Summary
En flyttbar vattenlösliga N-heterocykliska Karben (NHC) liganden i vattenmedium via host-gäst interaktion har utvecklats. Vi visat representativa olefin metates reaktioner i vatten samt som diklormetan. Antingen via host-gäst interaktion eller utvinning var kvarstående rutenium (Ru) katalysatorn så låg som 0,14 ppm efter reaktionen.
Abstract
En mycket effektiv övergång metall katalysator borttagningsmetod är utvecklad. Vattenlösliga katalysatorn innehåller en nydesignade NHC ligand för katalysator borttagning via host-gäst interaktioner. Den nya NHC liganden äger en adamantyl (gäst) uppbundna linjär etylenglykol enheter för hydrofoba inkludering i kaviteten av en β-cyklodextrin (β-CD) värd förening. Den nya NHC liganden tillämpades en Ru-baserade olefin metates katalysator. Ru katalysatorn visat Utmärkt aktivitet i representativa ring-stängning metates (RCM) och ringa-öppning metates polymerisation (Stoja) reaktioner i vattenmedium samt organiskt lösningsmedel, CH2Cl2. Efter reaktionen var fullständig, kvardröjande Ru återstoden togs bort från en vattenlösning med effektiviteten i mer än 99% (53 ppm av Ru rester) genom enkel filtrering utnyttja en host-gäst interaktion mellan olösliga kiseldioxid-ympade β-CD-(host) och den adamantyl fraktionen (gäst) på katalysatorn. Den nya Ru katalysatorn visade också hög reningsgrad via utvinning när reaktionen körs i organiskt lösningsmedel av partitionering rå reaktionsblandningen mellan lager av dietyleter och vatten. På så sätt stannar katalysatorn i vattenskiktet endast. I organiska skikt var kvarstående Ru endast 0,14 ppm i RCM reaktionerna av diallyl föreningar.
Introduction
Avlägsnande av den homogena Metallorganisk katalys från produkten är en viktig fråga i modern kemi1,2. Kvarstående katalysator orsakar inte bara ett toxicitet problem från sin heavy metal element, men också en oönskad omvandling av produkten från dess potentiella reaktivitet. Homogen katalysator ger många fördelar, såsom hög aktivitet, snabba reaktionen klassar och chemoselectivity3, men dess avlägsnande från produkten är mycket svårare än heterogena katalysator som enkelt tas bort genom filtrering eller dekantering. Kombinationen av fördelarna med homogena och heterogena katalysator, dvs, homogen reaktion och heterogena borttagning, representerar viktiga koncept för mycket reaktiva och lätt flyttbara metallorganiska katalysatorer. Figur 1 illustreras den arbetande principen för homogena reaktion och heterogena borttagning av katalysatorn via host-gäst interaktion.
Värd-gäst kemi är noncovalent limning molekylär igenkänning mellan molekyler som värd och gäst molekyler i supramolekylär kemi4,5,6,7,8. Cyklodextrin (CDs), cykliska oligosackarider, är representativa värd molekyler9,10,11,12, och de har tillämpats på breda områden av vetenskap såsom, polymervetenskap 13 , 14, katalys15,16, biomedicinska tillämpningar6,10och analytisk kemi17. En gäst molekyl, adamatane, binder starkt till hydrofoba hålighet i β-CD (host, 7-membered cykliska sackarid) med hög association konstant, Ka (logga Ken = 5,04)18. Detta supramolekylär affinitet är tillräckligt stark för att ta bort kvarvarande katalysator komplexa från aqueous reaktion lösningen med solid stöds β-CD.
Bland många katalysatorer som är berättigade till värd-gäst avlägsnande, studerades Ru olefin metates katalysator på grund av hög praktiska verktyg och hög stabilitet mot luft och fukt. Olefin metates reaktionen är ett viktigt verktyg i syntetisk kemi att bilda en kol-koldubbelbindning i närvaro av en övergång metall katalysator19,20,21,22. Utvecklingen av stabila Ru olefin metates katalysator utlöst metatesen som stora fält i syntetisk kemi (t.ex., RCM och cross metates (CM)) samt polymervetenskap (t.ex., stoja och acykliska Dien metates (ADMET)). I synnerhet syntetiserar RCM macrocycles och medelstora ringar som har varit svårt att konstruera23.
Trots syntetiska utilities av metates-Ru katalyseras är fullständigt avlägsnande av begagnade Ru katalysator från önskad produkt en stor utmaning för många praktiska tillämpningar24. Till exempel observerades 1912 ppm av Ru rester i ring-stängning metates produkt efter kiselgel kolumn kromatografi25. Kvarstående Ru kan orsaka problem såsom olefin isomerisering, nedbrytning, färgläggning och toxicitet av farmaceutiska produkter26. Internationella konferensen om harmonisering (ICH) publicerade en riktlinje av kvarvarande metall reagenser i läkemedel. Högst tillåtna Ru nivå i farmaceutisk produkt är 10 ppm27. Av dessa skäl var olika metoder försökt att ta bort Ru rester från produkt lösning28,29,30,31,32,33. Utvecklingen av flyttbara Ru katalysatorer har också studerats för rening utan någon särskild behandling efter reaktionen. Bland olika reningsmetoder, var katalysator ligand ändringar försökte förbättra effektiviteten av kiselgel filtrering och flytande extraktion. Högeffektiva kiselgel filtrering kan exempelvis uppnås genom introducerade ion tagg på bensylidenkamfer34 eller ryggraden i NHC ligand35,36. Katalysator försedda poly(ethylene glycol)37 eller ion tag35 på en NHC ligand kan förbättra effektiviteten i vattenlösning extraktion för Ru katalysator borttagning.
Nyligen rapporterade vi mycket vattenlösliga Ru olefin metates katalysator, som visade inte bara höga reaktivitet, men också hög katalysator avverkning. Dessutom inträffade metates och katalysator avlägsnande i både vatten och diklormetan34,35,36,37. Det viktigaste inslaget i ny katalysator är att den nya NHC bär adamantyl bundna oligo(ethylene glycol). Oligo(ethylene glycol) ger hög vattenlöslighet av hela katalysatorn komplexa. Dessutom äger oligo(ethylene glycol) adamantyl slutet grupp som kan användas i värd-gäst interaktion med yttre β-CD.
Häri, beskrev vi protokollen för katalysator syntes, metates reaktioner och katalysator borttagning i både vatten och diklormetan.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Obs: Vi presenterade syntesen av 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 tetrafluoroborat (imidazolium salt A) och värd komplex, β-CD ympade kiseldioxid, i våra tidigare papper38. I protokollet beskriver vi en syntes av våra vattenlösliga Ru olefin metates katalysator och metates reaktioner (RCM och stoja).
1. Sammanfattning av (4-(97-((adamantan-1-yl)oxy)-2,5,8,11,14,17,20,23,26,29,32,35,38,41,44,47,50,53,56,59,62,65,68,71,74,77,80,83,86,89,92,95-dotriacontaoxaheptanonacontyl)-1,3-dimesitylimidazolidinylidene)dichloro ( o - isopropoxyphenylmethylene) rutenium (katalysator 1)
- Torr en 25 mL-rundbottnad kolv med en omrörningsanordning bar, en 20 mL injektionsflaska och en spatel i ugn.
- Satte 118 mg imidazolium salt en (0.060 mmol) i en 4 mL flaska.
- Placera den förberedda imidazolium salt A i torkade glas, en septum och spateln i en handskfacket kammare och vakuum för 2 h.
- Efter helt bort luften i handskfacket kammare, rensa inert gas in i kammaren, och sedan flytta dem till handskfacket.
- I handskfacket, sätta 54 mg av Hoveyda-Grubbs (H-G) 1st generation (0.090 mmol, 1,5 motsv.) i en 20 mL injektionsflaska.
- Lös beredda imidazolium saltet i 2,0 mL toluen och sedan överföra det till en 50 mL Rundkolv med omrörning baren.
- Lägg till 0,18 mL kalium bis (trimetylsilyl) amide (KHMDS) lösning (0,5 M toluen lösning, 0.090 mmol, 1,5 motsv.) i imidazolium salt lösning.
- Snurra kolven för att blanda reagenserna.
- Lös upp den H-G 1st generationen i 3,0 mL toluen och sedan lägga till denna lösning i reaktionskolven.
- Tillslut kolven med septum och tar bort detta från handskfacket.
- Rör om reaktionsblandningen för 3 h vid 80 ° C.
- Efter 3 h, rena katalysatorn genom kromatografi på neutrala aluminiumoxid, elueras med EtOAc/MeOH = 15/1. Samla de mörkgrön lösningen.
Obs: Avdunstning av lösningsmedlet krävs inte innan kromatografi. Rf -värde är 0,46 på neutrala aluminiumoxid, elueras med EtOAc/MeOH = 15/1. - Ta bort lösningsmedlet under minskat tryck.
- Vakuum sista återstoden att få mörka gröna vaxartat fast ämne.
2. metates reaktion och borttagning av katalysator rester i vattenhaltigt medium
- Förbereda avgasade deuteriumoxid (D2O) eller avjoniserat vatten av bubblande D2O eller avjoniserat vatten med kvävgas över 2 h.
- Lägga 4,4 mg katalysator 1 (0.0020 mmol) och 41 mg 2-allyl -N,N,N- trimetylpent-4-sv-1-aminium klorid (tetraalkyl ammonium substrat) (0,20 mmol) i varje 4,0 mL injektionsflaska.
- Lös tetraalkyl ammonium substratet i 0,5 mL avgasade D2O (eller H2O), och Lägg sedan lösningen i catalyst 1.
- Försegla injektionsflaskan reaktion och sedan värma reaktionsblandningen för 24 h vid 45 ° C. Övervaka reaktion omvandlingen av 1H NMR.
Obs: Övervaka 1H NMR peak konvertering från 3,25 ppm (doublet, -NCH2CH - substrat) till 3.52 ppm (doublet, -NCH2CH - produkt). - Efter slutförandet av reaktionen, kyla ner injektionsflaskan reaktion vid rumstemperatur.
- Tillsätt 150 mg av β-CD ympade kiseldioxid i reaktionsblandningen.
Obs: Ympade β-CD enhet på kiselgel beräknades i 1,57 10-4 mmol/mg genom termogravimetrisk analys (TGA). - Rör reaktionsblandningen för 10 h i rumstemperatur.
- Filtrera reaktionsblandningen genom bomull plug.
- Ta bort vätskan i en torktumlare frysa.
3. Ringa-öppning metates polymerisation och borttagning av katalysator rester i vattenhaltigt medium
- Förbereda avgasade D2O eller avjoniserat vatten av bubblande D2O eller avjoniserat vatten med kvävgas över 2 h.
- Lägga 4,4 mg katalysator 1 (0.0020 mmol) och 17,1 mg 2-((3aR*,4S*,7R*,7aS*)-1,3-dioxo-1,3, 3a, 4, 7, 7a-hexahydro-2H-4,7-methanoisoindol-2-yl)- N,N,N- trimethylethan-1-aminium klorid (monomer, figur 5) (0.060 mmol) i varje 4,0 mL injektionsflaska.
- Upplösa monomeren i 0,5 mL avgasade D2O (eller H2O), och Lägg sedan lösningen i catalyst 1.
- Försegla injektionsflaskan reaktion och sedan värma reaktionsblandningen för 2 h vid 45 ° C. Övervaka reaktion omvandlingen av 1H NMR.
Obs: Övervaka 1H NMR peak försvinnande vid 6.14 ppm (-CH= CH- i monomeren). - Efter slutförandet av reaktionen, kyla ner injektionsflaskan reaktion vid rumstemperatur.
- Släcka reaktion med 0,1 mL etyleter vinyl.
Obs: Kylning är nödvändigt att separera Ru katalysator från polymerkedja terminal. - Tillsätt 150 mg av β-CD ympade kiseldioxid i reaktionsblandningen.
- Rör reaktionsblandningen för 10 h i rumstemperatur.
- Filtrera reaktionsblandningen genom bomull plug.
- Ta bort vätskan i en torktumlare frysa.
4. metates reaktion och borttagning av katalysator rester från CH2Cl2
- Satte 4,4 mg katalysator 1 (0.0020 mmol) och 48 mg dietyleter diallylmalonate (0,20 mmol) i varje 4,0 mL flaska.
- Upplösa den dietyleter diallylmalonate i 0,5 mL CH2Cl2och sedan lägga till lösningen i catalyst 1.
- Försegla injektionsflaskan reaktion, sedan hålla reaktionsblandningen i rumstemperatur i 1 h. Monitor reaktion omvandlingen av 1H NMR.
Obs: Övervaka 1H NMR peak konvertering från 2.63 ppm (doublet, -CCH2CH = CH2 i substrat) till 3.01 ppm (linne, -CCH2CH = CHCH2C - i produkten). - Efter slutförandet av reaktionen, över resulterande reaktionsblandningen till en 30 mL flaska.
- Späd den reaktion lösningen med 15 mL dietyleter.
- Tvätta den ekologiska lösningen med 15 mL vatten för fem gånger.
- Torka det organiska lagret med MgSO4, sedan filtrera lösningen genom bomull plugg att ta bort MgSO4 partiklar.
- Rör blandningen för 24 h i rumstemperatur, sedan Tillsätt 60 mg aktivt kol i den resulterande lösningen.
- Filtrera lösningen genom bomull plug ta bort aktivt kol och ta sedan bort lösningsmedlet under minskat tryck.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figur 2 beskrivs ligand utbyte reaktionen för vår katalysator 1. 1H NMR spectrumen visas i figur 3.
Figur 4 visar RCM i vattenlösning och efterföljande avlägsnandet av begagnade katalysator från reaktionsblandningen via host-gäst interaktion och tabell 1 sammanfattar RCM i vattenlösning. Kvartära ammoniumsalter substrat var helt omvandlas till motsvarande produkt med 1 mol % av katalysator 1, och konverteringen övervakades av 1H NMR. Efter metates reaktionen rördes resulterande reaktionsblandningen med β-CD ympade kiselgel för 10 h. Som figur 4 beskrivs, vände mörker reaktion lösning klar efter värd-gäst avlägsnande. Den resulterande lösningen filtrerades genom en bomull plugg, då lösningsmedlet avlägsnades i en frysning torktumlare. Den kvarvarande Ru nivå av produkten analyserades av induktivt kopplad plasma-masspektrometri (ICP-MS), och 53 ppm av kvarvarande Ru upptäcktes från slutprodukten (tabell 1, tas 1). I posten 2 tillämpades samma protokoll till primära ammonium substrat. 3 mol % av katalysator laddar förutsatt att fullständig omvandling, och resterande Ru i denna produkt var 284 ppm.
STOJA i aqueous lösning beskrivs i figur 5. Efter avlägsnande av katalysator analyserades kvarstående Ru med ICP-MS.
Figur 6 beskriver demonstrationen av RCM reaktion i CH2Cl2 och avlägsnande av begagnade katalysator från reaktionsblandningen via utvinning och tabell 2 visar omfattningen av RCM i CH2Cl2. Efter reaktionen togs används katalysator bort av utvinning och efterföljande behandling med aktivt kol. Utom mycket hindras substrat (tabell 2, post 3) visade substratesna komplett omvandlingar med 1 mol % katalysator 1. Efter metates reaktion i CH2Cl2, var reaktionsblandningen utspädd med dietyleter. Utspädd organisk lösning extraherades med vatten för fem gånger. I figur 6visas var den klara lösningen erhålls efter extrahering. Efter extraktionen, aktivt kol lades in i torkade ekologiska lösningen, då lösningen rördes för 24 h. Det aktiva kolet togs bort genom filtrering och den resulterande lösningen var koncentrerat under minskat tryck. Restprodukt analyserades med ICP-MS att mäta kvarvarande Ru nivån, och 5,9 ppm av Ru upptäcktes från produkten. Utan aktivt kol behandling, kvarstående Ru var 63 ppm, och detta värde är inte acceptabelt för farmaceutiska ändamål (tabell 2, entry 1).
Figur 1 . Illustration av konceptet för heterogena katalysator borttagning av homogen katalysator via host-gäst interaktion. Denna siffra har ändrats från ekologiska bokstäver. 20 (3), 736-739, doi: 10.1021/acs.orglett.7b03871 (2018). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2 . Syntesen av katalysator 1 från imidazolium salt A. NHC ligand genererades av deprotonation från imidazolium salt A, sedan ligand utbyte reaktion följdes till form en katalysator 1. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Fugure 3. 1 H NMR spectrumen av katalysator 1 och dess tilldelning. 1 H NMR (600 MHz, CD2Cl2) δ 16,44 (s, 1 H, Hen), 7,53 (t, J = 7,8 Hz, 1 H, Hk), 7,05 (d, J = 16,2 Hz, 4 H, Hj), 6.93 (d, J = 7,8 Hz, 1 H, Hk), 6.88 (t, J = 7,5 Hz, 1 H, H ( k), 6.81 (d, J = 8,4 Hz, 1 H, Hk), 4,90-4,79 (m, 1 H, Hb), 4,59-4,50 (m, 1 H, Hc), 4,26 (t, J = 10,8, 1 H, Hd), 4,06 (t, J = 8,7 Hz, 1 H, Hd), 3,67-3,48 (m, 130 H, H l), 2,59-2,18 m, 18 H, He, 2.10 (s, 3 H, Hf), 1,71 (d, J = 3,2 Hz, 6 H, Hg), 1.60 (dd, J1 = 28,5 Hz, J2 = 12,3 Hz, 6 H, Hh) 1,24- 1,17 (m, 6 H, H Jag). vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 4 . Host-gäst borttagning av Ru katalysator efter RCM i vattenhaltigt medium (tabell 1, entry 1). (a) början av reaktionen vid t = 0 (blandning av katalysator 1, substrat och lösningsmedel D2O). b genomgått reaktion vid t = 24 h. (c) tillägg av β-CD ympade kiseldioxid i reaktionsblandningen. (d) leder till lösning efter 10 h omrörning. (e) filtrering av resulterande lösningen; Det mörka Ru katalysator rest togs bort genom filtrering. Den resulterande rena lösningen är färglös i injektionsflaskan. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5 . RASAR i vattenlösning. Denna siffra har ändrats från ekologiska bokstäver. 20 (3), 736-739, doi: 10.1021/acs.orglett.7b03871 (2018). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6 . RCM i CH 2 Cl 2 och borttagning av katalysator 1 (tabell 2, entry 1). (a) början av reaktionen vid t = 0 (blandning av katalysator 1, substrat och lösningsmedel CH2Cl2). (b) avslutad reaktion vid t = 1 h. c utspädning med ytterligare 15 mL dietyleter; en mörk katalysator rester var spridda i lösningen. (d) vattenskiktet endast efter 1st extraktion. En stor mängd vatten upplöst katalysator togs bort från ett organiskt lager. (e) fasseparation efter 2nd extraktion (övre lagret: ekologisk produkt endast, nedre lagret: vattenlösning med katalysator). (f) organiska skikt efter 5th extraktion. Det finns inga visuella utseendet av mörka katalysator i det organiska skiktet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7 . Illustration av övergripande värd-gäst borttagningsprocessen efter metates reaktion i vattenmedium. Denna siffra har ändrats från ekologiska bokstäver. 20 (3), 736-739, doi: 10.1021/acs.orglett.7b03871 (2018). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| inträde | substrat | produkt | konvertering | katalysator lastning | [Ru] (ppm) |
| 1 |  |
 |
> 95% | 1 mol % | 53 |
| 2 |  |
 |
> 95% | 3 mol % | 284 |
Tabell 1. RCM i vattenhaltigt medium och borttagning av används katalysator via host-gäst interaktion. Reaktion villkor: 45 ° C i D2O för 24 h. resterande Ru nivå i produkt analyserades med ICP-MS; ICP-MS detaljerad analysprocessen beskrivs i stödinformation i föregående rapport38. Den här tabellen har ändrats från ekologiska bokstäver. 20 (3), 736-739, doi: 10.1021/acs.orglett.7b03871 (2018).
| inträde | substrat | produkt | konvertering | [Ru] (ppm) |
| 1 |  |
 |
> 95% | 5,9 (63)en |
| 2 |  |
 |
> 95% | 3.5 |
| 3 |  |
 |
spår | - |
| 4 |  |
 |
> 95% | 0,14 |
| 5 |  |
 |
> 95% | 5.0 |
| 6 |  |
 |
> 95% | 5.3 |
Tabell 2. RCM i CH 2 Cl 2 och borttagning av begagnade katalysator via utvinning och behandling med aktivt kol. Reaktion villkor: 40 ° C med 1 mol % katalysator 1 i CH2Cl2 för 1 h. resterande Ru nivå i produkt analyserades med ICP-MS. poster 1 och 4 utfördes vid rumstemperatur. en Extraherade rå produkten filtrerades genom en kvarts pad utan aktivt kol behandling. Den här tabellen har ändrats från ekologiska bokstäver. 20 (3), 736-739, doi: 10.1021/acs.orglett.7b03871 (2018).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi beskrivs syntesen av flyttbara homogen Ru olefin metates katalysator och dess avlägsnande från både vattenfasen och den organiska lösningar. Homogen catalysis ger många fördelar jämfört med heterogena katalysatorer, såsom höga reaktivitet och snabba reaktionen klassar; avlägsnande av begagnade katalysatorn från produkten är dock svårare än heterogena katalysator3. Det viktigaste inslaget i synthesized katalysator är NHC liganden, som bär adamantyl uppbundna vatten lösliga oligo(ethylene glycol). Presenterade katalysatorn visat de homogena reaktionerna i både vattenfasen och den organiska lösningar, och den kvarvarande Ru avlägsnades enkelt genom filtrering utnyttja en host-gäst interaktion4,5,6, 7 , 8 och vätska extraktion.
Figur 7 beskriver en borttagning av begagnade katalysator via host-gäst interaktion efter metates reaktion i vattenlösning. Efter fullständig konvertering med homogen catalysis i höga reaktivitet och snabba reaktionen klassar lades värd komplex till reaktionsblandningen att bilda en heterogen värd-gäst komplex mellan β-CD på värd- och adamantan biexponentiellt på vår katalysator 118 . Efter filtrering av den resulterande lösningen, var mer än 99% av kvarvarande Ru tas bort från produkten (tabell 1, entry 1).
Som visas i tabell 1, syntetiskt användbara primära ammonium salt var substrat helt omvandlas till motsvarande produkt med en katalysator som lastning, 3 mol % av katalysator (post 2). Den kvarvarande Ru denna primära ammonium produkt var 284 ppm efter filtrering, vilket innebär att 98,7% av begagnade Ru togs bort av värd-gäst interaktion. Anledningen till högre katalysator lastning och Ru rester än reaktionen med Kvartära ammoniumsalter kan vara samordning mellan Ru metall och kväve i primära ammonium efter jonisering i vatten. Dessutom figur 5 beskriver ROMP av vattenlösliga monomer med vår katalysator i vattenhaltigt medium, och polymeren erhölls i kvantitativa avkastning med 269 ppm av kvarvarande Ru, vilket innebär 97,7% av Ru togs bort. ROMP reaktion är snabbkylning med vinyl etyleter viktigt att befria Ru katalysatorn från polymerkedja.
Dessutom visade vår katalysator höga reaktivitet i CH2Cl2 med vanliga RCM substrat (tabell 2). Hindras substrat i posten 3 lämnades endast spår mängd produkt, och andra substrat var helt omvandlas till önskade produkter. Som visas i figur 6, de flesta av kvarvarande Ru togs bort av vattenhaltigt extraktion. Efter filtrering med extraherade produkt via kiseldioxid pad observerades 63 ppm av kvarvarande Ru (1 post). Aktivt kol behandling med extraherade produkt förutsatt utmärkt avverkning av begagnade Ru katalysator37, som var mindre än 10 ppm, farmaceutiskt godtagbart Ru gränsen i produkten27.
På grund av nedbrytning av katalysator 1 under/efter metates reaktioner39var återvinning av katalysatorn inte möjligt. Eftersom värd-gäst interaktion är en reversibel process4,5,6,7,8, kommer reversibiliteten av de rapporterade NHC liganderna att studeras för att utveckla helt återvinningsbar Metallorganisk katalys system40 som det slutliga målet till denna forskning. Dessutom kan rapporterade homogen katalysator systemet tillämpas ytterligare på en stor skala metall rensning metod. Efter en önskad storskalig kemisk reaktion, kan gäst-taggade katalysatorn avlägsnas helt genom passerar produkt lösningen genom värd-taggade solid packade patronen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna förklarar inga konkurrerande ekonomiska intressen.
Acknowledgments
Detta arbete stöds av Florida State University energi och material anställa initiativ och FSU Institutionen för kemi och biomedicinsk teknik.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Hoveyda-Grubbs Catalyst 1st Generation | Sigma-Aldrich | 577944 | Air sensitivie. Light sensitivie. |
| Diethyl diallylmalonate | Sigma-Aldrich | 283479 | |
| Ethyl vinyl ether | Sigma-Aldrich | 422177 | Air sensitive. |
| Aluminum oxide | Sigma-Aldrich | 06300 | Activated, neutral, Brockmann Activity I |
| Potassium bis(trimethylsilyl)amide solution (0.5 M in toluene) | Sigma-Aldrich | 277304 | Moisture sensitive. |
| Etyhl acetate | VWR | BDH1123 | Flammable liquid. |
| Methanol | VWR | BDH1135 | Flammable liquid. Toxic. |
| Deuterium Oxide 99.8%D | TCI | W0002 | |
| Methylene Chloride-D2 (D, 99.8%) | Cambridge Isotope Laboratories, Inc. | DLM-23 | Flammable liquid. Toxic. |
| Activated carbon | Sigma-Aldrich | 242276 | |
| Magnesium sulfate | EMD Millipore | MX0075 | |
| Ethyl ether | EMD Millipore | EX0190 | Flammable liquid. |
References
- Allen, D. P. Handbook of Metathesis. , Wiley-VCM, Weinheim. Chapter 5 (2015).
- Vougioukalakis, G. C. Removing Ruthenium Residues from Olefin Metathesis Reaction Products. Chemistry-A European Journal. 18 (29), 8868-8880 (2012).
- Hartwig, J. F. Organotransition Metal Chemistry: From Bonding to Catalysis. , University Science Books, Sausalito. Chapter 14 (2010).
- Lehn, J. M. Toward complex matter: Supramolecular chemistry and self-organization. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (8), 4763-4768 (2002).
- Chen, G., Jiang, M. Cyclodextrin-based inclusion complexation bridging supramolecular chemistry and macromolecular self-assembly. Chemical Society Reviews. 40 (5), 2254-2266 (2011).
- Ma, X., Zhao, Y. Biomedical Applications of Supramolecular Systems Based on Host-Guest Interactions. Chemical Reviews. 115 (15), 7794-7839 (2015).
- Shetty, D., Khedkar, J. K., Park, K. M., Kim, K. Can we beat the biotin-avidin pair?: cucurbit[7]uril-based ultrahigh affinity host-guest complexes and their applications. Chemical Society Reviews. 44 (23), 8747-8761 (2015).
- Schmidt, B. V. K. J., Barner-Kowollik, C. Dynamic Macromolecular Material Design-The Versatility of Cyclodextrin-Based Host-Guest Chemistry. Angewandte Chemie International Edition. 56 (29), 8350-8369 (2017).
- Khan, A. R., Forgo, P., Stine, K. J., D'Souza, V. T. Methods for Selective Modifications of Cyclodextrins. Chemical Reviews. 98 (5), 1977-1996 (1998).
- Szejtli, J. Introduction and General Overview of Cyclodextrin Chemistry. Chemical Reviews. 98 (5), 1743-1754 (1998).
- Li, J., Loh, X. J. Cyclodextrin-based supramolecular architectures: Syntheses, structures, and applications for drug and gene delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 60 (9), 1000-1017 (2008).
- Crini, G.
- Zhang, Z. X., Liu, K. L., Li, J. A Thermoresponsive Hydrogel Formed from a Star-Star Supramolecular Architecture. Angewandte Chemie International Edition. 52 (24), 6180-6184 (2013).
- Harada, A., Takashima, Y., Nakahata, M. Supramolecular Polymeric Materials via Cyclodextrin-Guest Interactions. Accounts of Chemical Research. 47 (7), 2128-2140 (2014).
- Ballester, P., Vidal-Ferran, A., van Leeuwen, P. W. N. M. Modern Strategies in Supramolecular Catalysis. Advances in Catalysis. 54 (1), 63-126 (2011).
- Raynal, M., Ballester, P., Vidal-Ferran, A., van Leeuwen, P. W. N. M. Supramolecular catalysis. Part 1: non-covalent interactions as a tool for building and modifying homogeneous catalysts. Chemical Society Reviews. 43 (5), 1660-1733 (2014).
- Szente, L., Szemán, J. Cyclodextrins in Analytical Chemistry: Host-Guest Type Molecular Recognition. Analytical Chemistry. 85 (17), 8024-8030 (2013).
- Fourmentin, S., Ciobanu, A., Landy, D., Wenz, G. Space filling of β-cyclodextrin and β-cyclodextrin derivatives by volatile hydrophobic guests. Beilstein Journal of Organic Chemistry. 9, 1185-1191 (2013).
- Astruc, D. Olefin Metathesis: Theory and Practice. , John Wiley & Sons, Inc. Hoboken. Chapter 1 (2014).
- Samojłowicz, C., Bieniek, M., Grela, K. Ruthenium-Based Olefin Metathesis Catalysts Bearing N-Heterocyclic Carbene Ligands. Chemical Reviews. 109 (8), 3708-3742 (2009).
- Vougioukalakis, G. C., Grubbs, R. H. Ruthenium-Based Heterocyclic Carbene-Coordinated Olefin Metathesis Catalysts. Chemical Reviews. 110 (3), 1746-1787 (2010).
- Herbert, M. B., Grubbs, R. H. Z-Selective Cross Metathesis with Ruthenium Catalysts: Synthetic Applications and Mechanistic Implications. Angewandte Chemie International Edition. 54 (17), 5018-5024 (2015).
- Maier, M. E. Synthesis of Medium-Sized Rings by the Ring-Closing Metathesis Reaction. Angewandte Chemie International Edition. 39 (12), 2073-2077 (2000).
- Clavier, H., Grela, K., Kirschning, A., Mauduit, M., Nolan, S. P. Sustainable Concepts in Olefin Metathesis. Angewandte Chemie International Edition. 46 (36), 6786-6801 (2007).
- Cho, J. H., Kim, B. M. An Efficient Method for Removal of Ruthenium Byproducts from Olefin Metathesis Reactions. Organic Letters. 5 (4), 531-533 (2003).
- Skowerski, K., Gułajski, Ł Olefin Metathesis: Theory and Practice. , John Wiley & Sons, Inc. Hoboken. Chapter 25 (2014).
- Committee for medicinal products for human use (CHMP). Guideline on the specification limits for residues of metal catalysts or metal reagents (Doc.Ref. EMEA/CHMP/SWP/4446/2000). , European Medicines Agency. London. 1-34 (2008).
- Maynard, H. D., Grubbs, R. H. Purification technique for the removal of ruthenium from olefin metathesis reaction products. Tetrahedron Letters. 40 (22), 4137-4140 (1999).
- Paquette, L. A., et al. A Convenient Method for Removing All Highly-Colored Byproducts Generated during Olefin Metathesis Reactions. Organic Letters. 2 (9), 1259-1261 (2000).
- Ahn, Y. M., Yang, K., Georg, G. I. A Convenient Method for the Efficient Removal of Ruthenium Byproducts Generated during Olefin Metathesis Reactions. Organic Letters. 3 (9), 1411-1413 (2001).
- Westhus, M., Gonthier, E., Brohm, D., Breinbauer, R. An efficient and inexpensive scavenger resin for Grubbs' catalyst. Tetrahedron Letters. 45 (15), 3141-3142 (2004).
- McEleney, K., Allen, D. P., Holliday, A. E., Crudden, C. M. Functionalized Mesoporous Silicates for the Removal of Ruthenium from Reaction Mixtures. Organic Letters. 8 (13), 2663-2666 (2006).
- Galan, B. R., Kalbarczyk, K. P., Szczepankiewicz, S., Keister, J. B., Diver, S. T. A Rapid and Simple Cleanup Procedure for Metathesis Reactions. Organic Letters. 9 (7), 1203-1206 (2007).
- Michrowska, A., et al. A green catalyst for green chemistry: Synthesis and application of an olefin metathesis catalyst bearing a quaternary ammonium group. Green Chemistry. 8 (8), 685-688 (2006).
- Skowerski, K., et al. Easily removable olefin metathesis catalysts. Green Chemistry. 14 (12), 3264-3268 (2012).
- Kosnik, W., Grela, K. Synthesis of functionalised N-heterocyclic carbene ligands bearing a long spacer and their use in olefin metathesis. Dalton Transactions. 42 (20), 7463-7467 (2013).
- Hong, S. H., Grubbs, R. H. Efficient Removal of Ruthenium Byproducts from Olefin Metathesis Products by Simple Aqueous Extraction. Organic Letters. 9 (10), 1955-1957 (2007).
- Kim, C., Ondrusek, B. A., Chung, H. Removable Water-Soluble Olefin Metathesis Catalyst via Host-Guest Interaction. Organic Letters. 20 (3), 736-739 (2018).
- Hong, S. H., Wenzel, A. G., Salguero, T. T., Day, M. W., Grubbs, R. H. Decomposition of Ruthenium Olefin Metathesis Catalysts. Journal of the American Chemical Society. 129 (25), 7961-7968 (2007).
- Qi, M., Chew, B. K. J., Yee, K. G., Zhang, Z. X., Young, D. J., Hor, T. S. A. A catch-release catalysis system based on supramolecular host-guest interactions. RSC Advances. 6 (28), 23686-23692 (2016).
