Name: Remoção heterogênea de rutênio Water-soluble Olefin Metathesis catalisador de meios aquosos através da interação do anfitrião-convidado (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-23T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 39 s
Description: Aprenda a remover catalisadores de rutênio de meios aquosos através de interação anfitrião-convidado. Este método alcança níveis residuais de 0,14 ppm, permitindo a produção de produtos ultrapuros para aplicações em ciência de polímeros e indústria farmacêutica.

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Este trabalho foi financiado pela iniciativa energia de Universidade de estado de Florida e contratação de materiais e FSU departamento de química e Engenharia Biomédica.

Nota: Apresentamos a síntese de 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 (imidazólio A sal) e complexo de host, β-CD enxertados sílica, em nosso anterior papel38. O protocolo, descrevemos uma síntese do nossos Water-soluble Ru olefin metátese catalisador e metátese reações (RCM e TRAQUINAGEM).
1. síntese de (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 ( ó - isopropoxyphenylmethylene) ruténio (1 catalisador)
<ol><li>Seca um balão de fundo redondo de 25 mL com uma barra de agita, um frasco de 20 mL e uma espátula no forno.</li>
	<li>Colocar 118 mg de sal imidazólio um (0.060 mmol) em um frasco de 4 mL.</li>
	<li>Coloque o sal imidazólio preparado A no vidro seco, um septo e a espátula em uma câmara de luvas e vácuo para 2h.</li>
	<li>Depois de remover completamente o ar na câmara de luvas, purgar o gás inerte para a câmara e, em seguida, movê-las para a caixa de luva.</li>
	<li>No porta luvas, colocar 54 mg de Hoveyda-Grubbs (H-G) 1 geração dest (0,090 mmol, 1.5 equiv.) em um frasco de 20 mL.</li>
	<li>Dissolva o sal imidazólio preparado em 2,0 mL de tolueno e, em seguida, transferi-lo para o balão de fundo redondo de 50 mL com barra de agitação.</li>
	<li>0,18 ml de solução de potássio bis (trimetilsilil) amida (KHMDS) (solução 0,5 M de tolueno, 0,090 mmol, 1.5 equiv) para a solução de sal de imidazólio.</li>
	<li>Agite o frasco para misturar os reagentes.</li>
	<li>Dissolver a geração dest H-G-1 em 3,0 mL de tolueno e, em seguida, adicionar a solução para o balão de reação.</li>
	<li>Selar o balão com septo e, em seguida, remover isto da caixa de luva.</li>
	<li>Agitar a mistura de reação para h 3 a 80 ° C.</li>
	<li>Depois de 3 h, purificar o catalisador por cromatografia em alumina neutra, eluída com AcOEt/MeOH = 15/1. Recolha a solução verde escura. Nota: A evaporação do solvente não é necessário antes de cromatografia. Rf valor é 0,46 na alumina neutra, eluída com AcOEt/MeOH = 15/1.</li>
	<li>Remova o solvente sob pressão reduzida.</li>
	<li>Vácuo, o resíduo final para obter o sólido ceroso verde escuro.</li>
</ol>2. reação de dupla troca e remoção de resíduos de catalisador em meios aquosos
<ol><li>Prepare desgaseificado óxido de deutério (D.2O) ou água desionizada pela subida D2O ou água desionizada com gás nitrogênio mais 2 h.</li>
	<li>Coloque 4,4 mg do catalisador 1 (0.0020 mmol) e 41 mg de 2-alil -N,N,N- trimetilpent-4-en-1-amónio cloreto (substrato de amónio tetraalkyl) (0.20 mmol) em cada frasco de 4,0 mL.</li>
	<li>Dissolver o substrato de amónio tetraalkyl em 0,5 mL de desgaseificado D2O (ou H2O) e, em seguida, adicione a solução em catalisador 1.</li>
	<li>Feche o frasco de reação e, em seguida, aquecer a mistura de reação por 24 h a 45 ° C. Monitore a conversão da reação 1H NMR. Nota: Monitore a 1H NMR pico conversão de 3,25 ppm (gibão, -NCH2CH - no substrato) 3,52 ppm (gibão, -NCH2CH - no produto).</li>
	<li>Após a conclusão da reação, esfrie o frasco de reação à temperatura ambiente.</li>
	<li>Adicione 150 mg de β-CD enxertado sílica na mistura de reação. Nota: Unidade de β-CD transplantado para o gel de silicone foi calculada em 1,57 10-4 mmol/mg por análise térmica química (TGA).</li>
	<li>Agite a mistura de reação para 10 h à temperatura ambiente.</li>
	<li>Filtre a mistura de reação através de ficha de algodão.</li>
	<li>Remova o solvente em um secador de gelo.</li>
</ol>3. anel-abertura metátese polimerização e remoção de resíduos de catalisador em meios aquosos
<ol><li>Prepare desgaseificado D2O ou água desionizada pela subida D2O ou água desionizada com gás nitrogênio mais 2 h.</li>
	<li>Coloque 4,4 mg do catalisador 1 (0.0020 mmol) e 17,1 mg de 2-((3aR*,4S*,7R*,7aS*)-1,3-dioxo-1,3, 3a, 4, 7, 7a-hexahidro-2H-4,7-methanoisoindol-2-yl)- N,N,N- trimethylethan-1-amónio, cloreto de (monômero, Figura 5) (0.060 mmol) em cada frasco de 4,0 mL.</li>
	<li>Dissolver o monômero em 0,5 mL de desgaseificado D2O (ou H2O) e, em seguida, adicione a solução em catalisador 1.</li>
	<li>Feche o frasco de reação e, em seguida, aquecer a mistura de reação para h 2 a 45 ° C. Monitore a conversão da reação 1H NMR. Nota: Monitorar o 1desaparecimento de pico H NMR 6,14 ppm (-CH= CH- no monômero).</li>
	<li>Após a conclusão da reação, esfrie o frasco de reação à temperatura ambiente.</li>
	<li>Saciar a reação com 0,1 mL de éter de etilo do vinil. Nota: Têmpera é preciso dissociar o catalisador Ru da cadeia polimérica terminal.</li>
	<li>Adicione 150 mg de β-CD enxertado sílica na mistura de reação.</li>
	<li>Agite a mistura de reação para 10 h à temperatura ambiente.</li>
	<li>Filtre a mistura de reação através de ficha de algodão.</li>
	<li>Remova o solvente em um secador de gelo.</li>
</ol>4. reação de dupla troca e remoção de resíduos de catalisador de CH2Cl2
<ol><li>Coloque 4,4 mg do catalisador 1 (0.0020 mmol) e 48 mg de diallylmalonate de dietilo (0.20 mmol) em cada frasco de 4,0 mL.</li>
	<li>Dissolver o diallylmalonate de dietilo em 0,5 mL de CH2Cl2e, em seguida, adicionar a solução para catalisador 1.</li>
	<li>Feche o frasco de reação e, em seguida, manter a mistura de reação em temperatura ambiente por 1 h. Monitor a conversão da reação por 1H NMR. Nota: Monitorar o 1conversão de pico H NMR de 2,63 ppm (gibão, -CCH2CH = CH2 no substrato) para 3,01 ppm (singlet, -CCH2CH = CHCH2C - no produto).</li>
	<li>Após a conclusão da reação, transferi a mistura resultante de reação para um frasco de 30 mL.</li>
	<li>Dilua a solução de reação com 15 mL de éter dietílico.</li>
	<li>Lave a solução orgânica com 15 mL de água para cinco vezes.</li>
	<li>Seque a camada orgânica com MgSO4e, em seguida, filtrar a solução através de ficha de algodão para remover partículas de MgSO4 .</li>
	<li>Adicione 60 mg de carvão ativado em solução resultante e, em seguida, agitar a mistura por 24 horas à temperatura ambiente.</li>
	<li>Filtrar a solução através de ficha de algodão para remover o carvão ativado e, em seguida, remover o solvente sob pressão reduzida.</li>
</ol>

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<li>Qi, M., Chew, B. K. J., Yee, K. G., Zhang, Z. X., Young, D. J., Hor, T. S. A. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ra/c6ra01846g/unauth#!divAbstract">A catch-release catalysis system based on supramolecular host-guest interactions.</a> RSC Advances. 6 (28), 23686-23692 (2016).</li>
</ol>

Os autores não declaram nenhum interesse financeiro concorrente.

Descrevemos a síntese de removível homogênea catalisador de metátese de olefina Ru e sua remoção de soluções aquosas e orgânicas. Catálise homogênea fornece muitos benefícios em comparação com catalisadores heterogêneos, tais como alta reatividade e taxa de reação rápida; no entanto, a remoção do catalisador usado do produto é mais difícil que catalisador heterogêneo3. A característica fundamental do catalisador sintetizado é o ligante NHC, que tem adamantyl amarrado água solúvel oligo(ethylene gl...

A remoção da catálise homogênea organometálico do produto é uma questão importante na química moderna1,2. De seu elemento de heavy metal, mas também uma transformação indesejada do produto de sua reatividade potencial, catalisador residual faz com que não só um problema de toxicidade. Catalisador homogêneo oferece muitas vantagens, como alta atividade, taxa de reação rápida e quimioselectividade3, no entanto, a sua remoção do produto é muito mais difícil do que o catalisador heterogêneo que é simplesmente removido por filtração ou decantação. A combinação das vantagens do catalisador homogêneo e heterogêneo, isto é, reação homogênea e remoção heterogênea, representa um importante conceito para catalisador organometálico altamente reativo e facilmente removível. Figura 1 ilustrado o princípio de funcionamento para reação homogênea e heterogênea remoção do catalisador através da interação do anfitrião-convidado.
Anfitrião-convidado química é não covalente ligação molecular reconhecimento entre moléculas do anfitrião e moléculas de comentários em química supramolecular4,5,6,7,8. Ciclodextrinas (CDs), oligossacarídeos cíclicos, são representativas anfitrião moléculas9,10,11,12, e eles foram aplicados em grandes campos da ciência, como ciência de polímeros 13 , 14, catálise15,16, aplicações biomédicas6,10e química analítica17. Uma molécula de comentários, adamatane, liga-se fortemente à cavidade hidrofóbica de β-CD (anfitrião, 7 membros sacárido cíclico) com constante alta associação, Kum (log Kum = 5,04)18. Esta afinidade de ligação supramolecular é forte o suficiente para remover o catalisador residual complexo a partir da solução aquosa de reação com sólido β-CD com suporte.
Entre muitos catalisadores que são elegíveis para a remoção do anfitrião-convidado, catalisador de metátese de olefina Ru foi estudada devido à altos utilitários práticos e alta estabilidade contra o ar e a umidade. A reação de metátese de olefinas é uma ferramenta importante em química sintética para formar uma ligação dupla de carbono-carbono na presença de um metal de transição catalisador19,20,21,22. O desenvolvimento de estável catalisador de metátese de olefina Ru trigged a metátese como um campo importante em química sintética (por exemplo, RCM e Cruz metátese (CM)) bem como de ciência de polímeros (por exemplo, ROMP e metátese dieno acíclicos (ADMET)). Em particular, o RCM sintetiza macrociclos e anéis de médio porte que tem sido difícil construir23.
Apesar de sintéticas utilidades do Ru catalisada por metátese de olefina, remoção completa do catalisador utilizado de Ru do produto desejado é um grande desafio para muitas aplicações práticas24. Por exemplo, 1912 ppm de resíduo Ru foi observada em produto de metátese de anel-fechamento depois de cromatografia de coluna de sílica gel25. Ru residual pode causar problemas como a isomerização de olefina, decomposição, colorização e toxicidade de produtos farmacêuticos26. Conferência Internacional sobre harmonização (ICH) publicou uma diretriz de reagentes metais residuais em produtos farmacêuticos. O máximo permitido é de nível Ru no produto farmacêutico 10ppm27. Por estas razões, diversas abordagens foram julgadas para remover resíduos de Ru do produto solução28,29,30,31,32,33. Além disso, os desenvolvimentos de catalisadores de Ru removíveis têm sido estudados por purificação sem qualquer tratamento especial após a reação. Entre os vários métodos de purificação, modificações de ligante de catalisador foram julgadas para melhorar a eficiência de filtração de sílica gel e extração líquida. Por exemplo, gel de silicone altamente eficiente filtragem pode ser conseguida marca íon introduzido na benzilideno34 ou espinha dorsal da NHC ligante35,36. O catalisador de rolamento poly(ethylene glycol)37 ou íon marca35 em um ligante NHC pode melhorar a eficiência de extração aquosa para remoção de catalisador do Ru.
Recentemente, nós relatamos um altamente solúvel em água Ru olefin metátese catalisador, que demonstrou não só alta reatividade, mas também a taxa de remoção do catalisador de alta. Além disso, a remoção de metátese e catalisador ocorreu em água e diclorometano34,35,36,37. A característica fundamental do catalisador novo é que o novo NHC ursos oligo(ethylene glycol) adamantyl amarrado. Oligo(Ethylene glycol) fornece alta solubilidade em água do catalisador de todo complexo. Além disso, o oligo(ethylene glycol) possui adamantyl fim de grupo que pode ser usado na interação do anfitrião-convidado com β-CD externo.
Aqui, descrevemos os protocolos para a síntese do catalisador, reações de metátese e remoção do catalisador em água e diclorometano.

<table><tbody><tr><td>Hoveyda-Grubbs Catalyst 1ª Geração</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>577944</td><td>Sensibilidade ao ar. Sensibilidade à luz.</td></tr><tr><td>Dietil dialilmalonato</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>283479</td><td></td></tr><tr><td>Éter etílico vinílico</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>422177</td><td>Sensível ao ar.</td></tr><tr><td>Óxido de alumínio</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>06300</td><td>Ativado, neutro, Brockmann Atividade I</td></tr><tr><td>Solução de bis(trimetilsilil)amida de potássio (0,5 M em tolueno)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>277304</td><td>Sensível à umidade.</td></tr><tr><td>Acetato de etileno</td><td>VWR</td><td>BDH1123</td><td>Líquido inflamável.</td></tr><tr><td>Metanol</td><td>VWR</td><td>BDH1135</td><td>Líquido inflamável. Tóxico.</td></tr><tr><td>Óxido de deutério 99,8% D</td><td>TCI</td><td>W0002</td><td></td></tr><tr><td>Cloreto de metileno-D2 (D, 99,8%)</td> <td>Cambridge Isotope Laboratories, Inc.</td><td>DLM-23</td><td>Líquido inflamável. Tóxico.</td></tr><tr><td>Carvão ativado</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>242276</td><td></td></tr><tr><td>Sulfato de magnésio</td><td>EMD Millipore</td><td>MX0075</td><td></td></tr><tr><td>Éter etílico</td><td>EMD Millipore</td><td>EX0190</td><td>Líquido inflamável.</td></tr></tbody></table>

remoção heterogênea de rutênio water-soluble olefin metathesis catalisador de meios aquosos através da interação do anfitrião-convidado

Heterogeneous Removal of Water-Soluble Ruthenium Olefin Metathesis Catalyst from Aqueous Media Via Host-Guest Interaction

É desenvolvido um método de remoção de catalisador de metal de transição altamente eficiente. O catalisador solúvel em água contém um ligante NHC recém-projetado para a remoção do catalisador através de interações do anfitrião-convidado. O ligante novo do NHC possui um unidades de glicol de etileno linear adamantyl (convidado) amarrado para inclusão hidrofóbico na cavidade de um host de β-ciclodextrina (β-CD) composto. O novo ligante NHC foi aplicado a um catalisador de metátese de olefina baseado no Ru. O catalisador de Ru demonstrado excelente atividade no representante metátese de fechamento de anel (RCM) e reações de polimerização (ROMP) de metátese de anel de abertura em meios aquosos, bem como solvente orgânico, CH2Cl2. Após a reação foi completa, o resíduo persistente do Ru foi removido da solução aquosa com a eficiência de mais de 99% (53 ppm de resíduo Ru) por filtração simples, utilizando uma anfitrião-convidado interação entre insolúvel sílica-enxertados β-CD (anfitrião) e o adamantyl moiety (comentários) sobre o catalisador. O novo catalisador Ru também demonstrou eficiência alta remoção através de extração quando a reação é executada em solvente orgânico particionando a mistura de reação bruto entre camadas de éter etílico e água. Desta forma, o catalisador fica na camada aquosa somente. Na camada orgânica, a quantidade residual do Ru foi apenas 0,14 ppm nas reações de compostos de dialil RCM.

Figura 2 descreve a reação de troca de ligante para nosso catalisador 1. O espectro de H NMR 1é mostrado na Figura 3.
A Figura 4 mostra o RCM em solução aquosa e posterior remoção do catalisador usado da mistura da reação através da interação do anfitrião-convidado, e a tabela 1 resume o RCM em m...

Um Water-soluble removível N-ligante de carbeno heterocíclicos (NHC) em meio aquoso através do anfitrião-convidado interação foi desenvolvido. Temos demonstrado reações de metátese de olefina representativa na água, bem como em diclorometano. Através de uma interação do anfitrião-convidado ou extração, o catalisador residual rutênio (Ru) foi tão baixo quanto 0,14 ppm após a reação.

Remoção heterogênea de rutênio Water-soluble Olefin Metathesis catalisador de meios aquosos através da interação do anfitrião-convidado

A highly efficient transition metal catalyst removal method is developed. The water-soluble catalyst contains a newly-designed NHC ligand for the catalyst ...

Este método pode ajudar a responder a questões-chave na aplicação prática do campo de catalisadores de metais de transição, como ciência de polímeros e indústrias farmacêuticas. Podemos produzir produtos ultra puros usando esta tecnologia. A principal vantagem dessa técnica é que podemos remover facilmente o catalisador homogêneo, o que é difícil de fazer usando a interação host-hóspede.As implicações desta técnica se estendem para a catálise homogênea reciclável, porque o método de remoção do catalisador, Interação Hospedeiro-Hóspede é reversível. Embora esse método possa fornecer informações sobre a mesma remoção do catalisador de metástase. Também pode ser aplicado a outros catalisadores contendo metais, como paládio, platina, cobre, níquel e catalisador de ouro.A demonstração visual deste método é crítica, pois o procedimento de síntese e a remoção homogênea do catalisador são tipicamente muito longos porque o removedor de catalisador host-convidado é novo. Secar primeiro um balão de fundo redondo de 25 ml contendo uma barra de agitação magnética, um frasco de 20 ml e uma espátula numa estufa. Coloque 118 miligramas de sal de imidazólio em um frasco de 4 mililitros.Coloque o sa

heterogeneous-removal-water-soluble-ruthenium-olefin-metathesis

Research

JoVE Journal

Chemistry

Química

Complexos de rutênio de fosfina são amplamente utilizados para reações catalíticas homogêneas, como hidrogenação. A síntese de uma série de novos complexos de ruténio tridentado que ostentam o ligando -triphos N N (CH 2 PPh 2) 3 é relatado. Além disso, a reacção estequiométrica de um complexo dihydride Ru- N -triphos com ácido levulínico é descrito.

A Síntese, Caracterização e Reatividade de uma série de Rutênio<em&gt; N</em&gt; -triphos<sup&gt; Ph</sup&gt; Complexos

Este artigo descreve um processo de produção de nanopartículas poliméricas automontadas usando polimerização por dispersão mediada por luz visível. O uso de luz visível de baixa energia para controlar a polimerização permite a formação reprodutível de micelas semelhantes a vermes automontadas com alto teor de sólidos.

Síntese Facile de micelas Worm-like por luz visível Mediated Dispersão Polimerização Usando Photoredox Catalisador

Um método geral potencial para a síntese de matrizes peptídicas multimetálicas solúveis em água contendo uma sequência predeterminada de centros metálicos é apresentado.

Síntese de uma matriz de complexo de metal-orgânicos solúveis em água

Um protocolo para a síntese, purificação e caracterização de um inibidor de rutênio-baseado da absorção de cálcio mitocondrial é apresentado. Um procedimento para avaliar a sua eficácia em células de mamíferos permeabilized é demonstrado.

Síntese e avaliação de um inibidor de absorção de cálcio mitocondrial rutênio-baseado

O objetivo do protocolo aqui apresentado é gerar e trajetórias de configurações de moléculas de água líquida em torno de espécie catalítica sobre uma superfície plana de metal de transição da amostra. As configurações incluídas na amostra podem ser usadas como estruturas a partir de métodos baseados na mecânica quântica.

Amostragem múltipla escala de uma Interface de catalisador heterogêneo água/Metal usando a teoria do funcional da densidade e do campo de força dinâmica Molecular

Um novo catalisador de metal do grupo IV para a metátese de imina é preparado por enxertia o complexo metálico de amina na sílica desidroxilada. Fragmentos metálicos de superfície são caracterizados usando FT-IR, microanálise elementar e espectroscopia de RMN de estado sólido. A superfície de polarização nuclear dinâmica mais adicional realçou experiências da espectroscopia de RMN complementa a determinação da esfera da coordenação.

Metathesis de imine por catalisadores sílica-apoiados usando a metodologia da química organometálica de superfície

Aqui, apresentamos um protocolo para a validação ativa de catalisadores de estrutura metal-orgânicos, comparando reações stoichiométricas e catalíticas carbonimetrias para descobrir se uma reação ocorre na superfície interna ou externa de estruturas metal-orgânicas.

Desenvolvimento de catalisadores enantioseseseseses heterogêneos usando estruturas quirais metal-orgânicas (MOFs)

Este protocolo mostra um método conveniente para comparar as propriedades catalíticas dos catalisadores de platina suportados, sintetizados pela deposição de coloides nanosized ou por impregnação. A hidrogenação do ciclohexeno serve como uma reação modelo para determinar a atividade catalítica dos catalisadores.

Reações catalíticas em nanopartículas de platina estabilizadas e livres de ligante suportadas em Titânia durante a hidrogenação de Alkenes e Aldehydes

A análise da forma da linha dos espectros de RMN coletados em uma faixa de temperaturas serve como um guia para o rearranjo de átomos da esfera de coordenação interna em um complexo de polihidreto de rênio(V) quiral, de oito coordenadas, ReH5(PPh3)2(sec-butil amina). A análise da forma da linha também é usada para determinar os parâmetros de ativação ΔH‡, ΔS‡ e ΔG‡ para esses rearranjos de átomos.

Análise da Forma da Linha de Espectros Dinâmicos de RMN para Caracterização de Rearranjos de Esferas de Coordenação em um Complexo de Polihidreto de Rênio Quiral

Aqui os processos de deposição de vapor químico de plasma aumentada de perfluoroalcanos sobre materiais microporosos tais como os quadros metal-orgânicos para melhorar a sua estabilidade e hidrofobicidade são descritos. Além disso, o teste de ruptura de quantidades de miligrama de amostras está descrita em detalhe.

Preparação de hidrofóbicos Metal-Organic Frameworks via Plasma aprimorado Chemical Vapor Deposition de perfluoroalcanos para a remoção de amônia

Aprenda a remover catalisadores de rutênio de meios aquosos através de interação anfitrião-convidado. Este método alcança níveis residuais de 0,14 ppm, permitindo a produção de produtos ultrapuros para aplicações em ciência de polímeros e indústria farmacêutica.

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