯体の触媒活性を試験するための一般化された方法が実証されます。

すべての触媒反応をヒュームフード内の空気中で行い、購入した試薬をさらに精製せずに使用します。25ミルのシュレンクチューブを直立させて、スターラーバー、2ミリモルの2-n-ブチルチオフェンまたは2-n-ブチルフラン、および選択した臭化アリール1ミリモルを追加します。次に、1ミリモルの酢酸カリウム、0.01ミリモルの選択したパラジウムn-複素環式カルベン錯体、および2ミルのn、n-ジメチルアセトアミドをチューブに加えます。

グリースを塗ったストッパーでチューブを密封し、オイルバスに入れます。反応混合物をさまざまな時間、さまざまな温度で攪拌して、特定の反応に対して最大の生成物収率につながる時間と温度の条件を見つけます。反応が完了したか、または所望の時間実行されたら、反応混合物中の溶媒を真空で除去し、必要に応じて熱を使用して補助します。

シュレンクチューブのシールを開封し、10ミルから2ミルのヘキサン-ジエチルエーテル混合物を加えます。この溶媒混合物は、今後のステップでフラッシュカラムクロマトグラフィーの移動相となります。混合物を激しく振とうして、製品が移動相に溶解し、チューブ内に取り残されないようにします。

ガラススポイトを使用して、製品の精製用のフラッシュクロマトグラフィーカラムを組み立てます。まず、スポイトに小さな綿の塊を挿入し、ガラスチャンバーが薄くなり始めるところにしっかりと収まるまで押し込みます。次に、綿の塊の上にシリカゲルを加え、スポイトの厚い部分の2/3が満たされるようにします。

シリカゲルカラムを直立させてクランプし、ガラススポイトを使用して反応混合物を徐々に移します。混合物をカラムから溶出し、精製された製品を含む溶離液を清潔なビーカーまたは試験管に集めます。溶離液を真空に取り付けることができるきれいなチューブに移し、グリースを塗ったストッパーでチューブを密封します。

溶離液中の溶媒を真空で取り除きます。すべての溶媒を取り除いたら、チューブのシールを開封し、1.5ミルのジクロロメタンを加えます。チューブを静かに振って製品を溶解し、ガスクロマトグラフィーで分析できるようにします。

代表的な結果は、研究対象のアリール化反応に対するパラジウムn-複素環式カルベン錯体の触媒効果について示されています。2-n-ブチルチオフェンと4-ブロモアセトフェノンとの反応を例として挙げ、適切な触媒がない場合のアリール化反応で得られる結果が不十分であることを強調しました。2-n-ブチルフランと4-ブロモアセトフェノンとの間の反応の触媒作用については、複合体6が有力な候補であり、複合体7と8は特に良好に機能した。

錯体7は、2-n-ブチルフランとブロモベンゼンとの間の反応のための優れた触媒であった。この反応の収率に対する温度の上昇のプラスの影響は、反応が適切な錯体によって触媒される場合、温度などの他の反応条件を変更することで収率を最大化できることを示しています。2-n-ブチルチオフェンとブロモベンゼンとの反応では、錯体8が優れた触媒であり、2-n-ブチルチオフェンと4-ブロモアニソールとの反応では、錯体5が触媒として非常に優れた役割を果たしました。

全体として、研究された各アリール化反応は、合成された4つの錯体のうち少なくとも1つによって十分に触媒されました。時間や温度などの反応条件を変更することにより、これらの反応の収率値を増加させる可能性のあるさらなる研究を行うことができます。今回、鈴木-宮浦クロスカップリング反応における合成錯体の触媒活性を一般化して試験する方法を実証する。

25ミルのシュレンクチューブを直立させてクランプし、スターラーバー、1.5ミリモルのフェニルボロン酸またはお好みのボロン酸誘導体、1ミリモルの選択した塩化アリール、および2ミリモルの塩基としてtert-ブトキシドナトリウムを追加します。次に、選択したパラジウムn-複素環式カルベン錯体と2ミルから2ミルのDMF-水混合物をチューブに0.01ミリモル加えます。チューブをグリースストッパーで密封し、オイルバスに入れます。

反応混合物をさまざまな時間、さまざまな温度で攪拌して、特定の反応の最大生成物収率につながる時間と温度の条件を見つけます。反応が完了したか、または所望の時間実行されたら、混合物を室温まで冷却します。シュレンクチューブのシールを解除し、反応混合物に5ミルから1ミルのヘキサン-酢酸エチル混合物を追加します。.

チューブを再度シールし、新しい混合物を数分間激しく振とうして、合成された生成物がヘキサン-酢酸エチル相に移行するのを待ちます。シュレンクチューブを直立させてクランプし、混合物を数分かけて2つの異なるフェーズに落ち着かせます。ガラススポイトを使用して上部の有機相を慎重に抽出し、1グラムの無水硫酸マグネシウムを含む清潔なビーカーに移します。

硫酸マグネシウム粉末は、抽出した有機相から残留水を取り除くのに役立ちます。合成された製品の抽出を最大化するために、抽出プロセス全体を少なくとも1回繰り返します。以前と同様にシリカゲルカラムを組み立てて、フラッシュカラムクロマトグラフィーで製品を精製します。

今回は、抽出した有機相に存在するヘキサン-酢酸エチル混合物が移動相として機能します。精製した製品を含む溶離液を清潔なビーカーまたは試験管に集め、ガスクロマトグラフィーを使用して製品を分析します。研究された鈴木-宮浦反応におけるボロン酸誘導体と塩化アリールとの間の錯体の触媒効果は変動した。

ここでの目的は、これらの反応の触媒作用における4つの錯体の性能を比較することでした。したがって、研究された各反応について、他の反応条件は一定に保たれました。すなわち、溶媒として2ミルから2ミルのDMF-水混合物を使用し、塩基としてナトリウムtert-ブトキシドを使用し、反応を2時間実行し、反応温度を摂氏80度に保った。

これらの条件下では、錯体5〜7が有力な候補であることが証明されましたが、錯体8は、2,5-ジメトキシフェニルボロン酸と4-メトキシ-1-クロロベンゼンとの間の反応の触媒作用にうまく機能しませんでした。これらの条件下での4-tert-ブチルフェニルボロン酸と4-クロロトルエンの反応では、4つの錯体すべてが優れた触媒であることが証明されました。最後に、これらの条件下でのチアナフテン-2-ボロン酸と1-クロロ-4-ニトロベンゼンとの反応では、錯体5と6は触媒としてうまく機能しなかったが、錯体7と8はいくつかの有望性を示した。

全体として、研究された鈴木-宮浦反応のそれぞれは、合成された4つの錯体のうち少なくとも1つによってよく触媒されました。選択した錯体が所与の反応を触媒するのに良好な性能を発揮した場合、時間、温度、溶媒組成、使用する塩基などの反応条件を変えることで、変換値と収率を増加させる可能性のあるさらなる研究を行うことができます。要約すると、このビデオでは、ベンズイミダゾリウム塩、続いてパラジウムn-複素環カルベン錯体の合成と精製のための詳細で一般化されたプロトコルを示しています。

このビデオでは、さまざまなアリール化反応および鈴木-宮浦クロスカップリング反応における複合体の触媒活性をテストするための詳細で一般化されたプロトコルも示されています。これらのプロトコールを習得すれば、他の多くのパラジウムn-複素環式カルベン錯体の触媒活性の合成、精製、試験に容易に適応できるようになるはずです。