Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Chemistry

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

Published: August 23, 2018 doi: 10.3791/58067

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

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)

  1. Seca um balão de fundo redondo de 25 mL com uma barra de agita, um frasco de 20 mL e uma espátula no forno.
  2. Colocar 118 mg de sal imidazólio um (0.060 mmol) em um frasco de 4 mL.
  3. Coloque o sal imidazólio preparado A no vidro seco, um septo e a espátula em uma câmara de luvas e vácuo para 2h.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. Agite o frasco para misturar os reagentes.
  9. Dissolver a geração dest H-G-1 em 3,0 mL de tolueno e, em seguida, adicionar a solução para o balão de reação.
  10. Selar o balão com septo e, em seguida, remover isto da caixa de luva.
  11. Agitar a mistura de reação para h 3 a 80 ° C.
  12. 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.
  13. Remova o solvente sob pressão reduzida.
  14. Vácuo, o resíduo final para obter o sólido ceroso verde escuro.

2. reação de dupla troca e remoção de resíduos de catalisador em meios aquosos

  1. Prepare desgaseificado óxido de deutério (D.2O) ou água desionizada pela subida D2O ou água desionizada com gás nitrogênio mais 2 h.
  2. 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.
  3. Dissolver o substrato de amónio tetraalkyl em 0,5 mL de desgaseificado D2O (ou H2O) e, em seguida, adicione a solução em catalisador 1.
  4. 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).
  5. Após a conclusão da reação, esfrie o frasco de reação à temperatura ambiente.
  6. 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).
  7. Agite a mistura de reação para 10 h à temperatura ambiente.
  8. Filtre a mistura de reação através de ficha de algodão.
  9. Remova o solvente em um secador de gelo.

3. anel-abertura metátese polimerização e remoção de resíduos de catalisador em meios aquosos

  1. Prepare desgaseificado D2O ou água desionizada pela subida D2O ou água desionizada com gás nitrogênio mais 2 h.
  2. 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.
  3. Dissolver o monômero em 0,5 mL de desgaseificado D2O (ou H2O) e, em seguida, adicione a solução em catalisador 1.
  4. 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).
  5. Após a conclusão da reação, esfrie o frasco de reação à temperatura ambiente.
  6. 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.
  7. Adicione 150 mg de β-CD enxertado sílica na mistura de reação.
  8. Agite a mistura de reação para 10 h à temperatura ambiente.
  9. Filtre a mistura de reação através de ficha de algodão.
  10. Remova o solvente em um secador de gelo.

4. reação de dupla troca e remoção de resíduos de catalisador de CH2Cl2

  1. 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.
  2. Dissolver o diallylmalonate de dietilo em 0,5 mL de CH2Cl2e, em seguida, adicionar a solução para catalisador 1.
  3. 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).
  4. Após a conclusão da reação, transferi a mistura resultante de reação para um frasco de 30 mL.
  5. Dilua a solução de reação com 15 mL de éter dietílico.
  6. Lave a solução orgânica com 15 mL de água para cinco vezes.
  7. Seque a camada orgânica com MgSO4e, em seguida, filtrar a solução através de ficha de algodão para remover partículas de MgSO4 .
  8. Adicione 60 mg de carvão ativado em solução resultante e, em seguida, agitar a mistura por 24 horas à temperatura ambiente.
  9. Filtrar a solução através de ficha de algodão para remover o carvão ativado e, em seguida, remover o solvente sob pressão reduzida.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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 meios aquosos. Substrato de quaternário de amônio foi totalmente convertido em produto correspondente com 1 mol % do catalisador 1, e a conversão foi monitorizada por 1H NMR. Após a reação de metátese, a mistura resultante da reação foi mexida com gel de silicone de β-CD enxertada para 10 h. Como Figura 4 descrito, solução de reação de escuro mostrou clara após a remoção do anfitrião-convidado. A solução resultante foi filtrada através de um tampão de algodão e, em seguida, o solvente foi removido em um secador de gelo. O Ru residual nível do produto foi analisado por indutivamente acoplado a espectrometria de massa de plasma (ICP-MS), e 53 ppm de residual Ru foi detectada a partir do produto final (tabela 1, a entrada 1). Na entrada 2, o mesmo protocolo foi aplicado ao substrato primário de amónio. 3 mol % de catalisador de carregamento fornecidos conversão completa, e o nível residual de Ru neste produto foi 284 ppm.

ROMP em solução aquosa é descrito na Figura 5. Após a remoção do catalisador, Ru residual foi analisada por ICP-MS.

A Figura 6 descreve a demonstração da reação do RCM em CH2Cl2 e a remoção do catalisador usado da mistura de reação através de extração, e a tabela 2 mostra o escopo de RCM no CH2Cl2. Após a reação, o catalisador utilizado foi removido pela extração e posterior tratamento com carvão ativado. Exceto o substrato altamente impedido (tabela 2, entrada 3), os substratos demonstraram completas conversões com 1 mol % de catalisador 1. Após a reação por metátese em CH2Cl2, a mistura de reação foi diluída com éter dietílico. A solução orgânica diluída foi extraída com água para cinco vezes. Como mostrado na Figura 6, a solução clara foi obtida após a extração. Após a extração, carvão ativado foi adicionado na solução orgânica seca e, em seguida, a solução foi agitada por 24 h. O carvão ativado foi removido por filtração, e a solução resultante foi concentrada sob pressão reduzida. O produto residual foi analisado por ICP-MS para medir o nível residual de Ru e 5,9 ppm do Ru foi detectada a partir do produto. Sem tratamento de carvão ativado, o nível residual de Ru foi 63 ppm, e este valor não for aceitável para finalidade farmacêutica (tabela 2, entrada 1).

Figure 1
Figura 1 . Ilustração do conceito para a remoção do catalisador heterogêneo de catalisador homogêneo através do anfitrião-convidado interação. Esta figura foi modificada em orgânicos letras. 20 (3), 736-739, doi: 10.1021/acs.orglett.7b03871 (2018). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. 

Figure 2
Figura 2 . Síntese do catalisador 1 de sal imidazólio r. Ligante NHC foi gerado por deprotonação de imidazólio sal Ae, em seguida, seguiu-se a reação de troca de ligante para formar um catalisador 1. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Fugure 3. 1 Espectro H NMR de catalisador 1 e sua atribuição. 1 H NMR (600 MHz, CD2Cl2) δ 16.44 (s, 1 H, Hum), 7.53 (t, J = 7,8 Hz, 1 H, H,k), 7,05 (d, J = 16,2 Hz, 4 H, Hj), 6.93 (d, J = 7,8 Hz, 1 H, H,k), 6,88 (t, J = 7,5 Hz, 1 H, H k), 6,81 (d, J = 8,4 Hz, 1 H, H.k), 4,90-4.79 (m, 1 H, H.b), 4,59-4.50 (m, 1 H, H.c), 4.26 (t, J = 10,8, 1 H, H,d), 4,06 (t, J = 8,7 Hz, 1 H, H.d), 3,67-3.48 (m, 130 H, H l), 2.59-2.18 (m, 18 H, H.e), 2.10 (s, 3 H, H.f), 1,71 (d, J = 3,2 Hz, 6 H, H.g), 1,60 (dd, J1 = 28,5 Hz, J2 = 12,3 Hz, 6 H, H.h), 1,24-1.17 (m, H 6, H Eu). clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4 . Remoção de anfitrião-convidado de catalisador Ru depois RCM em meios aquosos (entrada 1, tabela 1). (a) início da reação em t = 0 (mistura de catalisador 1, substrato e solvente D2O). (b) concluída a reação em t = 24 h. (c) adição de β-CD enxertado sílica na mistura de reação. (d) resultando em solução após agitação 10 h. (e) a filtração da solução resultante; o resíduo de catalisador Ru escuro foi removido por filtração. A solução resultante purificada é incolor no frasco. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. 

Figure 5
Figura 5 . ROMP em meios aquosos. Esta figura foi modificada em orgânicos letras. 20 (3), 736-739, doi: 10.1021/acs.orglett.7b03871 (2018). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 6
Figura 6 . RCM em CH 2 CL 2 e remoção de catalisador 1 (entrada 1, tabela 2). (a) início da reação em t = 0 (mistura de catalisador 1, substrato e solvente CH2Cl2). (b) a conclusão da reação em t = 1 h. (c) diluição com adicional 15 mL de éter dietílico; um resíduo de catalisador escuro foi dispersado na solução. (d) fase aquosa somente após a extração de 1st . Uma grande quantidade de água dissolvida catalisador foi retirada de uma camada orgânica. (e) fase separação após 2nd de extração (camada superior: orgânico com produto apenas, camada inferior: aquosa com catalisador). (f) orgânica camada após a extração deth 5. Não há nenhuma aparência visual de catalisador escuro na camada orgânica. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. 

Figure 7
Figura 7 . Ilustração do processo de remoção total do anfitrião-convidado após a reação por metátese em meios aquosos. Esta figura foi modificada em orgânicos letras. 20 (3), 736-739, doi: 10.1021/acs.orglett.7b03871 (2018). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.    

entrada substrato produto conversão carregamento do catalisador [Ru] (ppm)
1 Image 1 Image 2 > 95% 1 mol % 53
2 Image 3 Image 4 > 95% 3 mol % 284

Tabela 1.   RCM em meios aquosos e remoção de usado catalisador através do anfitrião-convidado interação. Condição de reação: 45 ° C em D2O por 24 h. nível de Ru Residual no produto foi analisado por ICP-MS; o processo de análise de ICP-MS detalhado é descrito no apoio a informação do anterior relatório38. Esta tabela foi modificada em orgânicos letras. 20 (3), 736-739, doi: 10.1021/acs.orglett.7b03871 (2018).

entrada substrato produto conversão [Ru] (ppm)
1 Image 5 Image 6 > 95% 5.9 (63)um
2 Image 7 Image 8 > 95% 3.5
3 Image 9 Image 10 rastreamento -
4 Image 11 Image 12 > 95% 0,14
5 Image 13 Image 14 > 95% 5.0
6 Image 15 Image 16 > 95% 5.3

Tabela 2. RCM em CH 2 CL 2 e remoção do catalisador utilizado através de extração e tratamento com carvão ativado. Condição de reação: 40 ° C, com 1 mol % de catalisador 1 CH2Cl2 por 1 h. nível de Ru Residual no produto foi analisado por ICP-MS. entradas 1 e 4 foram realizados à temperatura ambiente. um O produto bruto extraído foi filtrado através de uma almofada de silicone sem tratamento de carvão ativado. Esta tabela foi modificada em orgânicos letras. 20 (3), 736-739, doi: 10.1021/acs.orglett.7b03871 (2018).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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 glycol). O catalisador apresentado demonstrou as reações homogêneas em soluções aquosas e orgânicas e o residual que ru foi facilmente removido por filtração utilizando uma interação hospedeiro-convidado4,5,6, 7 , 8 e líquido de extração.

A Figura 7 descreve uma remoção do catalisador utilizado através da interação do anfitrião-convidado após a reação por metátese em solução aquosa. Após a conversão completa com catálise homogênea em alta reatividade e taxa de reação rápida, host complexo foi adicionado à mistura de reação, para formar um complexo heterogêneo de anfitrião-convidado entre β-CD no host e adamantano moiety no nosso catalisador 118 . Após a filtração da solução, mais de 99% do Ru residual foi removido do produto (tabela 1, entrada 1).

Conforme mostrado na tabela 1, sinteticamente útil de amônio primário sal substrato foi totalmente convertido em produto correspondente com um catalisador de carregamento, 3 mol % de catalisador (entrada 2). O Ru residual deste produto primário de amónio foi 284 ppm após filtração, o que significa que 98,7% de Ru usado foi removido pela interação do anfitrião-convidado. A razão para maior catalisador de carregamento e nível residual de Ru do que a reação com amônia quaternária pode ser a coordenação entre o metal de Ru e nitrogênio em amônio primário após ionização em água. Além disso, a Figura 5 descreve TRAQUINAGEM do monômero solúvel em água, com nosso catalisador em meios aquosos, e obteve-se o polímero em rendimento quantitativo com 269 ppm de residual Ru, que significa 97,7% do Ru foi removido. Na reação de TRAQUINAGEM, extingue-se pelo éter etil vinil é importante para libertar o catalisador Ru da cadeia polimérica.

Além disso, nosso catalisador demonstrou alta reatividade no CH2Cl2 com substratos RCM comumente utilizados (tabela 2). Impedido de substrato na entrada 3 só foi fornecido a pequena quantidade de produto, e outros substratos foi totalmente convertida em produtos desejados. Como mostrado na Figura 6, a maioria dos Ru residual foi removido por extracção aquosa. Após filtração com produto extraído através da almofada de silicone, 63 ppm de residual Ru foi observada (entrada 1). Tratamento de carvão ativado com produto extraído desde taxa de excelente remoção de usado Ru catalisador37, que foram menos de 10 ppm, o limite de Ru farmaceuticamente aceitável em produto27.

Por causa da decomposição de catalisador 1 durante/após as reações de metátese39, a reciclagem do catalisador não foi possível. Porque a interação hospedeiro-convidado é um processo reversível4,5,6,7,8, a reversibilidade dos ligantes NHC relatados será estudada para desenvolver totalmente reciclável catálise organometálica sistema40 como o objetivo final desta linha de pesquisa. Além disso, o sistema catalisador homogêneo relatado pode ser mais aplicado a um método de eliminação de metal em grande escala. Depois de uma reação química desejada em grande escala, o catalisador comentários-com a tag pode ser completamente removido, passando a solução do produto através de acolhimento-tag cartucho sólido embalado.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Os autores não declaram nenhum interesse financeiro concorrente.

Acknowledgments

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.

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.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Allen, D. P. Handbook of Metathesis. , Wiley-VCM, Weinheim. Chapter 5 (2015).
  2. Vougioukalakis, G. C. Removing Ruthenium Residues from Olefin Metathesis Reaction Products. Chemistry-A European Journal. 18 (29), 8868-8880 (2012).
  3. Hartwig, J. F. Organotransition Metal Chemistry: From Bonding to Catalysis. , University Science Books, Sausalito. Chapter 14 (2010).
  4. 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).
  5. Chen, G., Jiang, M. Cyclodextrin-based inclusion complexation bridging supramolecular chemistry and macromolecular self-assembly. Chemical Society Reviews. 40 (5), 2254-2266 (2011).
  6. Ma, X., Zhao, Y. Biomedical Applications of Supramolecular Systems Based on Host-Guest Interactions. Chemical Reviews. 115 (15), 7794-7839 (2015).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Szejtli, J. Introduction and General Overview of Cyclodextrin Chemistry. Chemical Reviews. 98 (5), 1743-1754 (1998).
  11. 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).
  12. Crini, G. Review: A History of Cyclodextrins. Chemical Reviews. 114 (21), 10940-10975 (2014).
  13. 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).
  14. Harada, A., Takashima, Y., Nakahata, M. Supramolecular Polymeric Materials via Cyclodextrin-Guest Interactions. Accounts of Chemical Research. 47 (7), 2128-2140 (2014).
  15. Ballester, P., Vidal-Ferran, A., van Leeuwen, P. W. N. M. Modern Strategies in Supramolecular Catalysis. Advances in Catalysis. 54 (1), 63-126 (2011).
  16. 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).
  17. Szente, L., Szemán, J. Cyclodextrins in Analytical Chemistry: Host-Guest Type Molecular Recognition. Analytical Chemistry. 85 (17), 8024-8030 (2013).
  18. 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).
  19. Astruc, D. Olefin Metathesis: Theory and Practice. , John Wiley & Sons, Inc. Hoboken. Chapter 1 (2014).
  20. Samojłowicz, C., Bieniek, M., Grela, K. Ruthenium-Based Olefin Metathesis Catalysts Bearing N-Heterocyclic Carbene Ligands. Chemical Reviews. 109 (8), 3708-3742 (2009).
  21. Vougioukalakis, G. C., Grubbs, R. H. Ruthenium-Based Heterocyclic Carbene-Coordinated Olefin Metathesis Catalysts. Chemical Reviews. 110 (3), 1746-1787 (2010).
  22. 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).
  23. Maier, M. E. Synthesis of Medium-Sized Rings by the Ring-Closing Metathesis Reaction. Angewandte Chemie International Edition. 39 (12), 2073-2077 (2000).
  24. 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).
  25. 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).
  26. Skowerski, K., Gułajski, Ł Olefin Metathesis: Theory and Practice. , John Wiley & Sons, Inc. Hoboken. Chapter 25 (2014).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. Westhus, M., Gonthier, E., Brohm, D., Breinbauer, R. An efficient and inexpensive scavenger resin for Grubbs' catalyst. Tetrahedron Letters. 45 (15), 3141-3142 (2004).
  32. 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).
  33. 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).
  34. 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).
  35. Skowerski, K., et al. Easily removable olefin metathesis catalysts. Green Chemistry. 14 (12), 3264-3268 (2012).
  36. 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).
  37. 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).
  38. Kim, C., Ondrusek, B. A., Chung, H. Removable Water-Soluble Olefin Metathesis Catalyst via Host-Guest Interaction. Organic Letters. 20 (3), 736-739 (2018).
  39. 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).
  40. 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).

Tags

Química edição 138 interação do anfitrião-convidado catálise homogênea solúvel em água heterogênea remoção remoção do catalisador metátese
Remoção heterogênea de rutênio Water-soluble Olefin Metathesis catalisador de meios aquosos através da interação do anfitrião-convidado
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kim, C., Chung, H. HeterogeneousMore

Kim, C., Chung, H. Heterogeneous Removal of Water-Soluble Ruthenium Olefin Metathesis Catalyst from Aqueous Media Via Host-Guest Interaction. J. Vis. Exp. (138), e58067, doi:10.3791/58067 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter