Artykuł metodologiczny

N-heterocykliczne kompleksy karbenowe palladu: synteza z soli benzymidazolu i aktywność katalityczna w reakcjach tworzenia wiązań węgiel-węgiel

9.5K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/54932

⸱

30 lipca 2017

 ,  ,  , 
1Faculty of Pharmacy, The University of Sydney, 2Department of Chemistry, Faculty of Sciences, Erciyes University

W tym artykule

Podsumowanie

Przedstawiono szczegółowe i uogólnione protokoły syntezy i późniejszego oczyszczania czterech N-heterocyklicznych kompleksów karbenowych palladu z soli benzimidazoliowych. Kompleksy przebadano pod kątem aktywności katalitycznej w reakcjach arylacji i Suzuki-Miyaura. Dla każdej badanej reakcji co najmniej jeden z czterech kompleksów skutecznie katalizował reakcję.

Streszczenie

Przedstawiono szczegółowe i uogólnione protokoły syntezy i późniejszego oczyszczania czterech N-heterocyklicznych kompleksów karbenowych palladu z soli benzimidazoliowych. Przedstawiono również szczegółowe i uogólnione protokoły do badania aktywności katalitycznej takich kompleksów w reakcjach arylacji i sprzęgania krzyżowego Suzuki-Miyaura. Przedstawiono reprezentatywne wyniki dla aktywności katalitycznej czterech kompleksów w reakcjach arylacji i Suzuki-Miyaura. Dla każdej z badanych reakcji co najmniej jeden z czterech kompleksów z powodzeniem katalizował reakcję, kwalifikując je jako obiecujących kandydatów do katalizy wielu reakcji tworzenia wiązań węgiel-węgiel. Przedstawione protokoły są na tyle ogólne, że można je dostosować do syntezy, oczyszczania i badania aktywności katalitycznej nowych N-heterocyklicznych kompleksów karbenowych palladu.

Wprowadzenie

N-heterocykliczne karbeny (NHC) przyciągnęły wiele uwagi, szczególnie ze względu na ich zdolność do katalizowania różnych ważnych reakcji, takich jak metateza, tworzenie furanu, polimeryzacja, hydrosililacja, uwodornienie, arylacja, sprzężenie krzyżowe Suzuki-Miyaura i sprzężenie krzyżowe Mizoroki-Heck1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11. NHC mogą być sprzężone z metalami; takie kompleksy metal-NHC były szeroko stosowane w reakcjach katalizowanych metalami przejściowymi jako pomocnicze ligandy i organokatalizatory12,13,14,15,16. Ogólnie rzecz biorąc, są one niezwykle odporne na działanie powietrza, wilgoci i ciepła, co jest konsekwencją wysokich energii dysocjacji wiązań koordynacyjnych metal-węgiel17.

Tutaj szczegółowo opisane są protokoły wcześniej pokazanej syntezy i oczyszczania czterech soli benzimidazolowych (związków 1-4) i ich palladowych kompleksów NHC (odpowiednio związków 5-8)18. Sole i kompleksy były wcześniej charakteryzowane przy użyciu różnych technik18. Ponieważ podobne związki są używane do katalizy arylacji i reakcji sprzęgania krzyżowego Suzuki-Miyaura9,10,11, protokoły testowania aktywności katalitycznej kompleksów w reakcjach arylacji i Suzuki-Miyaura są również szczegółowe. Co ważne, protokoły syntezy, oczyszczania i badania aktywności katalitycznej kompleksów są przedstawione na tyle ogólnie, aby umożliwić łatwą adaptację do nowych kompleksów NHC z palladem.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Uwaga: Wiele lotnych rozpuszczalników jest używanych jako część protokołów opisanych poniżej, więc przeprowadzaj wszystkie eksperymenty w działającym dygestorium. Przez cały czas nosić odpowiednie środki ochrony osobistej i przed użyciem zapoznać się z kartą charakterystyki każdego odczynnika; W niniejszym dokumencie podano krótkie informacje na temat niebezpiecznych odczynników i kroków.

1. Synteza i oczyszczanie soli benzimidazolowych (związki 1-4)

  1. Zacisnąć pionowo probówkę Schlenka o pojemności 100 ml i włożyć do niej mieszadło, 1 mmol benzimidazolu, 1 mmol wodorotlenku potasu i 60 ml alkoholu etylowego jako rozpuszczalnika.
    ostrożność: Wodorotlenek potasu może być szkodliwy. Unikaj wdychania jego pyłu i trzymaj go z dala od wody.
    ostrożność: Alkohol etylowy jest lotny i łatwopalny. Trzymaj go z dala od otwartego ognia lub źródeł zapłonu.
    nuta: Wodorotlenek sodu można stosować, jeśli wodorotlenek potasu nie jest dostępny. Zapoznaj się z kartą charakterystyki wodorotlenku sodu przed przystąpieniem do tej sugerowanej modyfikacji.
  2. Umieść rurkę Schlenka w kąpieli olejowej, aby zapewnić równomierne i bezpieczne ogrzewanie mieszaniny reakcyjnej podczas kolejnych etapów mieszania. Podłącz rurkę do skraplacza, aby zapobiec parowaniu rozpuszczalnika podczas mieszania. Upewnij się, że szklane części okuć są wystarczająco nasmarowane i dobrze dopasowane.
  3. Mieszaninę reakcyjną mieszać w temperaturze 25 °C przez 1 godzinę, aby umożliwić całkowite rozpuszczenie wszystkich ciał stałych, jak również zerwanie wiązania azot-wodór w cząsteczkach benzimidazolu.
    nuta: Używanie kondensatora do tego etapu mieszania nie jest konieczne, ale ponieważ skraplacz musi być używany do refluksu w kroku 1.5 poniżej, wygodne może być ustawienie skraplacza na tym etapie i używanie go na obu etapach. W przeciwnym razie krok ten można wykonać, uszczelniając rurkę Schlenk nasmarowanym korkiem.
  4. Po 1 godzinie odłączyć rurkę Schlenka od kondensatora i powoli dodać do mieszaniny 1 mmol wybranego halogenku arylowego.
    ostrożność: Halogenki arylowe są drażniące i mogą być szkodliwe. Zanim przejdziesz dalej, zapoznaj się z odpowiednimi kartami charakterystyki.
  5. Ponownie podłączyć rurkę Schlenka do skraplacza i płukać mieszaninę w temperaturze 78 °C (bliskiej temperaturze wrzenia alkoholu etylowego) przez 6 godzin, aby umożliwić zakończenie reakcji. Pozostawić mieszaninę do ostygnięcia do temperatury 25 °C po zakończeniu refluksu.
  6. Odłącz rurkę Schlenk od skraplacza i użyj ręczników papierowych, aby wytrzeć tłuszcz z ust rurki. Następnie przefiltrować mieszaninę reakcyjną za pomocą lejka i bibuły filtracyjnej, aby usunąć osad chlorku potasu, który powstał podczas reakcji. Zebrać filtrat do zlewki.
  7. Przenieść filtrat, który zawiera produkt N-alkilobenzimidazol, do czystej probówki Schlenka. Uszczelnić probówkę natłuszczonym korkiem i usunąć rozpuszczalnik alkoholu etylowego z filtratu za pomocą próżni.
    nuta: Dla wszystkich etapów protokołu związanych z próżnią należy użyć próżni o umiarkowanej sile, a także lekkiego i ciągłego potrząsania rurką podłączoną do próżni
    8. .
  8. Po usunięciu całego rozpuszczalnika należy rozszczelnić probówkę Schlenka i dodać 5 ml eteru dietylowego w celu przepłukania pozostałego produktu N-alkilobenzimidazolowego. Delikatnie potrząśnij rurką, aby wykonać pranie.
    1. Po umyciu użyj ręczników papierowych, aby wytrzeć tłuszcz z ust rurki i zdekantować eter do zlewki. Powtórz ten etap mycia kilka razy, dodając 5 ml eteru dietylowego i za każdym razem dekantując.
      ostrożność: Eter dietylowy jest lotny i łatwopalny. Trzymaj go z dala od otwartego ognia lub źródeł zapłonu.
      nuta: Do wszystkich etapów mycia w protokole można użyć innego rozpuszczalnika, jeśli: 1) nie reaguje z mytą substancją, 2) nie rozpuszcza mytej substancji oraz 3) łatwo odparowuje.
  9. Po ostatnim etapie mycia uszczelnić rurkę Schlenka natłuszczonym korkiem i wysuszyć umyty produkt N-alkilobenzimidazolowy za pomocą próżni. Po wyschnięciu użyj ręczników papierowych, aby wytrzeć tłuszcz z ust tubki, a następnie przenieś produkt do małej fiolki do użycia w następnej reakcji.
    nuta: W tym miejscu można wstrzymać działanie protokołu i wznowić go w późniejszym czasie.
  10. Zaciśnij czystą rurkę Schlenka pionowo i usuń powietrze z jej wnętrza, przedmuchując ją argonem. Wprowadź gaz z bocznego ramienia rurki i utrzymuj wylot rurki nieuszczelniony podczas tego procesu. Argon jest cięższy od powietrza, więc wydala powietrze, wypełniając rurkę od dołu do góry. Kontynuuj przedmuchiwanie probówki argonem, dodając odczynniki w następnym kroku.
  11. Powoli dodawać mieszadło, 1 mmol N-alkilobenzimidazolu, 1 mmol wybranego halogenku alkilu i 4 ml bezwodnego N,N-dimetyloformamidu (DMF) jako rozpuszczalnika do probówki Schlenka. Po dodaniu wszystkich odczynników szybko uszczelnij wylot probówki nasmarowanym korkiem, następnie uszczelnij jej boczne ramię, przekręcając kurek, a następnie wyłącz argon.
    ostrożność: Halogenki alkilowe są drażniące i mogą być szkodliwe. Przed kontynuowaniem należy zapoznać się z odpowiednią kartą charakterystyki.
    ostrożność: DKZ jest łatwopalny. Trzymaj go z dala od otwartego ognia lub źródeł zapłonu.
  12. Umieścić szczelnie zamkniętą probówkę Schlenka w kąpieli olejowej i mieszać mieszaninę reakcyjną w temperaturze 80 °C przez 24 godziny, aby reakcja doszła do końca.
    nuta: Reakcja ta musi być przeprowadzana w atmosferze obojętnej, dlatego należy dokładnie przestrzegać wyżej wymienionych etapów przedmuchiwania z udziałem argonu.
  13. Po 24 godzinach usunąć część rozpuszczalnika DMF z mieszaniny za pomocą próżni; około 1-2 minuty odkurzania powinno wystarczyć.
    nuta: W razie potrzeby usuń cały rozpuszczalnik DMF z mieszaniny smaropodobnej, ale nie jest to konieczne.
  14. Rozszczelnić probówkę Schlenka i dodać 15 ml eteru dietylowego. Mieszaj mieszaninę, aż wytrąci się produkt z soli benzimidazolowej.
    nuta: Eter naftowy może być stosowany, jeśli eter dietylowy nie jest dostępny. Zapoznaj się z kartą charakterystyki eteru naftowego przed przystąpieniem do tej sugerowanej modyfikacji.
  15. Po wystąpieniu wytrącania się eteru dietylowego należy usunąć odpowiednią metodę filtrowania.
    UWAGA: Użyliśmy specjalnej szklanej rurki z bronią boczną, filtrem wewnętrznym i dwoma otwartymi końcami, do których można przymocować rurki Schlenka; ponieważ broń boczna na tej rurze i te na rurkach Schlenk mogą być podłączone do próżni, ta rurka filtrująca zapewnia ogromną wygodę dla: 1) filtrowania po etapie wytrącania, a także po kolejnych etapach mycia oraz 2) suszenia po etapach mycia.
    1. Jeśli używasz czegoś podobnego, przymocuj napełnioną rurkę Schlenka do jednego końca rurki filtrującej, a pustą rurkę Schlenka do drugiego końca. Następnie podłączyć pustą rurkę Schlenka do próżni i ostrożnie i stopniowo odwracać aparat tak, aby eter dietylowy przeszedł przez filtr do tej pustej rurki Schlenka. Jeśli jednak nie można znaleźć takiej rurki, należy zastosować inne metody, takie jak filtracja za pomocą lejka i bibuły filtracyjnej.
  16. Przemyć produkt solny 15 ml eteru dietylowego i usunąć eter dietylowy, stosując tę samą metodę filtracji, którą zastosowano w kroku 1.15. Powtórz ten etap mycia kilka razy, używając 15 ml eteru dietylowego i filtrując go za każdym razem.
  17. Po ostatnim etapie mycia wysuszyć umyty produkt solny (tutaj wysuszyć wnętrze rurki filtracyjnej za pomocą próżni), a następnie zebrać go do dalszego oczyszczania poprzez rekrystalizację.
    nuta: W tym miejscu można wstrzymać działanie protokołu i wznowić go w późniejszym czasie.
  18. Dodaj sól i mieszaninę alkoholu etylowego i eteru dietylowego (12 ml: 4 ml) do czystej probówki Schlenka. Podgrzej mieszaninę za pomocą opalarki, aż sól całkowicie się rozpuści.
  19. Następnie uszczelnij rurkę nasmarowanym korkiem i zaciśnij ją w pozycji prawie poziomej. Pozostaw sól do rekrystalizacji w temperaturze pokojowej.
  20. Po rekrystalizacji soli użyj ręczników papierowych, aby wytrzeć tłuszcz z wylotu rurki, a następnie przefiltruj mieszaninę za pomocą lejka i bibuły filtracyjnej, aby oddzielić kryształki soli.
  21. Kryształki soli, gdy nadal znajdują się na bibule filtracyjnej w lejku, umyć 15 ml eteru dietylowego. Powtórz ten krok prania kilka razy.
  22. Po ostatnim etapie mycia pozwól kryształom wyschnąć w powietrzu na bibule filtracyjnej. Zebrać oczyszczoną sól do charakterystyki i syntezy palladowego kompleksu NHC.
    nuta: W tym miejscu można wstrzymać działanie protokołu i wznowić go w późniejszym czasie.
  23. Scharakteryzuj sól zgodnie z wcześniejszymi raportami18.

2. Synteza i oczyszczanie kompleksów NHC palladu (związki 5-8)

  1. Zacisnąć pionowo probówkę Schlenka o pojemności 75 ml i dodać do niej mieszadło, 1 mmol wybranej soli benzimidazolowej, 1 mmol chlorku palladu, 5 mmol węglanu potasu jako zasady i 3 ml 3-chloropirydyny.
    ostrożność: Chlorek palladu jest toksyczny i może działać drażniąco.
    ostrożność: Węglan potasu może być szkodliwy. Unikaj wdychania jego pyłu i trzymaj go z dala od wody.
    Uwaga: 3-chloropirydyna jest niezwykle szkodliwa. Jest toksyczny i. Unikać kontaktu ze skórą i wdychania jej oparów.
  2. Uszczelnij rurkę nasmarowanym korkiem i umieść ją w kąpieli olejowej. Mieszaninę reakcyjną mieszać w temperaturze 80 °C przez 16 godzin, aby umożliwić zakończenie syntezy kompleksu NHC palladu.
  3. Po 16 godzinach odczekać, aż mieszanina ostygnie do temperatury pokojowej i rozszczelnić probówkę. Dodać 10 ml dichlorometanu do mieszaniny w celu poprawy skuteczności filtrowania opisanego w krokach 2.4 i 2.5 poniżej; Jest to opcjonalne i w razie potrzeby można je pominąć.
    ostrożność: Dichlorometan jest toksyczny, działa drażniąco i podejrzewa się, że jest rakotwórczy. Unikać kontaktu ze skórą i wdychania jej oparów.
  4. Zainstalować następujące urządzenie filtrujące w celu usunięcia nieprzereagowanego chlorku palladu i soli benzimidazolowej z mieszaniny reakcyjnej: Użyj szklanej rurki filtrującej bez kranu.
    1. Najpierw dodaj cztery szpatułki środka filtrującego (np. Celite) do probówki, aby utworzyć warstwę środka filtrującego nad filtrem, który znajduje się pośrodku probówki. Następnie dodaj cztery szpatułki żelu krzemionkowego nad warstwą środka filtrującego. Na koniec ściśnij mały bawełniany zwitek nad warstwą żelu krzemionkowego, tak aby środek filtrujący i warstwy krzemionki były zamocowane między filtrem a wacikiem.
  5. Przefiltrować mieszaninę reakcyjną przez wkładkę środka filtracyjnego i żelu krzemionkowego w następujący sposób: Podłączyć probówkę Schlenka zawierającą mieszaninę reakcyjną do szklanej rurki filtracyjnej tak, aby rurka Schlenka była skierowana w stronę końca rurki filtracyjnej z wacikowym zwitykiem. Następnie podłącz pustą rurkę Schlenka do drugiego końca rurki filtrującej.
    1. Podłączyć pustą rurkę Schlenka do próżni i ostrożnie stopniowo odwracać aparat, tak aby mieszanina reakcyjna została przefiltrowana przez (w kolejności) bawełnę, krzemionkę, środek filtrujący i warstwy filtracyjne. Nieprzereagowany chlorek palladu i sól benzimidazolu zostaną zatrzymane w warstwach, podczas gdy filtrat zawierający kompleks palladu NHC dostanie się do pustej probówki Schlenka.
      nuta: Jeżeli do mieszaniny reakcyjnej (krok 2.3) dodaje się dichlorometan, może on wytworzyć pewne ciśnienie wewnątrz rurki filtrującej, co może spowodować wyciek cieczy z części łączącej napełnioną rurkę Schlenka a rurkę filtracyjną po odwróceniu. Aby temu zapobiec, ważne jest, aby podłączyć pustą rurkę Schlenka do próżni przed odwróceniem aparatu (jak opisano powyżej), tak aby po odwróceniu mieszanina reakcyjna nie miała wystarczająco dużo czasu na wydostanie się z wyżej wymienionej części łączącej.
  6. Odłączyć rurkę Schlenka zawierającą filtrat od znajdującego się powyżej aparatu filtrującego i uszczelnić ją natłuszczonym korkiem. Usunąć rozpuszczalnik z filtratu za pomocą próżni.
  7. Po usunięciu całego rozpuszczalnika należy rozszczelnić probówkę Schlenka i dodać 5 ml eteru dietylowego, aby zmyć pozostały produkt kompleksu palladu NHC. Delikatnie potrząśnij rurką, aby wykonać pranie. Po umyciu użyj ręczników papierowych, aby wytrzeć tłuszcz z ust rurki i zdekantować eter do zlewki. Powtórz ten etap mycia kilka razy, dodając 5 ml eteru dietylowego i za każdym razem dekantując
    8. .
  8. Po ostatnim etapie mycia uszczelnić rurkę Schlenka natłuszczonym korkiem i wysuszyć umyty produkt z kompleksu palladu NHC za pomocą próżni. Po wyschnięciu użyj ręczników papierowych, aby wytrzeć tłuszcz z ust tuby, a następnie zbierz produkt do dalszego oczyszczania poprzez rekrystalizację.
    nuta: W tym miejscu można wstrzymać działanie protokołu i wznowić go w późniejszym czasie.
  9. W celu rekrystalizacji należy znaleźć odpowiedni rozpuszczalnik dla specyficznego kompleksu NHC palladu (tj. taki, w którym kompleks nie rozpuszcza się łatwo w temperaturze pokojowej, ale robi to po podgrzaniu) i postępować zgodnie z tymi samymi krokami opisanymi powyżej dla soli (kroki 1.18 do 1.22). Następnie zbierz oczyszczony kompleks do charakteryzacji.
    nuta: W tym miejscu można wstrzymać działanie protokołu i wznowić go w późniejszym czasie.
  10. Scharakteryzuj kompleks zgodnie z wcześniejszymi opisami18.

3. Aktywność katalityczna kompleksów (5-8) w reakcjach arylacji

  1. Wszystkie reakcje katalityczne należy przeprowadzać pod powietrzem w dygestorium.
  2. Zakupione odczynniki należy stosować bez dalszego oczyszczania do reakcji tworzenia wiązań węgiel-węgiel.
  3. Zacisnąć pionowo probówkę Schlenka o pojemności 25 ml i dodać do niej mieszadło, 2 mmol 2-n-butylotiofenu lub 2-n-butylofuranu i 1 mmol wybranego bromku arylu.
    Uwaga: zarówno 2-n-butylofuran, jak i 2-n-butylotiofen są bardzo toksyczne. Unikaj kontaktu ze skórą i wdychania ich oparów.
  4. Następnie dodaj 1 mmol octanu potasu, 0,01 mmol wybranego palladowego kompleksu NHC i 2 ml N,N-dimetyloacetamidu (DMA) do probówki.
    ostrożność: DMA jest toksyczny. Unikać kontaktu ze skórą i wdychania jej oparów.
  5. Uszczelnij rurkę nasmarowanym korkiem i umieść ją w kąpieli olejowej. Mieszaj mieszaninę reakcyjną przez różne czasy i w różnych temperaturach, aby znaleźć warunki czasowe i temperaturowe prowadzące do maksymalnej wydajności produktu dla danej reakcji.
    nuta: Przebieg reakcji można śledzić za pomocą chromatografii cienkowarstwowej (TLC), ale jeśli tylko porównuje się wpływ różnych warunków reakcji na wydajność (w tym kompleks palladu NHC używany do katalizy), to przeprowadzenie reakcji do zakończenia nie jest konieczne. W takich przypadkach należy przeprowadzić reakcję przez stały czas krótszy niż czas wymagany do zakończenia i zmienić badane warunki reakcji. Gdy reakcja będzie trwała przez żądany czas, należy ją zatrzymać, usuwając rozpuszczalnik z mieszaniny reakcyjnej, jak opisano w następnym kroku.
    1. Aby śledzić postęp reakcji z TLC, porównaj ruch mieszaniny reakcyjnej przez płytkę TLC z ruchem reagentów; jeśli mieszanina nadal wytwarza plamki dla reagentów, oznacza to, że reakcja nie została jeszcze zakończona. Aby po określonym czasie pobrać próbkę mieszaniny reakcyjnej, należy rozszczelnić probówkę Schlenka, gdy reakcja jest jeszcze w toku i użyć rurki kapilarnej, aby szybko uzyskać kroplę do testu TLC. Aby przepuścić mieszaninę i reagenty przez płytkę TLC, znajdź odpowiedni rozpuszczalnik (fazę ruchomą) dla konkretnego przypadku.
  6. Gdy reakcja zostanie zakończona lub będzie trwała przez żądany czas, usuń rozpuszczalnik z mieszaniny reakcyjnej za pomocą próżni.
  7. Rozszczelnić probówkę Schlenka i dodać do niej mieszaninę heksanu i eteru dietylowego (10 ml:2 ml). Ta mieszanina rozpuszczalników będzie fazą ruchomą dla chromatografii kolumnowej z błyskiem w krokach 3.8 i 3.9 poniżej. Energicznie wstrząsnąć mieszaniną, aby upewnić się, że produkt rozpuści się w fazie ruchomej i nie pozostanie w probówce.
    ostrożność: Heksan jest lotny i łatwopalny. Unikaj wdychania jego oparów i trzymaj go z dala od otwartego ognia lub źródeł zapłonu.
  8. Zmontować kolumnę do chromatografii flash w następujący sposób, aby oczyścić produkt: Użyj szklanego zakraplacza. Najpierw włóż mały zwitek bawełny do zakraplacza i wepchnij go, aż mocno oprze się w miejscu, w którym szklana komora zaczyna się przerzedzać. Następnie dodaj żel krzemionkowy na wierzch bawełnianego zwitka, tak aby dwie trzecie grubej części zakraplacza zostało wypełnione.
  9. Zacisnąć kolumnę z żelem krzemionkowym w pozycji pionowej i za pomocą szklanego zakraplacza stopniowo przenosić do niej mieszaninę reakcyjną. Eluować mieszaninę przez kolumnę i zebrać eluent zawierający oczyszczony produkt w czystej zlewce lub probówce.
    nuta: W tym miejscu można wstrzymać działanie protokołu i wznowić go w późniejszym czasie.
  10. Przenieść eluent do czystej probówki, którą można podłączyć do próżni i uszczelnić probówkę nasmarowanym korkiem. Usunąć rozpuszczalnik z eluentu za pomocą próżni.
    nuta: W tym miejscu można wstrzymać działanie protokołu i wznowić go w późniejszym czasie.
  11. Po usunięciu całego rozpuszczalnika rozszczelnić probówkę i dodać 1,5 ml dichlorometanu. Delikatnie potrząśnij probówką, aby rozpuścić produkt i tym samym umożliwić jego analizę za pomocą GC lub GC/MS. Oblicz wydajność za pomocą GC lub GC/MS19,20,21,22,23.
    nuta: Chloroform może być stosowany, jeśli dichlorometan nie jest dostępny. Zapoznaj się z kartą charakterystyki chloroformu przed przystąpieniem do tej sugerowanej modyfikacji.

4. Aktywność katalityczna kompleksów (5-8) w reakcjach sprzęgania krzyżowego Suzuki-Miyaura

  1. Przeprowadź wszystkie reakcje katalityczne zgodnie z wcześniej zgłoszonymi protokołami18,24.
  2. Ścisnąć pionowo probówkę Schlenka o pojemności 25 ml i dodać do niej mieszadło, 1,5 mmol kwasu fenyloboronowego lub wybranej pochodnej kwasu boronowego, 1 mmol wybranego chlorku arylu i 2 mmol tert-butotlenku sodu jako zasady.
    ostrożność: Kwas fenyloboronowy i jego pochodne są drażniące i mogą być toksyczne. Unikać kontaktu ze skórą. Przed kontynuowaniem należy zapoznać się z odpowiednimi kartami charakterystyki.
    ostrożność: Chlorki arylowe są szkodliwe i, w zależności od konkretnej substancji chemicznej, mogą być toksyczne i łatwopalne. Przed kontynuowaniem należy zapoznać się z odpowiednimi kartami charakterystyki.
    ostrożność: Tert-butan sodu jest łatwopalnym ciałem stałym. Jest wysoce reaktywny z wodą i w roztworze. Trzymaj go z dala od otwartego ognia lub źródeł zapłonu i unikaj kontaktu ze skórą.
    nuta: Wodorotlenek potasu, wodorotlenek sodu, węglan potasu, węglan sodu, octan potasu, octan sodu lub tert-butotlenek potasu mogą być stosowane, jeśli tert-butotlenek sodu nie jest dostępny. Zapoznaj się z kartami charakterystyki tych baz przed przystąpieniem do tych sugerowanych modyfikacji.
  3. Dodać 0,01 mmol wybranego palladowego kompleksu NHC do probówki.
  4. Dodaj mieszaninę DMF i wody (2 ml: 2 ml) do probówki.
    nuta: W razie potrzeby użyj większego stosunku DMF do wody lub użyj samego DMF.
  5. Uszczelnij rurkę nasmarowanym korkiem i umieść ją w kąpieli olejowej. Mieszaj mieszaninę reakcyjną przez różne czasy i w różnych temperaturach, aby znaleźć warunki czasowe i temperaturowe prowadzące do maksymalnej wydajności produktu dla danej reakcji.
    nuta: Postęp reakcji można śledzić za pomocą TLC, ale jeśli tylko porównamy wpływ różnych warunków reakcji na wydajność (w tym kompleksu palladu NHC używanego do katalizy), to przeprowadzenie reakcji do zakończenia nie jest konieczne. W takich przypadkach należy przeprowadzić reakcję przez stały czas krótszy niż czas wymagany do zakończenia i zmienić badane warunki reakcji. Gdy reakcja będzie trwała przez żądany czas, przerwij ją i przejdź do następnego kroku. Aby śledzić postęp reakcji z TLC, zapoznaj się z krokiem 3.5.1, aby uzyskać szczegółowe informacje.
  6. Gdy reakcja zostanie zakończona lub będzie trwała przez żądany czas, pozwól mieszaninie ostygnąć do temperatury pokojowej. Rozszczelnić probówkę Schlenka i dodać mieszaninę heksanu i octanu etylu (5 ml: 1 ml) do mieszaniny reakcyjnej. Ponownie zamknąć probówkę i energicznie wstrząsać nową mieszaniną przez kilka minut, aby umożliwić migrację zsyntetyzowanego produktu do fazy octanu heksanu-etylu.
    ostrożność: Octan etylu jest lotny i łatwopalny i może spowodować poważne uszkodzenie oczu. Unikaj wdychania jego oparów i trzymaj go z dala od otwartego ognia lub źródeł zapłonu.
  7. Clamp rurkę Schlenka pionowo i pozwól mieszaninie osiąść w dwóch odrębnych fazach w ciągu kilku minut.
  8. Za pomocą szklanego zakraplacza ostrożnie wyekstrahuj górną, organiczną fazę i przenieś ją do czystej zlewki zawierającej 1 g bezwodnego siarczanu magnezu. Siarczan magnezu w proszku pomoże usunąć resztki wody z wyekstrahowanej fazy organicznej.
  9. Powtórz kroki od 4.6 do 4.8 co najmniej raz, aby zmaksymalizować ekstrakcję zsyntetyzowanego produktu.
  10. Wykonaj kroki 3.8 i 3.9, aby oczyścić produkt za pomocą chromatografii kolumnowej z błyskiem. Mieszanina heksanu i octanu etylu obecna w wyekstrahowanej fazie organicznej posłuży jako faza ruchoma dla tego etapu oczyszczania. Zebrać eluent zawierający oczyszczony produkt do czystej zlewki lub probówki.
    nuta: W tym miejscu można wstrzymać działanie protokołu i wznowić go w późniejszym czasie.
  11. Przeanalizuj produkt i oblicz wydajność za pomocą GC lub GC/MS19,20,21,22,23.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Sole benzimidazolium (1-4) (Rysunek 1) zsyntetyzowano w bezwodnym DMF, wykorzystując N-alkilobenzimidazole i różne halogenki alkilu, a następnie oczyszczono i scharakteryzowano zgodnie z wcześniejszymi doniesieniami18,24. Były to białe lub kremowe ciała stałe, a wydajność ich otrzymania wynosiła od 62% do 97%. Następnie z otrzymanych soli zsyntetyzowano kompl...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Protokoły syntezy i oczyszczania czterech soli benzimidazoliowych, a następnie ich palladowych kompleksów NHC zostały celowo przedstawione w jak najdrobniejszych szczegółach, aby pomóc młodym naukowcom lub osobom początkującym w tej dziedzinie opanować je. Mając na uwadze ten sam cel, przedstawiono również bardzo szczegółowo protokoły badania aktywności katalitycznej czterech kompleksów w reakcjach arylacji i Suzuki-Miyaura. Ponadto staraliśmy się przedstawić protokoły w jak najbardziej ogólnej formie, aby umożliwić inny...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Dziękujemy za wsparcie finansowe ze strony Wydziału Farmacji (Uniwersytet w Sydney), Funduszu Badawczego Uniwersytetu Erciyes oraz TUBITAK (1059B141400496). Dziękujemy Timowi Harlandowi (Uniwersytet w Sydney) za montaż filmu.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
1-chloro-4-nitrobenzenSigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)Kwas
2,5-dimetoksyfenyloboronowySigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
2-n-butylfuranSigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
2-n-butylotiofenSigma-Aldrich (Interlab AS, Stany Zjednoczone)
3-chloropirydynaMerck (Darmstadt, Niemcy)
4-bromoacetofenonMerck (Darmstadt, Niemcy)
4-bromoanizolSigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
4-chlorotoluenSigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
4-metoksy-1-chlorobenzenMerck (Darmstadt, Niemcy)
Kwas 4-tert-butylofenyloboronowySigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
Merck (Darmstadt, Niemcy)
BromobenzenMerck (Darmstadt, Niemcy)
CeliteMerck (Darmstadt, Niemcy)
DichlorometanMerck (Darmstadt, Niemcy)
Eter dietylowySigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)Octan
etyluSigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)Alkohol
etylowyMerck (Darmstadt, Niemcy)
Siarczan magnezuScharlau (Barcelona, Hiszpania)
N,N-dimetyloacetamidMerck (Darmstadt, Niemcy)
N,N-dimetyloformamidMerck (Darmstadt, Niemcy)
Chlorek palladuMerck (Darmstadt, Niemcy)
Kwas fenyloboronowySigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)Octan
potasuMerck (Darmstadt, Niemcy)
Węglan potasuScharlau (Barcelona, Hiszpania)
Wodorotlenek potasuMerck (Darmstadt, Niemcy)
Żel krzemionkowyMerck (Darmstadt, Niemcy)
Tert-butotlenek soduMerck (Darmstadt, Niemcy)
Kwas tianafteno-2-boronowySigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
Benzimidazol Hexane Merck (Darmstadt, Niemcy)

Bibliografia

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Chouthaiwale, P. V., Rawat, V., Sudalai, A. Pd-catalyzed selective hydrosilylation of aryl ketones and aldehydes. Tetrahedron Lett. 53 (2), 148-150 (2012).
  5. Herrmann, W. A. N-heterocyclic carbenes: A new concept in organometallic catalysis. Angew. Chem. Int. Ed. 41 (8), 1290-1309 (2002).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Savka, R. D., Plenio, H. A hexahydro-s-indacene based NHC ligand for olefin metathesis catalysts. J. Organomet. Chem. 710, 68-74 (2012).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Johnson, J. S. Catalyzed reactions of acyl anion equivalents. Angew. Chem. Int. Ed. 43 (11), 1326-1328 (2004).
  14. Marion, N., Diez-Gonzalez, S., Nolan, S. P. N-heterocyclic carbenes as organocatalysts. Angew. Chem. Int. Ed. 46 (17), 2988-3000 (2007).
  15. Perry, M. C., Burgess, K. Chiral N-heterocyclic carbene-transition metal complexes in asymmetric catalysis. Tetrahedron: Asymmetry. 14 (8), 951-961 (2003).
  16. Zeitler, K. Extending mechanistic routes in heterazolium catalysis-promising concepts for versatile synthetic methods. Angew. Chem. Int. Ed. 44 (46), 7506-7510 (2005).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Akkoc, S., Gok, Y. Catalytic activities in direct arylation of novel palladium N-heterocyclic carbene complexes. Appl. Organomet. Chem. 28 (12), 854-860 (2014).
  24. 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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Kompleksy palladu z NHCtworzenie wi za w giel w gielreakcje arylowaniasprz ganie Suzuki Miyaurysynteza w rurce Schlenkafiltracja pr niowaprotok rekrystalizacjitestowanie aktywno ci katalitycznejchromatografia b yskawiczna

Powiązane artykuły