Summary
מסיסים במים נשלף של N-אורגנית carbene (NHC) ליגנד בתקשורת מימית באמצעות אינטראקציה מארח-אורח פותחה. להדגים אולפין נציג שיכול עיצורים בתגובות המים גם כן כמו דיכלורומתאן. דרך האינטראקציה מארח-אורח או חילוץ, הזרז רותניום שיורית (Ru) היה נמוך כמו 0.14 ppm לאחר התגובה.
Abstract
הוא פיתח שיטה להסרת זרז מתכות מעבר יעיל ביותר. הזרז מסיסים במים מכיל של ליגנד NHC החדש תוכנן עבור הסרת זרז דרך אינטראקציות מארח-אורח. ליגנד NHC החדש הנו של יחידות ליניארי אתילן גליקול adamantyl (אורחים) קשורה להכללה הידרופובי לתוך החלל של מחשב מארח β-cyclodextrin (β-CD) מורכבים. ליגנד NHC חדש הוחל על זרז שיכול עיצורים אולפין מבוסס-Ru. הזרז Ru הפגינו פעילות מצוינת נציג טבעת סגירה שיכול עיצורים (RCM) ותגובות פתיחת הטבעת שיכול עיצורים הפילמור (השתוללו) מדיה מימית, כמו גם הממס האורגני, CH2Cl2. אחרי התגובה הייתה מלאה, השאריות Ru משתרכים שהוסר הפתרון מימית ביעילות של יותר מ 99% (53 ppm של שאריות Ru) על ידי סינון פשוט ניצול של המארח-אורח האינטראקציה בין לא מסיסים הושתל סיליקה β-CD (מארח) ו adamantyl moiety (אורחים) על הזרז. הזרז Ru חדש גם הדגימו יעילות גבוהה הסרה באמצעות מיצוי כאשר התגובה פועל בתוך הממס האורגני על ידי חלוקה למחיצות את תערובת התגובה גסה בין שכבות של דיאתיל אתר ומים. בדרך זו, הזרז נשאר רק שכבה מימית. בשכבה אורגני, הסכום Ru שיורית היה רק 0.14 ppm בתגובות RCM תרכובות diallyl.
Introduction
הסרת זרז אורגנומתכתית הומוגנית של המוצר היא סוגיה חשובה הכימיה המודרנית1,2. Catalyst שיורית גורם לא רק בעיה רעילות ויסודו מטאל, אלא גם של טרנספורמציה בלתי רצויה של מוצר מבית תגובתיות הפוטנציאלי שלה. זרז הומוגני מספק יתרונות רבים, כגון פעילות גבוהה, קצב התגובה המהירה chemoselectivity3, אולם, הוצאתה של המוצר הוא הרבה יותר קשה מאשר זרז הטרוגניות אשר יוסר פשוט על-ידי סינון או שפייה. שילוב היתרונות של זרז הומוגנית, הטרוגנית, כלומר, התגובה הומוגנית והסרת הטרוגנית, מייצג תפיסה חשובה עבור זרז אורגנומתכתית תגובתי ו נשלף בקלות. איור 1 מאויר עקרון הפעולה התגובה הומוגנית והסרת הטרוגנית של הזרז באמצעות אינטראקציה מארח-אורח.
המארח-אורח כימיה היא noncovalent מליטה הכרה מולקולרית בין מולקולות מארח חוות מולקולות ב כימיה סופרא מולקולרית4,5,6,7,8. Cyclodextrins (תקליטורים), oligosaccharides מחזורית, הן מארח נציג מולקולות9,10,11,12, הם יושמו רחב תחומי מדע כגון, מדע פולימרי 13 , 14,15,זרז16, ביו יישומים6,10וכימיה אנליטית17. מולקולה חוות, adamatane, נקשר בחוזקה חלל הידרופובי של β-CD (המארח, אנחנו שמרנו אותו 7 saccharide מחזורית) בקבוע האגודה גבוהה, K (כניסה K = 5.04)18. זיקה מחייבת סופרא מולקולרית זו היא חזקה מספיק כדי להסיר מורכבים שיורית זרז הפתרון התגובה מימית עם מלא נתמך β-CD.
בין זרזים רבים כי הם זכאים עבור הסרת מארח-אורח, Ru אולפין שיכול עיצורים זרז נחקר בשל כלי מעשי גבוהה ויציבות גבוהה נגד אוויר ולחות. התגובה שיכול עיצורים אולפין היא כלי חשוב בכימיה סינתטיים כדי ליצור קשר כפול פחמן-פחמן בנוכחות מתכות מעבר זרז19,20,21,22. פיתוח יציבה Ru אולפין שיכול עיצורים זרז trigged את שיכול עיצורים כשדה העיקריים בכימיה סינתטי (למשל, RCM, הצלב שיכול עיצורים (ס מ)) כמו גם מדע פולימרי (למשל, השתוללו, שיכול עיצורים acyclic diene (ADMET)). בפרט, RCM מסנתז macrocycles וטבעות בגודל בינוני זה היה קשה לבנות23.
למרות utilities סינתטי של Ru מזורז אולפין שיכול עיצורים, הסרה מלאה של זרז Ru בשימוש של המוצר הרצוי היא אתגר גדול עבור יישומים מעשיים רבים24. לדוגמה, ppm 1912 שאריות Ru נצפתה במוצר שיכול עיצורים טבעת סגירה לאחר סיליקה ג'ל עמודה כרומטוגרפיה25. Ru שיורית עלול לגרום לבעיות כמו אולפין isomerization, ריקבון, הצביעה, רעילות של מוצרים פרמצבטיים26. כנס בינלאומי על משלים (ICH) לאור קו מנחה של ריאגנטים מתכת שיורית תרופות. המרבי המותר Ru רמת מוצר התרופות היא 10 עמודים לדקה27. מסיבות אלו, נשפטו בגישות שונות כדי להסיר שאריות Ru המוצר פתרון28,29,30,31,32,33. כמו כן, ההתפתחויות של זרזים Ru נשלף נחקרו לטיהור ללא טיפול מיוחד לאחר התגובה. בין שיטות שונות של טיהור, נשפטו זרז ליגנד שינויים כדי לשפר את היעילות של סינון סיליקה ג'ל, מיצוי נוזלי. לדוגמה, סינון יעיל ביותר סיליקה ג'ל יכולה להיות מושגת על ידי יון הציג תג benzylidene34 או עמוד השדרה של NHC ליגנד35,36. הזרז הנושאת poly(ethylene glycol)37 או יון תג35 -ליגנד NHC באפשרותך לשפר את היעילות של מיצוי מימית להסרת זרז Ru.
לאחרונה, דווח כאן מאוד מסיסים במים Ru אולפין שיכול עיצורים זרז, אשר הראו תגובתיות גבוהה אלא גם זרז גבוה להסרת שער. יתר על כן, הסרת שיכול עיצורים, זרז אירעה מים והן דיכלורומתאן34,35,36,37. תכונת המפתח של הזרז החדש הוא NHC החדש נושא adamantyl קשורה oligo(ethylene glycol). Oligo(ethylene glycol) מספק מים גבוהה המסיסות של הזרז כולו מורכב. בנוסף, oligo(ethylene glycol) בעל קבוצה סוף adamantyl יכול לשמש באינטראקציה מארח-אורח עם β-CD חיצוני.
במסמך זה, אנחנו תיאר את הפרוטוקולים זרז סינתזה, שיכול עיצורים תגובות של זרז להסרת מים והן דיכלורומתאן.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
הערה: הצגנו את הסינתזה של 4-(97-(adamantan-1-yloxy)-2,5,8,11,14,17,20,23,26,29,32,35,38,41,44,47,50,53,56,59,62,65,68,71,74,77,80,83,86,89,92,95-dotriacontaoxaheptanonacontyl)-1,3-dimesityl-4,5-dihydro-1H-imidazol-3-ium tetrafluoroborate (imidazolium א מלח), המארח מורכבים, β-CD הושתל סיליקה, נייר הקודם שלנו38. בפרוטוקול, נתאר סינתזה של שלנו מסיסים במים Ru אולפין שיכול עיצורים זרז שיכול עיצורים התגובות (RCM ולא השתוללו).
1. סינתזה של (4-(97-((adamantan-1-yl)oxy)-2,5,8,11,14,17,20,23,26,29,32,35,38,41,44,47,50,53,56,59,62,65,68,71,74,77,80,83,86,89,92,95-dotriacontaoxaheptanonacontyl)-1,3-dimesitylimidazolidinylidene)dichloro ( o - רותניום isopropoxyphenylmethylene) (זרז 1)
- יבש בקבוקון עם תחתית עגול 25 מ עם בר מלהיב, בקבוקון 20 מ"ל מרית בתנור.
- הכניסו 118 מ ג מלח imidazolium (0.060 mmol) בקבוקון 4 מ"ל.
- למקם את מלח imidazolium מוכן א כלי זכוכית מיובשים, מחצה המרית תא הכפפות, אבק כבר שעתיים.
- לאחר הסרת לחלוטין את האוויר בתא הכפפות, לטהר את גז אינרטי לתוך החדר, ולאחר מכן להעביר אותם לתוך תא הכפפות.
- בתא הכפפות, לשים 54 מ"ג של Hoveyda-גרובס (H-G) 1רח' דור (0.090 mmol, 1.5 equiv.) בבקבוקון 20 מ ל.
- לפזר המלח על imidazolium מוכן מ 2.0 ל טולואן, ולאחר מכן להעביר אותו לתוך הבקבוק להטלטל עגול 50 מ עם בר מלהיב.
- להוסיף 0.18 מ של אשלגן bis (trimethylsilyl) אמיד (KHMDS) פתרון (0.5 M טולואן הפתרון, 0.090 mmol, 1.5 equiv.) בתוך תמיסת מלח imidazolium.
- מה עוללת? את הבקבוק כדי לערבב את ריאגנטים
- להמיס את הדורst 1 H-G ב- 3.0 mL של טולואן, ולאחר מכן להוסיף פתרון זה לתוך הבקבוק התגובה.
- לאטום את הבקבוק עם מחצה, ולאחר מכן להסיר את זה מתא הכפפות.
- מערבבים את תערובת התגובה עבור 3 h-80 מעלות צלזיוס.
- לאחר 3 h, לטהר את הזרז מאת כרומטוגרפיה-אלומינה נייטרלי, eluted עם EtOAc/MeOH = 15/1. לאסוף את הפתרון הירוק כהה.
הערה: אידוי של הממס לא נדרש לפני כרומטוגרפיה. ערך Rf הוא 0.46-אלומינה נייטרלי, eluted עם EtOAc/MeOH = 15/1. - הסר את הממס תחת לחץ מופחת.
- ואקום השאריות הסופי כדי להשיג מוצק שעווה ירוק כהה.
2. שיכול עיצורים התגובה והסרה של זרז שאריות בתקשורת מימית
- להכין דאוטריום degassed אוקסיד (D2O) או מים יונים על-ידי מבעבע D2O או מים יונים עם גז חנקן מעל 2 h.
- לשים 4.4 מ ג של זרז 1 (0.0020 mmol) ו- 41 מ ג 2-allyl -N,N,N- trimethylpent-4-en-1-aminium כלוריד (tetraalkyl אמוניום המצע) (0.20 mmol) בכל בקבוקון 4.0 מ"ל.
- להמיס את המצע אמוניום tetraalkyl ב 0.5 מ של degassed D2O (או H2O), ולאחר מכן להוסיף את הפתרון זרז 1.
- לאטום את המבחנה התגובה, ואז מחממים את התערובת התגובה במשך 24 שעות ביממה ב- 45 מעלות צלזיוס. לנטר את ההמרה התגובה על ידי 1H NMR.
הערה: לנטר את 1H NMR שיא ההמרה מ- 3.25 ppm (כפיל, -NCH2CH - ב המצע) 3.52 עמודים לדקה (כפיל, -NCH2CH - מוצר). - לאחר סיום התגובה, לקרר את המבחנה התגובה בטמפרטורת החדר.
- להוסיף 150 מ"ג של β-CD הושתל סיליקה לתערובת התגובה.
הערה: יחידה β המושתל-CD על גבי בג'ל סיליקה חושבה ב 1.57 10-4 mmol/mg על ידי אנליזה תרמוגרווימטרית (TGA). - מערבבים את תערובת התגובה עבור 10 h בטמפרטורת החדר.
- לסנן את תערובת התגובה דרך התקע כותנה.
- הסר הממס הקפאה מייבש.
3. טבעת-פתיחה שיכול עיצורים הפילמור והסרה של זרז שאריות בתקשורת מימית
- להכין degassed D2O או מים יונים על-ידי מבעבע D2O או מים יונים עם גז חנקן מעל 2 h.
- לשים 4.4 מ ג של זרז 1 (0.0020 mmol) ו- 17.1 מ ג 2-((3aR*,4S*,7R*,7aS*)-1, 3-dioxo-1, 3, 3 א, 4, 7, 7 א-hexahydro-2H-4, 7-methanoisoindol-2-yl)- N,N,N- trimethylethan-1-aminium כלוריד (מונומר, איור 5) (0.060 mmol) בכל בקבוקון 4.0 מ"ל.
- להמיס את מונומר ב- 0.5 מ של degassed D2O (או H2O), ולאחר מכן להוסיף את הפתרון זרז 1.
- לאטום את המבחנה התגובה, ואז מחממים את התערובת תגובה עבור 2 h ב- 45 מעלות צלזיוס. לנטר את ההמרה התגובה על ידי 1H NMR.
הערה: לנטר את 1H NMR היעלמות שיא-6.14 ppm (-CH= CH- ב מונומר). - לאחר סיום התגובה, לקרר את המבחנה התגובה בטמפרטורת החדר.
- להרוות את התגובה עם 0.1 מ"ל של סם אתיל ויניל.
הערה: שכבתה יש צורך מביצועם Ru זרז של שרשרת הפולימר מסוף. - להוסיף 150 מ"ג של β-CD הושתל סיליקה לתערובת התגובה.
- מערבבים את תערובת התגובה עבור 10 h בטמפרטורת החדר.
- לסנן את תערובת התגובה דרך התקע כותנה.
- הסר הממס הקפאה מייבש.
4. שיכול עיצורים התגובה והסרה של זרז שאריות CH2Cl2
- הכניסו 4.4 מ ג של זרז 1 (0.0020 mmol) ו- 48 מ"ג של diethyl diallylmalonate (0.20 mmol) כל בקבוקון 4.0 מ"ל.
- להמיס את diallylmalonate diethyl ב- 0.5 מ של CH2Cl2ולאחר מכן להוסיף את הפתרון זרז 1.
- לאטום את המבחנה התגובה, ולאחר מכן לשמור תערובת התגובה בטמפרטורת החדר במשך ה 1 הצג את ההמרה התגובה על ידי 1H NMR.
הערה: לנטר את 1H NMR שיא ההמרה מ- 2.63 ppm (כפיל, -CCH2CH = CH2 ב המצע) 3.01 עמודים לדקה (גופיה, -CCH2CH = תפסוH2C - מוצר). - לאחר סיום התגובה, להעביר את התערובת המתקבלת התגובה לתוך בקבוקון 30 מ.
- לדלל את הפתרון התגובה עם 15 מ"ל של דיאתיל אתר.
- לשטוף את הפתרון אורגני עם 15 מ"ל של מים עבור חמש פעמים.
- יבש את השכבה אורגני עם MgSO4, ולאחר מכן לסנן את הפתרון באמצעות הכנס כותנה כדי להסיר חלקיקים4 MgSO.
- להוסיף 60 מ ג של פחם פעיל הפתרון שיתקבל, ואז מערבבים את התערובת במשך 24 שעות בטמפרטורת החדר.
- לסנן את הפתרון באמצעות הכנס כותנה להסרת פחם פעיל ולאחר מכן להסיר את הממס תחת לחץ מופחת.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
איור 2 מתאר את התגובה החלפת ליגנד שלנו זרז 1. ספקטרום H NMR 1מוצג באיור3.
איור 4 מציג את RCM תמיסה מימית והסרה עוקבות של זרז בשימוש מעירוב תגובה באמצעות אינטראקציה מארח-אורח, טבלה 1 מסכמת RCM בתקשורת מימית. אמוניום רבעוני המצע הוסב במלואו המוצר המתאים עם % 1 מול של זרז 1, ההמרה היה בפיקוח 1H NMR. לאחר התגובה שיכול עיצורים, התערובת המתקבלת התגובה היה מעורבב עם β-CD הושתל סיליקה ג'ל עבור 10 h. כמו באיור 4 תיאר, פתרון התגובה כהה הפך ברור לאחר הסרת מארח-אורח. הפתרון שיתקבל סונן דרך פקק הכותנה, ולאחר מכן הממס הוסר בשנת הקפאה מייבש. Ru שיורית רמת המוצר נותחה על ידי inductively בשילוב פלזמה ספקטרומטר מסה (ICP-MS), 53 דפים לדקה של Ru שיורית זוהה של המוצר הסופי (טבלה 1, פיסקה 1). בערך 2, באותו הפרוטוקול הוחל על המצע העיקרי אמוניום. 3% מול זרז טעינת סיפק המרה מלאה, רמת Ru שיורית במוצר זה היה 284 עמודים לדקה.
השתוללו בתמיסה המימית מתואר באיור5. לאחר הסרת זרז, Ru שיורית נותחה על ידי ICP-MS.
איור 6 מתאר ההפגנה של תגובה RCM CH2Cl2 והסרה של זרז בשימוש של תערובת התגובה באמצעות מיצוי ומראה בטבלה 2 היקף RCM CH2Cl2. אחרי התגובה, משמש זרז הוסר על-ידי חילוץ וטיפול הבאים עם פחם פעיל. למעט מאוד הפריע המצע (טבלה 2, כניסה 3), מצעים הפגינו המרות להשלים עם % 1 מול של זרז 1. לאחר תגובה שיכול עיצורים CH2Cl2, תערובת התגובה היה מדולל עם דיאתיל אתר. הפתרון מדולל אורגני נעקר במים במשך חמש פעמים. כפי שמוצג באיור 6, הפתרון ברור הושג לאחר העקירה. אחרי החילוץ, פחם פעיל נוספה לתוך הפתרון מיובשים אורגניים, ואז הפתרון היה מנוער במשך 24 שעות ביממה. פחמן activated הוסר על-ידי סינון, הפתרון שיתקבל התרכזה תחת לחץ מופחת. המוצר שיורית נותחה על ידי ICP-MS כדי למדוד את רמת Ru שיורית, 5.9 ppm של Ru זוהה מהמוצר. ללא טיפול פחם פעיל, רמת שיורית Ru היה 63 דפים לדקה, ערך זה הוא לא מתקבל על הדעת לצורך תרופות (טבלה 2, פיסקה 1).
איור 1 . איור של המושג להסרת זרז הטרוגנית של זרז הומוגני באמצעות אינטראקציה מארח-אורח- דמות זו שונתה מ אותיות אורגני. 20 (3), 736-739, דוי: 10.1021/acs.orglett.7b03871 (2018). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2 . סינתזה של זרז 1 מ מלח imidazolium א ליגנד NHC נוצר על ידי דה-פרוטונציה מלח imidazolium A, אז התגובה החלפת ליגנד עקבו לטופס זרז 1. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
Fugure 3- 1 ספקטרום H NMR של זרז 1 וההקצאות שלה. 1 H NMR (600 מגה-הרץ, תקליטור2Cl2) אלפא 16.44 (s, 1 H, H), 7.53 (t, J = 7.8 הרץ, 1 H, Hk), 7.05 (d, J = H נמצא 16.2 הרץ, 4h,j), 6.93 (d, J = 7.8 הרץ, 1 H, Hk), 6.88 (t, J = 7.5 הרץ, 1 H, H k), 6.81 (d, J = 8.4 הרץ, 1 H, Hk), 4.79-4.90 (ז, 1 H Hb), 4.59-4.50 (ז, 1 H Hc), 4.26 (t, J = 10.8, ה' 1, Hd), 4.06 (t, J = H 8.7 הרץ, 1 H,d), 3.67-3.48 (ז, ח 130, H l), 2.59-2.18 (ז, 18 H, He), 2.10 (s, 3 H, Hf), 1.71 (d, J = 3.2 הרץ, 6 שעות, Hg), 1.60 (dd, J1 = 28.5 הרץ, J2 = 12.3 הרץ, 6 שעות, Hh), 1.24-1.17 (מ', 6 שעות, H אני). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4 . להסרת מארח-אורח של הזרז Ru לאחר RCM בתקשורת מימית (טבלה 1, פיסקה 1). (א) תחילתו של התגובה ב t = 0 (תערובת של זרז 1, המצע הממס D2O). (ב) השלמת התגובה ב t = ה 24 (ג) תוספת של β-CD הושתל סיליקה לתערובת התגובה. (ד) וכתוצאה מכך-פתרון לאחר ערבוב 10 h. (ה) סינון של פתרון וכתוצאה מכך; השאריות זרז Ru כהה הוסר על-ידי סינון. הפתרון מטוהרים וכתוצאה מכך הוא חסר צבע בבקבוקון. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 5 . דבי בתקשורת מימית. דמות זו שונתה מ אותיות אורגני. 20 (3), 736-739, דוי: 10.1021/acs.orglett.7b03871 (2018). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 6 . RCM ב- CH 2 Cl 2 והסרה של זרז 1 (טבלה 2, פיסקה 1). (א) תחילתו של התגובה ב t = 0 (תערובת של זרז 1, מצע בממיסים CH2Cl2). (ב) בתום התגובה ב t = ח' 1 (ג) דילול עם נוספים 15 מ"ל של דיאתיל אתר; משקע זרז כהה היה מפוזר בפתרון. (ד) שכבה מימית רק לאחר מיצוי 1סנט . כמות גדולה של מים מומס זרז היה להסיר רובד אורגני. (ה) שלב ההפרדה לאחר 2nd החילוץ (השכבה העליונה: אורגני עם מוצר בלבד, לשכבה תחתונה: מימית עם זרז). (f) שכבת אורגני לאחר החילוץth 5. יש אין המראה החזותי של זרז כהה לשכבת אורגני. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 7 . איור של תהליך ההסרה הכולל מארח-אורח לאחר התגובה שיכול עיצורים בתקשורת מימית. דמות זו שונתה מ אותיות אורגני. 20 (3), 736-739, דוי: 10.1021/acs.orglett.7b03871 (2018). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
| כניסה | המצע | המוצר | המרה | catalyst טעינה | [Ru] (ppm) |
| 1 |  |
 |
> 95% | 1% מול | 53 |
| 2 |  |
 |
> 95% | 3% מול | 284 |
טבלה 1. RCM ב מדיה מימית והסרה של המשמש זרז באמצעות אינטראקציה מארח-אורח- תנאי התגובה: 45 ° C D2O עבור ה 24 רמת שיורית Ru במוצר נותחה על ידי ICP-MS; תהליך ניתוח מפורט של ICP-MS מתואר בתמיכה מידע של הדוח הקודם38. טבלה זו שונתה מ אותיות אורגני. 20 (3), 736-739, דוי: 10.1021/acs.orglett.7b03871 (2018).
| כניסה | המצע | המוצר | המרה | [Ru] (ppm) |
| 1 |  |
 |
> 95% | 5.9 (63) |
| 2 |  |
 |
> 95% | 3.5 |
| 3 |  |
 |
מעקב | - |
| 4 |  |
 |
> 95% | 0.14 |
| 5 |  |
 |
> 95% | 5.0 |
| 6 |  |
 |
> 95% | 5.3 |
בטבלה 2. RCM ב- CH 2 Cl 2 והסרה של זרז בשימוש באמצעות חילוץ וטיפול עם פחם פעיל- התגובה התנאי: 40 ° C עם % 1 מול של זרז 1 CH2Cl2 עבור ה 1 רמת שיורית Ru במוצר נותחה על ידי גברת ICP ערכי 1 ו 4 בוצעו בטמפרטורת החדר. . התוצר הגולמי שחולצו סונן באמצעות כרית סיליקה ללא טיפול פחם פעיל. טבלה זו שונתה מ אותיות אורגני. 20 (3), 736-739, דוי: 10.1021/acs.orglett.7b03871 (2018).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
אנחנו תיאר הסינתזה של הומוגניות נשלף Ru אולפין שיכול עיצורים זרז והסרה שלו מפתרונות מימית וגם אורגני. זרז הומוגני מספק יתרונות רבים לעומת זרזים הטרוגנית, כמו תגובתיות גבוהה וקצב התגובה המהירה; עם זאת, ההסרה של הזרז בשימוש מהמוצר קשה יותר מזרז הטרוגנית3. תכונת המפתח של הזרז מסונתז הוא ליגנד NHC, הנושאת adamantyl קשורה oligo(ethylene glycol) מסיס במים. הזרז הציג הפגינו את תגובות הומוגניות מימית ופתרונות אורגני, והן השארית ש-ru הוסרה בקלות על-ידי סינון ניצול המארח-אורח אינטראקציה4,5,6, 7 , חילוץ 8 ונוזלי.
איור 7 מתאר הסרה של הזרז בשימוש באמצעות אינטראקציה מארח-אורח לאחר התגובה שיכול עיצורים בפתרון מים. לאחר ההמרה להשלים עם זרז הומוגני, תגובתיות גבוהה ושיעור התגובה המהירה, המארח מורכבים נוספה לתערובת התגובה להקים מתחם מארח-אורח הטרוגניות בין β-CD על המחשב המארח ו adamantane moiety שלנו זרז 118 . לאחר סינון של הפתרון וכתוצאה מכך, יותר מ- 99% של Ru שיורית הוסרה מהמוצר (טבלה 1, פיסקה 1).
כפי שמוצג בטבלה 1, אמוניום העיקרי לאכסון שימושי מלח המצע הוסב במלואו לתוך המוצר המתאים עם זרז טעינה, 3% מול זרז (כניסה 2). Ru שיורית של מוצר זה אמוניום העיקרי היה 284 עמודים לדקה לאחר סינון, מה שאומר כי 98.7 אחוז בשימוש Ru הוסר על-ידי מארח-אורח אינטראקציה. הסיבה זרז גבוה טעינת ואת רמת שיורית Ru מאשר התגובה עם אמוניום רבעוני ייתכן התיאום בין מתכת Ru חנקן אמוניום הראשי לאחר יינון במים. יתר על כן, איור 5 מתאר השתוללו של מונומר מסיסים במים עם זרז שלנו בתקשורת מימית, הפולימר היה מתקבל כממוצע כמותיים עם 269 עמודים לדקה של Ru שיורית, מה שאומר 97.7% Ru הוסר. בתגובה השתוללו שכבתה עם סם אתיל ויניל חשוב לשחרר את הזרז Ru של שרשרת הפולימר.
בנוסף, זרז שלנו הראו תגובתיות גבוהה CH2Cl2 עם RCM נפוץ מצעים (טבלה 2). הפריע המצע בערך 3 סופק רק הסכום שמץ של המוצר, מצעים אחרים הוסב במלואו המוצרים הרצויה. כפי שמוצג באיור 6, רוב Ru שיורית הוסר על-ידי מיצוי מימית. לאחר סינון עם המוצר חילוץ באמצעות כרית סיליקה, נצפתה 63 דפים לדקה של Ru שיורית (פיסקה 1). פחם פעיל טיפול עם המוצר שחולצו סיפק קצב מעולה להסרת בשימוש Ru זרז37, אשר היו פחות מ 10 עמודים לדקה, המגבלה Ru מקובלים הם מוצר27.
בגלל הפירוק של זרז 1 במהלך/אחרי תגובות שיכול עיצורים39, מיחזור של הזרז איננה אפשרית. בגלל האינטראקציה מארח-אורח הוא תהליך הפיך4,5,6,7,8, הפיכות של ליגנדים המדווחת NHC להילמד לפתח למיחזור באופן מלא זרז אורגנומתכתית מערכת40 כחלק המטרה הסופית של הקו של מחקר. בנוסף, מערכת דיווח זרז הומוגני ניתן להחיל נוסף למתכת בקנה מידה גדול ניקוי בשיטה. לאחר תגובה כימית הרצוי בקנה מידה גדול, הזרז מתויג חוות ניתן להסיר לחלוטין על ידי העברת הפתרון המוצר דרך מתויג מארח את מוצק דיו ארוז.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים מצהירים שום עניין פיננסי מתחרות.
Acknowledgments
עבודה זו נתמכה על ידי יוזמת האנרגיה אוניברסיטת מדינת פלורידה והעסקה חומרים חמ ע המחלקה של כימיים ואת הנדסה ביו-רפואית.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Hoveyda-Grubbs Catalyst 1st Generation | Sigma-Aldrich | 577944 | Air sensitivie. Light sensitivie. |
| Diethyl diallylmalonate | Sigma-Aldrich | 283479 | |
| Ethyl vinyl ether | Sigma-Aldrich | 422177 | Air sensitive. |
| Aluminum oxide | Sigma-Aldrich | 06300 | Activated, neutral, Brockmann Activity I |
| Potassium bis(trimethylsilyl)amide solution (0.5 M in toluene) | Sigma-Aldrich | 277304 | Moisture sensitive. |
| Etyhl acetate | VWR | BDH1123 | Flammable liquid. |
| Methanol | VWR | BDH1135 | Flammable liquid. Toxic. |
| Deuterium Oxide 99.8%D | TCI | W0002 | |
| Methylene Chloride-D2 (D, 99.8%) | Cambridge Isotope Laboratories, Inc. | DLM-23 | Flammable liquid. Toxic. |
| Activated carbon | Sigma-Aldrich | 242276 | |
| Magnesium sulfate | EMD Millipore | MX0075 | |
| Ethyl ether | EMD Millipore | EX0190 | Flammable liquid. |
References
- Allen, D. P. Handbook of Metathesis. , Wiley-VCM, Weinheim. Chapter 5 (2015).
- Vougioukalakis, G. C. Removing Ruthenium Residues from Olefin Metathesis Reaction Products. Chemistry-A European Journal. 18 (29), 8868-8880 (2012).
- Hartwig, J. F. Organotransition Metal Chemistry: From Bonding to Catalysis. , University Science Books, Sausalito. Chapter 14 (2010).
- Lehn, J. M. Toward complex matter: Supramolecular chemistry and self-organization. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (8), 4763-4768 (2002).
- Chen, G., Jiang, M. Cyclodextrin-based inclusion complexation bridging supramolecular chemistry and macromolecular self-assembly. Chemical Society Reviews. 40 (5), 2254-2266 (2011).
- Ma, X., Zhao, Y. Biomedical Applications of Supramolecular Systems Based on Host-Guest Interactions. Chemical Reviews. 115 (15), 7794-7839 (2015).
- Shetty, D., Khedkar, J. K., Park, K. M., Kim, K. Can we beat the biotin-avidin pair?: cucurbit[7]uril-based ultrahigh affinity host-guest complexes and their applications. Chemical Society Reviews. 44 (23), 8747-8761 (2015).
- Schmidt, B. V. K. J., Barner-Kowollik, C. Dynamic Macromolecular Material Design-The Versatility of Cyclodextrin-Based Host-Guest Chemistry. Angewandte Chemie International Edition. 56 (29), 8350-8369 (2017).
- Khan, A. R., Forgo, P., Stine, K. J., D'Souza, V. T. Methods for Selective Modifications of Cyclodextrins. Chemical Reviews. 98 (5), 1977-1996 (1998).
- Szejtli, J. Introduction and General Overview of Cyclodextrin Chemistry. Chemical Reviews. 98 (5), 1743-1754 (1998).
- Li, J., Loh, X. J. Cyclodextrin-based supramolecular architectures: Syntheses, structures, and applications for drug and gene delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 60 (9), 1000-1017 (2008).
- Crini, G.
- Zhang, Z. X., Liu, K. L., Li, J. A Thermoresponsive Hydrogel Formed from a Star-Star Supramolecular Architecture. Angewandte Chemie International Edition. 52 (24), 6180-6184 (2013).
- Harada, A., Takashima, Y., Nakahata, M. Supramolecular Polymeric Materials via Cyclodextrin-Guest Interactions. Accounts of Chemical Research. 47 (7), 2128-2140 (2014).
- Ballester, P., Vidal-Ferran, A., van Leeuwen, P. W. N. M. Modern Strategies in Supramolecular Catalysis. Advances in Catalysis. 54 (1), 63-126 (2011).
- Raynal, M., Ballester, P., Vidal-Ferran, A., van Leeuwen, P. W. N. M. Supramolecular catalysis. Part 1: non-covalent interactions as a tool for building and modifying homogeneous catalysts. Chemical Society Reviews. 43 (5), 1660-1733 (2014).
- Szente, L., Szemán, J. Cyclodextrins in Analytical Chemistry: Host-Guest Type Molecular Recognition. Analytical Chemistry. 85 (17), 8024-8030 (2013).
- Fourmentin, S., Ciobanu, A., Landy, D., Wenz, G. Space filling of β-cyclodextrin and β-cyclodextrin derivatives by volatile hydrophobic guests. Beilstein Journal of Organic Chemistry. 9, 1185-1191 (2013).
- Astruc, D. Olefin Metathesis: Theory and Practice. , John Wiley & Sons, Inc. Hoboken. Chapter 1 (2014).
- Samojłowicz, C., Bieniek, M., Grela, K. Ruthenium-Based Olefin Metathesis Catalysts Bearing N-Heterocyclic Carbene Ligands. Chemical Reviews. 109 (8), 3708-3742 (2009).
- Vougioukalakis, G. C., Grubbs, R. H. Ruthenium-Based Heterocyclic Carbene-Coordinated Olefin Metathesis Catalysts. Chemical Reviews. 110 (3), 1746-1787 (2010).
- Herbert, M. B., Grubbs, R. H. Z-Selective Cross Metathesis with Ruthenium Catalysts: Synthetic Applications and Mechanistic Implications. Angewandte Chemie International Edition. 54 (17), 5018-5024 (2015).
- Maier, M. E. Synthesis of Medium-Sized Rings by the Ring-Closing Metathesis Reaction. Angewandte Chemie International Edition. 39 (12), 2073-2077 (2000).
- Clavier, H., Grela, K., Kirschning, A., Mauduit, M., Nolan, S. P. Sustainable Concepts in Olefin Metathesis. Angewandte Chemie International Edition. 46 (36), 6786-6801 (2007).
- Cho, J. H., Kim, B. M. An Efficient Method for Removal of Ruthenium Byproducts from Olefin Metathesis Reactions. Organic Letters. 5 (4), 531-533 (2003).
- Skowerski, K., Gułajski, Ł Olefin Metathesis: Theory and Practice. , John Wiley & Sons, Inc. Hoboken. Chapter 25 (2014).
- Committee for medicinal products for human use (CHMP). Guideline on the specification limits for residues of metal catalysts or metal reagents (Doc.Ref. EMEA/CHMP/SWP/4446/2000). , European Medicines Agency. London. 1-34 (2008).
- Maynard, H. D., Grubbs, R. H. Purification technique for the removal of ruthenium from olefin metathesis reaction products. Tetrahedron Letters. 40 (22), 4137-4140 (1999).
- Paquette, L. A., et al. A Convenient Method for Removing All Highly-Colored Byproducts Generated during Olefin Metathesis Reactions. Organic Letters. 2 (9), 1259-1261 (2000).
- Ahn, Y. M., Yang, K., Georg, G. I. A Convenient Method for the Efficient Removal of Ruthenium Byproducts Generated during Olefin Metathesis Reactions. Organic Letters. 3 (9), 1411-1413 (2001).
- Westhus, M., Gonthier, E., Brohm, D., Breinbauer, R. An efficient and inexpensive scavenger resin for Grubbs' catalyst. Tetrahedron Letters. 45 (15), 3141-3142 (2004).
- McEleney, K., Allen, D. P., Holliday, A. E., Crudden, C. M. Functionalized Mesoporous Silicates for the Removal of Ruthenium from Reaction Mixtures. Organic Letters. 8 (13), 2663-2666 (2006).
- Galan, B. R., Kalbarczyk, K. P., Szczepankiewicz, S., Keister, J. B., Diver, S. T. A Rapid and Simple Cleanup Procedure for Metathesis Reactions. Organic Letters. 9 (7), 1203-1206 (2007).
- Michrowska, A., et al. A green catalyst for green chemistry: Synthesis and application of an olefin metathesis catalyst bearing a quaternary ammonium group. Green Chemistry. 8 (8), 685-688 (2006).
- Skowerski, K., et al. Easily removable olefin metathesis catalysts. Green Chemistry. 14 (12), 3264-3268 (2012).
- Kosnik, W., Grela, K. Synthesis of functionalised N-heterocyclic carbene ligands bearing a long spacer and their use in olefin metathesis. Dalton Transactions. 42 (20), 7463-7467 (2013).
- Hong, S. H., Grubbs, R. H. Efficient Removal of Ruthenium Byproducts from Olefin Metathesis Products by Simple Aqueous Extraction. Organic Letters. 9 (10), 1955-1957 (2007).
- Kim, C., Ondrusek, B. A., Chung, H. Removable Water-Soluble Olefin Metathesis Catalyst via Host-Guest Interaction. Organic Letters. 20 (3), 736-739 (2018).
- Hong, S. H., Wenzel, A. G., Salguero, T. T., Day, M. W., Grubbs, R. H. Decomposition of Ruthenium Olefin Metathesis Catalysts. Journal of the American Chemical Society. 129 (25), 7961-7968 (2007).
- Qi, M., Chew, B. K. J., Yee, K. G., Zhang, Z. X., Young, D. J., Hor, T. S. A. A catch-release catalysis system based on supramolecular host-guest interactions. RSC Advances. 6 (28), 23686-23692 (2016).
