n- Butyllithium titrage

Organic Chemistry II

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Overview

Source : Vy M. Dong et Le Diane, Department of Chemistry, University of California, Irvine, CA

Cette expérience démontrera une technique simple pour titrer et obtenir une concentration exacte de la réactifs organolithiens, n- butyllithium (n- BuLi). Réactifs organolithiens sont extrêmement sensibles au air et l’humidité et des soins appropriés doivent être prises pour maintenir la qualité du réactif de sorte qu’il peut être utilisé avec succès dans une réaction. Le n- BuLi expériences de titrage doivent être effectuées régulièrement pour obtenir des concentrations exactes à utiliser dans une réaction chimique. Par la suite, nous allons démontrer l’ajout du titré n- BuLi de benzaldéhyde.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Chimie organique II. n- Butyllithium titrage. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

Réactifs organolithiens sont des composés contenant une liaison C−Li et sont des bases très fortes. Parce que les organolithiums sont extrêmement air - et sensibles à l’humidité, bon il faut gérer ces réactifs. Ils sont sensibles aux acides, produits corrosifs et souvent pyrophoriques. n- BuLi, un alkyllithium, est généralement stocké à basse température (inférieure à 0 ° C) et stockée sous forme d’une solution dans les hydrocarbures tels que hexanes. N- BuLi peut être utilisé comme une base ou un nucléophile en fonction des conditions de réaction. En outre, il peut être utilisé dans les réactions d’échange lithium-halogène pour générer des réactifs au lithium d’aryle ou de vinyle, qui peuvent réagir avec un électrophile. En outre, n- BuLi est couramment utilisé comme l’initiateur de la polymérisation de diènes utilisés dans les élastomères.

Titrage est une technique analytique quantitative courante utilisée pour déterminer une concentration inconnue d’un analyte en ajoutant une concentration connue d’une solution titrante jusqu'à ce que la réaction atteint achèvement, ce qui est indiqué par un changement de couleur. Dans cette expérience, nous démontrera le titrage du n -BuLi et calculer sa concentration avec l’acide diphénylacétique comme la solution titrante, est une écurie solide et peut être facilement taré. Par réaction du n- BuLi avec de l’acide diphénylacétique, la solution tourne une couleur jaune foncé à la fin du titrage, et donc un indicateur n’est pas nécessaire (Figure 1). En mesurant le volume précis de n- BuLi utilisé pour consommer de l’acide diphénylacétique, nous pouvons calculer la molarité de la réaction. Cette expérience doit être répétée trois fois pour obtenir une mesure moyenne.

Figure 1
Figure 1. Réaction de n- BuLi avec de l’acide diphénylacétique.

Procedure

1. préparation de la solution titrante

  1. Un ballon à fond rond séché flamme équipé d’un bar de remuer sous N2, ajouter l’acide diphénylacétique (250 mg, 1.18 mmol) et THF anhydre (5 mL).

2. titrage du n- BuLi

  1. Calculer le montant approximatif du n- BuLi solution (en hexanes) nécessaire de consommer de l’acide diphénylacétique. À l’aide d’une seringue, ajoutez lentementune solution de n- BuLi goutte à goutte. Le mélange réactionnel sera temporairement jaunissent et retour à une solution incolore à chaque chute.
  2. Continuez à ajouter la solution de n- BuLi goutte à goutte jusqu'à ce que le mélange réactionnel continue à rester une couleur jaune foncé. Ce sera le point final de la réaction.
  3. Répéter le titrage 3 x pour obtenir un volume moyen du n- BuLi utilisé.

3. calcul de molarité

  1. Les taupes du n- BuLi utilisée dans le titrage sont équivalentes aux moles d’acide diphénylacétique utilisé dans la réaction. Depuis les taupes de diphénylacétique l’acide utilisé est connu, le calcul de la concentration de n- BuLi est donnée par l’équation suivante : mmol diphénylacétique acide/mL n- BuLi = molarité de la solution de n- BuLi.

4. Ajout du n- BuLi de benzaldéhyde (Figure 2)

  1. Ajouter à un ballon à fond rond séché flamme équipé d’un bar de remuer sous N2, THF anhydre (30 mL) et le benzaldéhyde (3 mmol, 1 équiv.). Refroidir la solution à −78 ° C.
  2. Ajouter n- BuLi (1.1 équiv.) et laisser la réaction à chaude à la température ambiante.
  3. Ajouter saturés NH4Cl (AQ., 10 mL) pour étancher la réaction et en extraire la phase aqueuse à l’éther éthylique (2 x 25 mL).
  4. Laver les couches organiques combinés (2 x 15 mL) d’eau additionnée de saumure (1 x 20 mL).
  5. Sécher avec Na2donc4, filtrer et concentrer les couches organiques combinés sous réduit la pression de payer le produit.

La figure 2. Ajout du n - BuLi de benzaldéhyde.

Figure 2

N- butyllithium, en abrégé n- BuLi est un réactif organolithiens qui est fréquemment utilisé comme une base forte ou un nucléophile.

N- butyllithium est commercialement disponible en solution dans les alcanes tels que l’hexane ou l’heptane. Ces solutions sont stables lorsque entreposé, mais encore se dégrader sur le vieillissement et l’exposition à l’eau ou l’oxygène.

Lorsque vous utilisez une solution de n- butyllithium pour préparer au lithium di-isopropylamide, un autre type de base solide, il est essentiel qu’un montant précis est utilisé dans la réaction. Pour cette raison, les expériences de titrage doivent être effectuées avant chaque utilisation.

Cette vidéo illustre les principes de n- butyllithium, une procédure pour le titrage d’un n- butyllithiumsolution et son utilisation dans une réaction chimique et plusieurs applications.

N- butyllithium, une chaîne de quatre-carbone avec une liaison carbone-lithium à une extrémité, est utilisé comme une base de Brønsted forte et dans les réactions d’échange lithium-halogène, mais peut également être utilisé comme un nucléophile, ou comme un initiateur de polymérisation dans la production d’élastomères .

Pour la plupart des expériences, seulement un léger excès molaire de n- butyllithium doit être ajouté au mélange réactionnel. Ajouter trop peu réactif se traduira par une réaction incomplète, et ajoutant trop grand un excès peut entraîner des sous-produits indésirables. Le montant précis de n- butyllithium solution à ajouter est calculé en effectuant une expérience de titrage avec de l’acide diphénylacétique.

Maintenant que nous avons discuté des principes du n- butyllithium, regardons une procédure pour le titrage d’une solution de n- butyllithium et pour son utilisation dans une réaction chimique.

Tout d’abord, refroidir à température ambiante, une flamme séché un ballon à fond rond 20 mL et barre de remuer sous atmosphère d’azote, puis ajouter de l’acide diphénylacétique et 5 mL tétrahydrofurane anhydre.

À l’aide d’une seringue de 2 mL verre graduée munie d’une aiguille, dresser 2 mL 1.6 de solution molaire de n- butyllithium dans hexanes, qui se trouve sous atmosphère d’azote. Puis insérez l’aiguille dans le flacon contenant de l’acide diphénylacétique. Tout en remuant, ajouter la n- butyllithium solution goutte à goutte le contenu de la fiole, qui doit devenir jaune et puis de nouveau à incolore.

Continuer à ajouter du n- butyllithium solution jusqu'à ce que la couleur jaune foncé persiste, indiquant que le point de terminaison a été atteinte. Notez combien le n- butyllithium a été ajouté et diviser 1.18, qui correspond au nombre de millimoles d’acide diphénylacétique, par ce numéro pour calculer la concentration molaire réelle.

Maintenant que nous avons calculé la concentration réelle de n- butyllithium solution, nous sommes prêts à utiliser dans une expérience. Refroidir à température ambiante, une flamme séché un ballon à fond rond 100 mL et barre de remuer sous atmosphère d’azote, puis ajoutez le benzaldéhyde dans 20 mL tétrahydrofurane anhydre. Remuer le contenu à-78 ° c dans un bain de glace carbonique et d’acétone.

Ajouter goutte à goutte le n- butyllithium dans le ballon.

Puis à l’aide de la chromatographie sur couche mince, moniteur benzaldéhyde consommation. Une fois que la réaction est terminée, retirer le ballon du bain réfrigéré et laissez-le à température ambiante. Ensuite, ajoutez 10 mL saturée de chlorure d’ammonium aqueux pour étancher la réaction. Extraire ensuite la couche aqueuse deux fois avec 25 mL d’éther diéthylique. Combiner les couches organiques et laver deux fois avec 15 mL d’eau puis une fois avec 15 mL de chlorure de sodium solution saturée.

Enlever des traces d’eau provenant des couches organiques combinés en ajoutant environ 1 g de sulfate de sodium, puis filtrer hors du solide et rincer avec de l’éther diéthylique supplémentaire. Concentrer le mélange sous pression réduite pour obtenir le produit. Il doit être un liquide incolore en apparence.

Maintenant que nous avons vu un exemple de procédure de laboratoire, nous allons voir quelques applications utiles de n- butyllithium.

Élastomères sont des polymères ayant des propriétés et sont utiles pour de nombreux types de produits, y compris les actuateurs diélectriques. Une quantité catalytique de n- butyllithium est importante dans la production de polybutadiène, par exemple, par une addition de Michael à l’un des groupes deux vinyle du butadiène-1, 4 et l’anion qui en résulte, ajout d’une deuxième molécule de butadiène-1, 4, formant trois produits d’addition possible.

Des groupes vinyle et aromatiques dans les produits naturels et les médicaments pharmaceutiques sont très fréquents.

Halogénures de vinyle et aryle réagissent avec un équivalent molaire de n- butyllithium dans un échange lithium-halogène pour générer vinyle - et aryllithiums, qui peut déplacer un groupe partant dans un électrophile et forment une nouvelle liaison carbone-carbone.

Une autre application courante du n- butyllithium est comme une forte base de Brønsted pour générer un nucléophile de carbone. Dans la synthèse de clarinex, un médicament antihistaminique, deux équivalents de n- butyllithium sont utilisés pour supprimer un proton d’un dérivé de picoline, générant un nucléophile de carbone, ce qui déplace le groupe partant dans un chlorure de benzyle pour créer une nouvelle liaison carbone-carbone. Les espèces qui en résulte sont ensuite converti en clarinex en quatre étapes.

Vous avez regardé juste introduction de JoVE de n- Butyllithium titrage et ajout de n-Butyllithium de benzaldéhyde. Vous devez maintenant comprendre les principes du n- butyllithium, comment réaliser une expérience et certaines de ses applications. Merci de regarder !

Results

Les résultats représentatifs pour le titrage du n- BuLi pour les procédures de 1-3

Étape de la procédure Couleur du mélange réactionnel
1.1 Incolore
2.1 Jaune, puis incolore
2.2 Jaune foncé
3.1 1.18 mmol diphénylacétique acide/1 mL n- BuLi = 1,18 M n- BuLi dans hexanes

Tableau 1. Les résultats représentatifs pour procédures 13.

Applications and Summary

Dans cette expérience, nous avons démontré comment déterminer la concentration d’une solution de n- BuLi en utilisant de l’acide diphénylacétique. Nous avons également réalisé une réaction en ajoutant n- BuLi de benzaldéhyde.

Les concentrations exactes du n- BuLi sont importantes pour son application réussie dans un certain nombre de réactions. n- BuLi est couramment utilisé dans les réactions d’échange lithium-halogène pour préparer des réactifs aryllithium ou vinyllithium, qui peuvent être ensuite utilisés dans la liaison C-C réactions de formation. En outre, il peut être utilisé comme une base ou un nucléophile, suivant les conditions réactionnelles.

1. préparation de la solution titrante

  1. Un ballon à fond rond séché flamme équipé d’un bar de remuer sous N2, ajouter l’acide diphénylacétique (250 mg, 1.18 mmol) et THF anhydre (5 mL).

2. titrage du n- BuLi

  1. Calculer le montant approximatif du n- BuLi solution (en hexanes) nécessaire de consommer de l’acide diphénylacétique. À l’aide d’une seringue, ajoutez lentementune solution de n- BuLi goutte à goutte. Le mélange réactionnel sera temporairement jaunissent et retour à une solution incolore à chaque chute.
  2. Continuez à ajouter la solution de n- BuLi goutte à goutte jusqu'à ce que le mélange réactionnel continue à rester une couleur jaune foncé. Ce sera le point final de la réaction.
  3. Répéter le titrage 3 x pour obtenir un volume moyen du n- BuLi utilisé.

3. calcul de molarité

  1. Les taupes du n- BuLi utilisée dans le titrage sont équivalentes aux moles d’acide diphénylacétique utilisé dans la réaction. Depuis les taupes de diphénylacétique l’acide utilisé est connu, le calcul de la concentration de n- BuLi est donnée par l’équation suivante : mmol diphénylacétique acide/mL n- BuLi = molarité de la solution de n- BuLi.

4. Ajout du n- BuLi de benzaldéhyde (Figure 2)

  1. Ajouter à un ballon à fond rond séché flamme équipé d’un bar de remuer sous N2, THF anhydre (30 mL) et le benzaldéhyde (3 mmol, 1 équiv.). Refroidir la solution à −78 ° C.
  2. Ajouter n- BuLi (1.1 équiv.) et laisser la réaction à chaude à la température ambiante.
  3. Ajouter saturés NH4Cl (AQ., 10 mL) pour étancher la réaction et en extraire la phase aqueuse à l’éther éthylique (2 x 25 mL).
  4. Laver les couches organiques combinés (2 x 15 mL) d’eau additionnée de saumure (1 x 20 mL).
  5. Sécher avec Na2donc4, filtrer et concentrer les couches organiques combinés sous réduit la pression de payer le produit.

La figure 2. Ajout du n - BuLi de benzaldéhyde.

Figure 2

N- butyllithium, en abrégé n- BuLi est un réactif organolithiens qui est fréquemment utilisé comme une base forte ou un nucléophile.

N- butyllithium est commercialement disponible en solution dans les alcanes tels que l’hexane ou l’heptane. Ces solutions sont stables lorsque entreposé, mais encore se dégrader sur le vieillissement et l’exposition à l’eau ou l’oxygène.

Lorsque vous utilisez une solution de n- butyllithium pour préparer au lithium di-isopropylamide, un autre type de base solide, il est essentiel qu’un montant précis est utilisé dans la réaction. Pour cette raison, les expériences de titrage doivent être effectuées avant chaque utilisation.

Cette vidéo illustre les principes de n- butyllithium, une procédure pour le titrage d’un n- butyllithiumsolution et son utilisation dans une réaction chimique et plusieurs applications.

N- butyllithium, une chaîne de quatre-carbone avec une liaison carbone-lithium à une extrémité, est utilisé comme une base de Brønsted forte et dans les réactions d’échange lithium-halogène, mais peut également être utilisé comme un nucléophile, ou comme un initiateur de polymérisation dans la production d’élastomères .

Pour la plupart des expériences, seulement un léger excès molaire de n- butyllithium doit être ajouté au mélange réactionnel. Ajouter trop peu réactif se traduira par une réaction incomplète, et ajoutant trop grand un excès peut entraîner des sous-produits indésirables. Le montant précis de n- butyllithium solution à ajouter est calculé en effectuant une expérience de titrage avec de l’acide diphénylacétique.

Maintenant que nous avons discuté des principes du n- butyllithium, regardons une procédure pour le titrage d’une solution de n- butyllithium et pour son utilisation dans une réaction chimique.

Tout d’abord, refroidir à température ambiante, une flamme séché un ballon à fond rond 20 mL et barre de remuer sous atmosphère d’azote, puis ajouter de l’acide diphénylacétique et 5 mL tétrahydrofurane anhydre.

À l’aide d’une seringue de 2 mL verre graduée munie d’une aiguille, dresser 2 mL 1.6 de solution molaire de n- butyllithium dans hexanes, qui se trouve sous atmosphère d’azote. Puis insérez l’aiguille dans le flacon contenant de l’acide diphénylacétique. Tout en remuant, ajouter la n- butyllithium solution goutte à goutte le contenu de la fiole, qui doit devenir jaune et puis de nouveau à incolore.

Continuer à ajouter du n- butyllithium solution jusqu'à ce que la couleur jaune foncé persiste, indiquant que le point de terminaison a été atteinte. Notez combien le n- butyllithium a été ajouté et diviser 1.18, qui correspond au nombre de millimoles d’acide diphénylacétique, par ce numéro pour calculer la concentration molaire réelle.

Maintenant que nous avons calculé la concentration réelle de n- butyllithium solution, nous sommes prêts à utiliser dans une expérience. Refroidir à température ambiante, une flamme séché un ballon à fond rond 100 mL et barre de remuer sous atmosphère d’azote, puis ajoutez le benzaldéhyde dans 20 mL tétrahydrofurane anhydre. Remuer le contenu à-78 ° c dans un bain de glace carbonique et d’acétone.

Ajouter goutte à goutte le n- butyllithium dans le ballon.

Puis à l’aide de la chromatographie sur couche mince, moniteur benzaldéhyde consommation. Une fois que la réaction est terminée, retirer le ballon du bain réfrigéré et laissez-le à température ambiante. Ensuite, ajoutez 10 mL saturée de chlorure d’ammonium aqueux pour étancher la réaction. Extraire ensuite la couche aqueuse deux fois avec 25 mL d’éther diéthylique. Combiner les couches organiques et laver deux fois avec 15 mL d’eau puis une fois avec 15 mL de chlorure de sodium solution saturée.

Enlever des traces d’eau provenant des couches organiques combinés en ajoutant environ 1 g de sulfate de sodium, puis filtrer hors du solide et rincer avec de l’éther diéthylique supplémentaire. Concentrer le mélange sous pression réduite pour obtenir le produit. Il doit être un liquide incolore en apparence.

Maintenant que nous avons vu un exemple de procédure de laboratoire, nous allons voir quelques applications utiles de n- butyllithium.

Élastomères sont des polymères ayant des propriétés et sont utiles pour de nombreux types de produits, y compris les actuateurs diélectriques. Une quantité catalytique de n- butyllithium est importante dans la production de polybutadiène, par exemple, par une addition de Michael à l’un des groupes deux vinyle du butadiène-1, 4 et l’anion qui en résulte, ajout d’une deuxième molécule de butadiène-1, 4, formant trois produits d’addition possible.

Des groupes vinyle et aromatiques dans les produits naturels et les médicaments pharmaceutiques sont très fréquents.

Halogénures de vinyle et aryle réagissent avec un équivalent molaire de n- butyllithium dans un échange lithium-halogène pour générer vinyle - et aryllithiums, qui peut déplacer un groupe partant dans un électrophile et forment une nouvelle liaison carbone-carbone.

Une autre application courante du n- butyllithium est comme une forte base de Brønsted pour générer un nucléophile de carbone. Dans la synthèse de clarinex, un médicament antihistaminique, deux équivalents de n- butyllithium sont utilisés pour supprimer un proton d’un dérivé de picoline, générant un nucléophile de carbone, ce qui déplace le groupe partant dans un chlorure de benzyle pour créer une nouvelle liaison carbone-carbone. Les espèces qui en résulte sont ensuite converti en clarinex en quatre étapes.

Vous avez regardé juste introduction de JoVE de n- Butyllithium titrage et ajout de n-Butyllithium de benzaldéhyde. Vous devez maintenant comprendre les principes du n- butyllithium, comment réaliser une expérience et certaines de ses applications. Merci de regarder !

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