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Chemistry

Paladio doi: 10.3791/54932 Published: July 30, 2017

Summary

Se presentan protocolos detallados y generalizados para la síntesis y subsiguiente purificación de cuatro complejos de paladio N - heterocíclico de carbeno a partir de sales de benzimidazolio. Los complejos se ensayaron en cuanto a actividad catalítica en arilación y reacciones de Suzuki-Miyaura. Para cada reacción investigada, al menos uno de los cuatro complejos catalizó con éxito la reacción.

Abstract

Se presentan protocolos detallados y generalizados para la síntesis y subsiguiente purificación de cuatro complejos de paladio N - heterocíclico de carbeno a partir de sales de benzimidazolio. También se presentan protocolos detallados y generalizados para probar la actividad catalítica de tales complejos en arilación y reacciones de acoplamiento cruzado de Suzuki-Miyaura. Se muestran resultados representativos para la actividad catalítica de los cuatro complejos en reacciones de arilación y de tipo Suzuki-Miyaura. Para cada una de las reacciones investigadas, al menos uno de los cuatro complejos catalizó con éxito la reacción, calificándolos como candidatos prometedores para la catálisis de muchas reacciones de formación de enlaces carbono-carbono. Los protocolos presentados son suficientemente generales para adaptarse a la síntesis, purificación y ensayo de actividad catalítica de nuevos complejos de paladio N- heterocíclico de carbeno.

Introduction

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Los carbenos-heterocíclicos (NHC) han atraído mucha atención, particularmente por su capacidad para catalizar diversas reacciones importantes tales como metátesis, creación de furano, polimerización, hidrosililación, hidrogenación, arilación, acoplamiento cruzado Suzuki-Miyaura y acoplamiento cruzado Mizoroki-Heck 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 . Los NHC se pueden acoplar con metales; Tales complejos metal-NHC se han utilizado ampliamente en reacciones catalizadas por metales de transición como ligandos auxiliares y organocatalizadores 12 , 13 , 14 , 15 , 16 . Generalmente, son extraordinariamente estables frente al aire, la humedad y el calor como consecuencia de las altas energías de disociación de los enlaces de coordinación metal-carbono 17 .

Aquí, los protocolos para la síntesis se muestra anteriormente y purificación de cuatro sales bencimidazolio (compuestos 1 - 4) y sus paladio complejos NHC (compuestos 5 - 8, respectivamente) son detallados 18. Las sales y complejos se caracterizaron previamente utilizando diversas técnicas 18 . Dado que se utilizan compuestos similares para la catálisis de la arilación y las reacciones de acoplamiento cruzado Suzuki-Miyaura 9 , 10 , 11 , los protocolos para probar la actividad catalítica de los complejos en la arilación y las reacciones de Suzuki-Miyaura son unLso detallado. Es importante destacar que los protocolos para sintetizar, purificar y probar la actividad catalítica de los complejos se presentan lo suficientemente generales como para permitir una fácil adaptación a nuevos complejos NHC de paladio.

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Protocol

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Precaución: Muchos solventes volátiles se utilizan como parte de los protocolos detallados a continuación para llevar a cabo todos los experimentos en una campana extractora de trabajo. Use equipo de protección personal adecuado y consulte la MSDS de cada reactivo antes de usarlo. En este documento, se ha proporcionado información breve sobre los reactivos y pasos peligrosos.

1. Síntesis y purificación de sales de benzimidazolio (compuestos 1-4)

  1. Se aprieta un tubo de Schlenk de 100 ml en posición vertical y se coloca una barra agitadora, 1 mmol de bencimidazol, 1 mmol de hidróxido de potasio y 60 ml de alcohol etílico como disolvente.
    Precaución: El hidróxido de potasio puede ser dañino. Evite respirar el polvo y manténgalo alejado del agua.
    Precaución: El alcohol etílico es volátil e inflamable. Manténgalo alejado de llamas o fuentes de ignición.
    Nota: El hidróxido de sodio puede ser usado si el hidróxido de potasio no está disponible. ConsultaE MSDS de hidróxido sódico antes de continuar con esta modificación sugerida.
  2. Colocar el tubo de Schlenk en un baño de aceite para un calentamiento uniforme y seguro de la mezcla de reacción durante las etapas de agitación que se aproximan. Conecte el tubo a un condensador para evitar la evaporación del disolvente durante la agitación. Asegúrese de que las piezas de montaje de vidrio estén suficientemente engrasadas y bien montadas.
  3. Se agita la mezcla de reacción a 25ºC durante 1 h para permitir la disolución completa de todos los sólidos así como la rotura del enlace nitrógeno-hidrógeno en las moléculas de benzimidazol.
    Nota: El uso de un condensador para esta etapa de agitación no es esencial, pero como se debe usar un condensador para refluir en la etapa 1.5, puede ser conveniente configurar el condensador en esta etapa y usarlo para ambas etapas. De lo contrario, este paso puede realizarse sellando el tubo de Schlenk con un tapón engrasado.
  4. Después de 1 h, separar el tubo de Schlenk del condensador y añadir lentamente 1 mmol delHaluro de rilo a la mezcla.
    Precaución: Los haluros de arilo son irritantes y pueden ser dañinos. Consulte las MSDS pertinentes antes de proceder.
  5. Vuelva a conectar el tubo de Schlenk al condensador y refluye la mezcla a 78 ° C (cerca del punto de ebullición del alcohol etílico) durante 6 h para permitir que la reacción alcance la terminación. Dejar enfriar la mezcla a 25ºC después de terminar el reflujo.
  6. Desconecte el tubo de Schlenk del condensador y utilice algunas toallas de papel para limpiar la grasa de la boca del tubo. A continuación, se filtra la mezcla de reacción usando un embudo y papel de filtro para eliminar el precipitado de cloruro de potasio que se formó durante la reacción. Recoger el filtrado en un vaso de precipitados.
  7. Transferir el filtrado, que contiene el producto de N- alquilbencimidazol, a un tubo Schlenk limpio. Sellar el tubo con un tapón engrasado y eliminar el solvente de alcohol etílico en el filtrado con vacío.
    Nota: Para todos los pasos del protocoloUtilizando un vacío de resistencia moderada, así como agitación leve y continua del tubo unido al vacío.
  8. Una vez que se ha eliminado todo el disolvente, se separa el tubo de Schlenk y se añaden 5 ml de éter dietílico para lavar el producto de N- alquilbencimidazol que queda. Agite suavemente el tubo para realizar el lavado.
    1. Después de que el lavado se hace, utilice algunas toallas de papel para limpiar la grasa de la boca del tubo y decantar el éter en un vaso de precipitados. Repita este paso de lavado unas cuantas veces, añadiendo 5 mL de éter dietílico y decantando cada vez.
      Precaución: El éter dietílico es volátil e inflamable. Manténgalo alejado de llamas o fuentes de ignición.
      Nota: Para todos los pasos de lavado del protocolo, se puede utilizar otro disolvente si: 1) no reacciona con la sustancia que se está lavando, 2) no disuelve la sustancia que se está lavando, y 3) se evapora fácilmente.
  9. Después de la etapa de lavado final, sellar el tubo de Schlenk con unaTapón engrasado y se seca el producto de N- alquilbencimidazol lavado con vacío. Después de secar, use algunas toallas de papel para limpiar la grasa de la boca del tubo y luego transferir el producto a un pequeño vial para su uso en la siguiente reacción.
    Nota: El protocolo puede pausarse aquí y reanudarse más tarde.
  10. Sujete un tubo limpio de Schlenk en posición vertical y expulse el aire dentro de él purgándolo con gas de argón. Introducir el gas del brazo lateral del tubo y mantener la boca del tubo sin sellar durante este proceso. El argón es más pesado que el aire, por lo que expulsará el aire llenando el tubo de abajo hacia arriba. Mantenga purgar el tubo con argón mientras agrega los reactivos en el siguiente paso.
  11. Añadir lentamente una barra agitadora, 1 mmol del N- alquilbencimidazol, 1 mmol del haluro de alquilo elegido y 4 ml de N , N- dimetilformamida anhidra (DMF) como disolvente al tubo de Schlenk. Una vez que se hayan añadido todos los reactivos, cierre rápidamente la boca del tuboCon un tapón engrasado, luego cierre su brazo girando la llave de paso y luego apague el gas argón.
    Precaución: Los haluros de alquilo son irritantes y pueden ser dañinos. Consulte la FDS correspondiente antes de proceder.
    Precaución: El DMF es inflamable. Manténgalo alejado de llamas o fuentes de ignición.
  12. Colocar el tubo de Schlenk sellado en un baño de aceite y agitar la mezcla de reacción a 80 ° C durante 24 h para permitir que la reacción alcance la terminación.
    Nota: Esta reacción debe llevarse a cabo en una atmósfera inerte, de modo que se deben seguir cuidadosamente las etapas de purga mencionadas anteriormente que implican argón.
  13. Después de 24 h, retirar parte del disolvente de DMF en la mezcla con vacío; Aproximadamente 1-2 minutos de aspirado debe ser suficiente.
    Nota: Si se desea, quite todo el disolvente de DMF de la mezcla similar a la grasa, pero esto no es necesario.
  14. Desconecte el tubo de Schlenk y añada 15 ml de éter dietílico. Revuelva el miHasta que el producto de la sal de benzimidazolio precipite.
    Nota: Puede utilizarse éter de petróleo si no se dispone de éter dietílico. Consulte la MSDS de éter de petróleo antes de continuar con esta modificación sugerida.
  15. Después de que se produce la precipitación, se retira el éter dietílico usando un método de filtración apropiado.
    NOTA: Hemos utilizado un tubo de vidrio especial con un brazo lateral, un filtro interno y dos extremos abiertos a los que se pueden conectar los tubos de Schlenk; Ya que el brazo lateral de este tubo y los de los tubos de Schlenk pueden unirse al vacío, este tubo filtrante proporciona una inmensa conveniencia para: 1) filtrar después de la etapa de precipitación así como las etapas de lavado que vienen, y 2) secar después del lavado pasos.
    1. Si utiliza algo similar, fije el tubo Schlenk lleno en un extremo del tubo filtrante y un tubo Schlenk vacío en el otro extremo. A continuación, conecte el tubo vacío de Schlenk a la aspiradora y, con cuidado y gradualmente, invierta el aparato para queEl éter dietílico pasa a través del filtro a este tubo de Schlenk vacío. Sin embargo, si no se puede encontrar tal tubo, utilice otros métodos tales como filtración con un embudo y papel de filtro.
  16. Lavar el producto de sal con 15 ml de éter dietílico y eliminar el éter dietílico usando el mismo método de filtración usado en el paso 1.15. Repita este paso de lavado unas cuantas veces, utilizando 15 ml de éter dietílico y filtrando cada vez.
  17. Después de la etapa de lavado final, se seca el producto de sal lavado (aquí, se seca dentro del tubo de filtro con vacío) y luego se recoge para purificación adicional por recristalización.
    Nota: El protocolo puede pausarse aquí y reanudarse más tarde.
  18. Se añade la sal y una mezcla de alcohol etílico-éter dietílico (12 mL: 4 mL) a un tubo Schlenk limpio. Calentar la mezcla con una pistola de calor hasta que la sal se disuelva completamente.
  19. A continuación, cerrar el tubo con un tapón engrasado y sujetarlo en posición casi horizontal. DejarSal para recristalizar a temperatura ambiente.
  20. Una vez que la sal se recristaliza, use algunas toallas de papel para limpiar la grasa de la boca del tubo y luego filtrar la mezcla con un embudo y papel de filtro para separar los cristales de sal.
  21. Lavar los cristales de sal, mientras están todavía en el papel de filtro en el embudo, con 15 ml de éter dietílico. Repita este paso de lavado unas cuantas veces.
  22. Después de la etapa de lavado final, dejar que los cristales se sequen al aire sobre el papel de filtro. Recoger la sal purificada para la caracterización y la síntesis del complejo NHC paladio.
    Nota: El protocolo puede pausarse aquí y reanudarse más tarde.
  23. Caracterizar la sal como se informó anteriormente 18 .

2. Síntesis y purificación de complejos NHC de paladio (compuestos 5-8)

  1. Se aprieta un tubo Schlenk de 75 ml en posición vertical y se añade una barra agitadora, 1 mmol de la sal de bencimidazolio elegida, 1 mmol de pallAdium, 5 mmol de carbonato de potasio como base y 3 ml de 3 - cloropiridina.
    Precaución: El cloruro de paladio es tóxico y puede ser irritante.
    Precaución: El carbonato de potasio puede ser dañino. Evite respirar el polvo y manténgalo alejado del agua.
    Precaución: La 3-cloropiridina es extremadamente dañina. Es tóxico y corrosivo. Evitar el contacto con la piel y respirar sus vapores.
  2. Selle el tubo con un tapón engrasado y colóquelo en un baño de aceite. Se agita la mezcla de reacción a 80ºC durante 16 h para permitir que la síntesis del complejo de NHC del paladio se complete.
  3. Después de 16 h, dejar que la mezcla se enfríe a temperatura ambiente y abrir el tubo. Añadir 10 ml de diclorometano a la mezcla para mejorar el rendimiento del filtrado descrito en los pasos 2.4 y 2.5 siguientes; Esto es opcional y se puede omitir si se desea.
    Precaución: El diclorometano es tóxico, irritanteSospecha de carcinógeno. Evitar el contacto con la piel y respirar sus vapores.
  4. Ensamble el siguiente aparato de filtrado para eliminar la sal de cloruro de paladio y de benzimidazolio que no ha reaccionado de la mezcla de reacción: Utilice un tubo de filtración de vidrio sin un grifo.
    1. En primer lugar, añadir cuatro espátulas del agente de filtro (por ejemplo, Celite) en el tubo para hacer una capa de agente de filtro por encima del filtro que está en el centro del tubo. A continuación, añadir cuatro espátulas de gel de sílice por encima de la capa de agente de filtro. Finalmente, exprimir un pequeño trozo de algodón por encima de la capa de gel de sílice de manera que el agente de filtro y las capas de sílice se fijen en su lugar entre el filtro y el trozo de algodón.
  5. Filtrar la mezcla de reacción a través de la almohadilla de agente de filtro y gel de sílice de la siguiente manera: Fijar el tubo de Schlenk que contiene la mezcla de reacción al tubo de filtrado de vidrio de tal manera que el tubo de Schlenk se enfrenta al extremo del tubo de filtrado con el algodón. Luego, conecte un tubo Schlenk vacío al otro extremo delTubo de filtración.
    1. Conectar el tubo de Schlenk vacío para aspirar, y, cuidadosamente y poco a poco invertir el aparato para que la mezcla de reacción se filtra a través (en orden) el algodón, sílice, agente de filtro y capas de filtro. El cloruro de paladio que no ha reaccionado y la sal de bencimidazolio se mantendrán en las capas mientras que el filtrado que contiene el complejo de NHC del paladio entrará en el tubo de Schlenk vacío.
      Nota: Si se añade diclorometano a la mezcla de reacción (etapa 2.3), puede aportar alguna presión dentro del tubo de filtración y esto puede causar que el líquido se filtre desde la pieza de conexión entre el tubo de Schlenk lleno y el tubo de filtración al invertirlo. Para evitar esto, es importante conectar el tubo de Schlenk vacío a la aspiración antes de la inversión del aparato (como se ha descrito anteriormente) de modo que tras la inversión, la mezcla de reacción no tenga tiempo suficiente para filtrarse desde la parte de conexión mencionada anteriormente.
  6. Desmontar el tubo de SchlenkQue contiene el filtrado del aparato de filtración anterior y lo sella con un tapón engrasado. Eliminar el disolvente en el filtrado con vacío.
  7. Una vez que se ha eliminado todo el disolvente, se desenrolla el tubo de Schlenk y se añaden 5 ml de éter dietílico para lavar el producto complejo de paladio NHC que queda. Agite suavemente el tubo para realizar el lavado. Después de que el lavado se hace, utilice algunas toallas de papel para limpiar la grasa de la boca del tubo y decantar el éter en un vaso de precipitados. Repita este paso de lavado unas cuantas veces, añadiendo 5 mL de éter dietílico y decantando cada vez.
  8. Después de la etapa de lavado final, se sella el tubo de Schlenk con un tapón engrasado y se seca el producto complejo de NHC paladio lavado con vacío. Después de secar, utilice algunas toallas de papel para limpiar la grasa de la boca del tubo y luego recoger el producto para purificación adicional mediante recristalización.
    Nota: El protocolo puede pausarse aquí y reanudarse más tarde.
  9. Para la recristalización,Disolvente apropiado para el complejo de NHC paladio específico (es decir, que el complejo no se disuelve fácilmente a temperatura ambiente pero lo hace por calentamiento) y siga los mismos pasos detallados anteriormente para las sales (etapas 1.18 a 1.22). Después, recoja el complejo purificado para su caracterización.
    Nota: El protocolo puede pausarse aquí y reanudarse más tarde.
  10. Caracterizar el complejo como se informó anteriormente 18 .

3. Actividad catalítica de los complejos (5-8) en reacciones de arilación

  1. Realizar todas las reacciones catalíticas bajo aire en una campana extractora.
  2. Utilice los reactivos adquiridos sin purificación adicional para las reacciones de formación de enlaces carbono-carbono.
  3. Se aprieta un tubo Schlenk de 25 ml en posición vertical y se agrega una barra agitadora, 2 mmol de 2 - n - butiltiofeno o 2 - n - butilfurano y 1 mmol del bromuro de arilo elegido en la misma.
    Precaución: 2- n -butilfurano y2- n- butiltiofeno son ambos agudamente tóxicos. Evitar el contacto con la piel y respirar sus humos.
  4. A continuación, añadir 1 mmol de acetato de potasio, 0,01 mmol del complejo de NHC de paladio elegido y 2 ml de N , N- dimetilacetamida (DMA) en el tubo.
    Precaución: DMA es tóxico. Evitar el contacto con la piel y respirar sus vapores.
  5. Selle el tubo con un tapón engrasado y colóquelo en un baño de aceite. Agitar la mezcla de reacción durante varias veces y a diversas temperaturas para encontrar las condiciones de tiempo y temperatura que conducen al rendimiento máximo del producto para la reacción dada.
    Nota: El progreso de la reacción puede ser seguido por cromatografía en capa fina (TLC) pero si sólo se compara el efecto de diferentes condiciones de reacción sobre el rendimiento (incluyendo el complejo NHC de paladio usado para la catálisis), entonces no es necesaria la ejecución de la reacción hasta completarse. En estos casos, ejecute la reacción durante un tiempo constante menor que el tiempo requeridoPara completar y variar la condición de reacción probada. Una vez que ha transcurrido la reacción durante la cantidad de tiempo deseada, detenerla eliminando el disolvente de la mezcla de reacción como se describe en la siguiente etapa.
    1. Para seguir el progreso de la reacción con TLC, comparar el movimiento de la mezcla de reacción a través de una placa de TLC con los de los reactivos; Si la mezcla todavía produce las manchas para los reactivos, esto significa que la reacción no ha terminado todavía. Para obtener una muestra de la mezcla de reacción después de un tiempo dado, desenganchar el tubo de Schlenk mientras la reacción sigue funcionando y usar un tubo capilar para obtener rápidamente una gota para la prueba de TLC. Para hacer funcionar la mezcla y los reactivos a través de la placa de TLC, encuentre un disolvente apropiado (fase móvil) para el caso específico.
  6. Una vez que la reacción se ha completado o ha transcurrido durante la cantidad de tiempo deseada, eliminar el disolvente en la mezcla de reacción con vacío.
  7. Desconecte el tubo de Schlenk y agregue un éter hexano-dietilico m(10 ml: 2 ml). Esta mezcla de disolventes será la fase móvil para la cromatografía de columna rápida en las etapas 3.8 y 3.9 siguientes. Agitar la mezcla vigorosamente para asegurar que el producto se disuelve en la fase móvil y no se deja atrás en el tubo.
    Precaución: El hexano es volátil e inflamable. Evite respirar sus humos y mantenerlo lejos de llamas abiertas o fuentes de ignición.
  8. Ensamble una columna de cromatografía flash de la siguiente manera para purificar el producto: Utilice un gotero de vidrio. En primer lugar, inserte un pequeño trozo de algodón en el cuentagotas y empuje hasta que se apoye firmemente justo donde la cámara de vidrio comienza a diluir. A continuación, añadir gel de sílice en la parte superior de la almohadilla de algodón tal que dos tercios de la sección gruesa del cuentagotas se llena.
  9. Sujete la columna de gel de sílice en posición vertical y utilice un cuentagotas de vidrio para transferir gradualmente la mezcla de reacción dentro de ella. Eluir la mezcla a través de la columna y recoger el eluyente que contiene el producto purificado en un vaso de precipitados limpio o pruebatubo.
    Nota: El protocolo puede pausarse aquí y reanudarse más tarde.
  10. Transferir el eluyente a un tubo limpio que se puede conectar al vacío y sellar el tubo con un tapón engrasado. Eliminar el disolvente en el eluyente con vacío.
    Nota: El protocolo puede pausarse aquí y reanudarse más tarde.
  11. Una vez que se haya eliminado todo el disolvente, descalce el tubo y agregue 1,5 ml de diclorometano. Agitar suavemente el tubo para disolver el producto y así permitir su análisis con GC o GC / MS. Calcular el rendimiento usando GC o GC / MS 19 , 20 , 21 , 22 , 23 .
    Nota: Se puede usar cloroformo si el diclorometano no está disponible. Consulte la MSDS del cloroformo antes de continuar con esta modificación sugerida.

4. Actividad catalítica de la coMplexes (5-8) en las reacciones de acoplamiento cruzado Suzuki-Miyaura

  1. Llevar a cabo todas las reacciones catalíticas de acuerdo con los protocolos 18 , 24 anteriormente informados.
  2. Se aprieta un tubo de Schlenk de 25 ml en posición vertical y se añade una barra agitadora, 1,5 mmol de ácido fenilborónico o el derivado de ácido borónico elegido, 1 mmol del cloruro de arilo escogido y 2 mmol de tert-butóxido de sodio como base en él.
    Precaución: El ácido fenilborónico y sus derivados son irritantes y pueden ser tóxicos. Evite el contacto con la piel. Consulte las MSDS pertinentes antes de proceder.
    Precaución: Los cloruros de arilo son dañinos y, dependiendo del producto químico específico, pueden ser tóxicos e inflamables. Consulte las MSDS pertinentes antes de proceder.
    Precaución: El tert-butóxido de sodio es un sólido inflamable. Es altamente reactivo con agua y cáustico cuando está en solución. Manténgalo alejado de llamas o fuentes de ignición y evite el contacto con la piel.br /> Nota: hidróxido de potasio, hidróxido de sodio, carbonato de potasio, carbonato de sodio, acetato de potasio, acetato de sodio o terc-butóxido de potasio se puede utilizar si terc-butóxido sódico no está disponible. Consulte las MSDS de estas bases antes de proceder con estas modificaciones sugeridas.
  3. Añadir 0,01 mmol del complejo NHC de paladio elegido al tubo.
  4. Añadir una mezcla de DMF-agua (2 mL: 2 mL) en el tubo.
    Nota: Si es necesario, use una proporción más alta de DMF en agua o utilice DMF por su cuenta.
  5. Selle el tubo con un tapón engrasado y colóquelo en un baño de aceite. Agitar la mezcla de reacción durante varias veces y a diversas temperaturas para encontrar las condiciones de tiempo y temperatura que conducen al rendimiento máximo del producto para la reacción dada.
    Nota: El progreso de la reacción puede ser seguido por TLC, pero si sólo se compara el efecto de diferentes condiciones de reacción sobre el rendimiento (incluyendo el complejo de NHC de paladio usado para catAlisis), entonces no es necesaria la ejecución de la reacción hasta su terminación. En estos casos, ejecute la reacción durante un tiempo constante menor que el tiempo requerido para su finalización y modifique la condición de reacción probada. Una vez que la reacción se ha ejecutado por la cantidad de tiempo deseado, detenerlo y pasar al siguiente paso. Para seguir el progreso de la reacción con TLC, vea el paso 3.5.1 para algunos detalles.
  6. Una vez que la reacción se ha completado o ha funcionado durante la cantidad de tiempo deseada, deje que la mezcla se enfríe a temperatura ambiente. Se corta el tubo de Schlenk y se añade una mezcla de hexano - acetato de etilo (5 mL: 1 mL) a la mezcla de reacción. Vuelva a sellar el tubo y agite vigorosamente la nueva mezcla durante unos minutos para permitir la migración del producto sintetizado a la fase de hexano-acetato de etilo.
    Precaución: El acetato de etilo es volátil e inflamable y puede causar daños oculares graves. Evite respirar sus humos y mantenerlo lejos de llamas abiertas o fuentes de ignición.
  7. Abrazadera de la SchLenk tubo en posición vertical y dejar que la mezcla se establecen en dos fases distintas en el transcurso de unos pocos minutos.
  8. Utilice un cuentagotas de vidrio para extraer cuidadosamente la fase orgánica superior y transferirla a un vaso de precipitados limpio que contenga 1 g de sulfato de magnesio anhidro. El polvo de sulfato de magnesio ayudará a eliminar cualquier agua residual de la fase orgánica extraída.
  9. Repita los pasos 4.6 a 4.8 al menos una vez para maximizar la extracción del producto sintetizado.
  10. Siga los pasos 3.8 y 3.9 para purificar el producto con cromatografía rápida en columna. La mezcla de hexano-acetato de etilo presente en la fase orgánica extraída servirá como fase móvil para esta etapa de purificación. Recoger el eluyente que contiene el producto purificado en un vaso de precipitados limpio o en un tubo de ensayo.
    Nota: El protocolo puede pausarse aquí y reanudarse más tarde.
  11. Analizar el producto y calcular el rendimiento usando GC o GC / MS 19 , 20 ,21 , 22 , 23 .

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Representative Results

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Las sales de benzimidazolio ( 1 - 4 ) ( Figura 1 ) se sintetizaron en DMF anhidro usando N - alquilbencimidazoles y diversos haluros de alquilo, después se purificaron y caracterizaron como se informó antes de 18 , 24 . Se trataba de sólidos blancos o cremosos y tenían rendimientos que oscilaban entre el 62% y el 97%. Los complejos NHC de paladio ( 5 - 8 ) ( Figura 2 ) se sintetizaron después a partir de las sales, se purificaron y caracterizaron, también como se informó antes de 18 , 24 . Ellos eran de color amarillo o de color crema sólidos y tenían rendimientos más bajos que las sales, que van desde 25% a 60%. Los cuatro complejos de paladio se ensayaron en cuanto a la actividad catalítica en la arilación y en las reacciones de acoplamiento cruzado de Suzuki-Miyaura.

n- butiltiofeno y 4-bromoacetofenona (Tabla 1, entrada 1) se dio como ejemplo para resaltar los malos resultados obtenidos en las reacciones de arilación en ausencia de un catalizador apropiado; Esta reacción particular dio sólo un rendimiento del 1% después de 1 h a 110 ° C, en ausencia de un complejo catalizador. Para la reacción de 2- n- butilfurano con 4-bromoacetofenona, los complejos 5-8 dieron rendimientos de 14, 49, 83 y 89% respectivamente, después de 1 h a 110 ° C (Tabla 1, entradas 2-5). Las entradas 6-8 en la Tabla 1 muestran la reacción entre 2- n- butilfurano y bromobenceno en presencia del complejo 7; Se obtuvieron rendimientos bastante buenos de 71, 84 y 98% después de 21 horas a 80ºC, 90ºC y 110ºC, respectivamente. Las 2 entradas restantes en la Tabla 1 (entradas 9 y 10) muestran la reacción de 2 - n - butiltiofeno con bromobenzeNe y 4-bromoanisol, respectivamente. La primera de estas reacciones fue catalizada por el complejo 8, que permitió obtener un rendimiento del 97% después de 1 h a 110 ° C (Tabla 1, entrada 9). La segunda reacción se catalizó mediante el complejo 5 para dar un rendimiento de 79% después de 1 h a 130ºC (Tabla 1, entrada 10).

El efecto catalítico de los complejos en las reacciones de Suzuki-Miyaura estudiadas entre los derivados del ácido borónico y los cloruros de arilo fue variable (Tabla 2). En este caso, el objetivo era comparar el rendimiento de los cuatro complejos en catálisis de estas reacciones, por lo que para cada una de las reacciones estudiadas, las otras condiciones de reacción se mantuvieron constantes: se utilizó como disolvente una mezcla de 2 mL: 2 mL de DMF-agua , Se utilizó tert-butóxido de sodio como base, se realizaron las reacciones durante 2 horas y se mantuvo la temperatura de reacción a 80ºC. En estas condiciones, los complejos 5 - 8, respectivamente, dieron lugar a conversiones de 67, 55, 77 y 25%, y rendimientos de 56, 51,59 y 9% para la reacción del ácido 2,5-dimetoxifenilborónico con 4-metoxi-1-clorobenceno (Tabla 2, entradas 1-4). Para la reacción del ácido 4-terc-butilfenilborónico con 4-clorotolueno en estas condiciones, los cuatro complejos 5-8 resultaron ser excelentes catalizadores, dando como resultado conversiones de 99, 99, 98 y 100%, y rendimientos de 92, 95 , 93 y 99,9%, respectivamente (Tabla 2, entradas 5-8). Finalmente, para la reacción del ácido tianaften-2-borónico con 1-cloro-4-nitrobenceno en estas condiciones, los complejos 5-8 dieron como resultado respectivamente conversiones de 5, 9, 55 y 30% y rendimientos de 3, 1, 35 y 14% (Cuadro 2, entradas 9-12).

Figura 1
Figura 1 : Síntesis de las sales de bencimidazolio.
Esquema de las reacciones entre 1-alquilbencimidazol y diversos haluros de alquilo para formar sales de benzimidazolio <Fuerte> 1-4. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2
Figura 2 : Síntesis de los complejos NHC de paladio.
Esquema de las reacciones entre las sales de bencimidazolio 1-4 , cloruro de paladio, carbonato de potasio y 3-cloropiridina para formar complejos de NHC paladio 5-8 . Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

tabla 1
Tabla 1: Reacciones de arilación catalizadas - resu representativoLts.
Arilación de derivados de heteroarilo con varios bromuros de arilo en presencia de los complejos NHC de paladio sintetizados. Condiciones de reacción: 2- n -butiltiofeno o 2- n- butilfurano (2 mmol), bromuro de arilo (4-bromoacetofenona, bromobenceno o 4-bromoanisol) (1 mmol), complejo NHC paladio ( 5-8 ) (0,01 mmol) Acetato de potasio (1 mmol), DMA (2 ml), 80 - 130ºC, 1-21 h. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta tabla.

Tabla 2
Tabla 2: Reacciones de Suzuki-Miyaura catalizadas - resultados representativos.
Suzuki-Miyaura reacciones de acoplamiento cruzado de derivados de ácido borónico con cloruros de arilo en presencia de los complejos NHC de paladio sintetizados. Condiciones de reacción: boro(1,5 mmol), cloruro de arilo (1 mmol), tert - butóxido sódico (2 mmol), complejo NHC paladio ( 5-8 ) (0,01 mmol), DMF - agua (2 mL: 2 mL) C, 2 h. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta tabla.

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Los protocolos para la síntesis y purificación de cuatro sales de benzimidazolio y posteriormente sus complejos NHC de paladio fueron deliberadamente presentados con el máximo detalle para ayudar a los científicos jóvenes o los nuevos en el campo a dominarlos. Con este mismo objetivo en mente, los protocolos para probar la actividad catalítica de los cuatro complejos en la arilación y las reacciones de Suzuki-Miyaura también se presentaron con el máximo detalle. Además, hemos intentado presentar los protocolos de la forma más general posible para permitir que otros los adapten fácilmente para la síntesis, purificación y prueba de la actividad catalítica de muchos otros complejos NHC de paladio nuevos.

Si es necesario, los protocolos están abiertos a algunas modificaciones. Se han presentado sugerencias para posibles modificaciones en la sección del Protocolo bajo las etapas pertinentes. Algunas de estas sugerencias son sobre la omisión de ciertos pasos de protocolo destacados como opcionales, mientras que otros son sobre exchaEl equipo o los reactivos utilizados en ciertas etapas de los protocolos. Con respecto a la modificación de los reactivos, es posible, en principio, sustituir algunos de los reactivos utilizados en los protocolos con otros, pero hemos limitado nuestras sugerencias a este respecto sólo a aquellos ejemplos que hemos verificado experimentalmente o mediante encuesta breve De la literatura.

Con respecto a la actividad catalítica de los complejos sintetizados, su valor para la catálisis de las reacciones de arilación se puede observar a través de los resultados representativos en la Tabla 1. Para la catálisis de la reacción entre 2- n- butilfurano y 4-bromoacetofenona, el complejo 6 fue un buen candidato Mientras que los complejos 7 y 8 se comportaron particularmente bien (Tabla 1, entradas 2-5). El complejo 7 fue un catalizador excelente para la reacción entre 2 - n - butilfurano y bromobenceno (Tabla 1, entradas 6-8); El efecto positivo del aumento de la temperatura en el rendimiento para esta reacción muestra que si la reacción esCatalizada por un complejo apropiado, la modificación de otras condiciones de reacción tales como la temperatura puede ayudar a maximizar el rendimiento. Para la reacción de 2- n- butiltiofeno con bromobenceno, el complejo 8 fue un catalizador excelente (Tabla 1, entrada 9), mientras que para la reacción entre 2- n- butiltiofeno y 4-bromoanisol, el complejo 5 funcionó bastante bien como catalizador Tabla 1, entrada 10). En general, cada una de las reacciones de arilación estudiadas fue bien catalizada por al menos uno de los cuatro complejos sintetizados. Se puede hacer un trabajo adicional para aumentar potencialmente los valores de rendimiento para estas reacciones modificando las condiciones de reacción tales como tiempo y temperatura.

Para la catálisis de las reacciones de Suzuki-Miyaura entre derivados de ácido borónico y cloruros de arilo, los complejos sintetizados mostraron un rendimiento variable en las condiciones de reacción utilizadas en este estudio (Tabla 2). Los complejos 5-7 demostraron ser buenos candidatos, mientras que el complejo 8 no funcionó bien para la catálisis delReacción entre ácido 2,5-dimetoxifenilborónico y 4-metoxi-1-clorobenceno (Tabla 2, entradas 1-4). Los cuatro complejos fueron excelentes catalizadores para la reacción entre el ácido 4-terc-butilfenilborónico y 4-clorotolueno (Tabla 2, entradas 5-8). Para la reacción del ácido tianaften-2-borónico con 1-cloro-4-nitrobenceno, los complejos 5 y 6 no funcionaron bien como catalizadores, mientras que los complejos 7 y 8 mostraron alguna promesa (Tabla 2, entradas 9-12). En general, al igual que los resultados de las reacciones de arilación, cada una de las reacciones de Suzuki-Miyaura estudiadas fue catalizada bien por al menos uno de los cuatro complejos sintetizados. Para los casos en los que el complejo elegido se comportó bien en la catalización de la reacción dada, se puede hacer un trabajo adicional para aumentar potencialmente los valores de conversión y rendimiento variando las condiciones de reacción como el tiempo, la temperatura, la composición del disolvente y la base utilizada.

En resumen, los cuatro complejos NHC de paladio pueden sintetizarse fácilmente siguiendo laSe dieron protocolos detallados y resultaron ser candidatos prometedores para la catálisis de muchas reacciones de formación de enlaces carbono-carbono.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Reconocemos el apoyo financiero de la Facultad de Farmacia (Universidad de Sydney), Erciyes University Research Fund y TUBITAK (1059B141400496). Damos las gracias a Tim Harland (La Universidad de Sydney) por editar el video.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1-chloro-4-nitrobenzene Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
2,5-dimethoxyphenylboronic acid Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
2-n-butylfuran Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
2-n-butylthiophene Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
3-chloropyridine Merck (Darmstadt, Germany)
4-bromoacetophenone Merck (Darmstadt, Germany)
4-bromoanisole Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
4-chlorotoluene Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
4-methoxy-1-chlorobenzene Merck (Darmstadt, Germany)
4-tert-butylphenylboronic acid Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
Benzimidazole Merck (Darmstadt, Germany)
Bromobenzene Merck (Darmstadt, Germany)
Celite Merck (Darmstadt, Germany)
Dichloromethane Merck (Darmstadt, Germany)
Diethyl ether Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
Ethyl acetate Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
Ethyl alcohol Merck (Darmstadt, Germany)
Hexane Merck (Darmstadt, Germany)
Magnesium sulfate Scharlau (Barcelona, Spain)
N,N-dimethylacetamide Merck (Darmstadt, Germany)
N,N-dimethylformamide Merck (Darmstadt, Germany)
Palladium chloride Merck (Darmstadt, Germany)
Phenylboronic acid Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)
Potassium acetate Merck (Darmstadt, Germany)
Potassium carbonate Scharlau (Barcelona, Spain)
Potassium hydroxide Merck (Darmstadt, Germany)
Silica gel Merck (Darmstadt, Germany)
Sodium tert-butoxide Merck (Darmstadt, Germany)
Thianaphthene-2-boronic acid Sigma-Aldrich (Interlab A.S., USA)

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References

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Paladio<em&gt; N</em&gt; -Heterocíclicos de los complejos de carburo: Síntesis a partir de sales de benzimidazolio y actividad catalítica en las reacciones de formación de enlaces carbono-carbono
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Sahin, Z., Akkoς, S., İlhan, İ. Ö., Kayser, V. Palladium N-Heterocyclic Carbene Complexes: Synthesis from Benzimidazolium Salts and Catalytic Activity in Carbon-carbon Bond-forming Reactions. J. Vis. Exp. (125), e54932, doi:10.3791/54932 (2017).More

Sahin, Z., Akkoς, S., İlhan, İ. Ö., Kayser, V. Palladium N-Heterocyclic Carbene Complexes: Synthesis from Benzimidazolium Salts and Catalytic Activity in Carbon-carbon Bond-forming Reactions. J. Vis. Exp. (125), e54932, doi:10.3791/54932 (2017).

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