palladyum K -Heterosiklik Karben Kompleksleri: Benzimidazolyum Tuzlarından Sentez ve Karbon-karbon Bağ Oluşturma Reaksiyonlarında Katalitik Aktivite

Bu videonun amacı, benzimidazolyum tuzlarının ve ardından bunların paladyum n-heterosiklik karben komplekslerinin sentezi ve saflaştırılması için ayrıntılı ve genelleştirilmiş protokolleri göstermektir. Video ayrıca, arilasyon ve Suzuki-Miyaura çapraz eşleşmesi gibi karbon-karbon bağı oluşturan reaksiyonlarda sentezlenen komplekslerin katalitik aktivitesini test etmek için ayrıntılı ve genelleştirilmiş protokoller göstermeyi amaçlamaktadır. Bu videoyu izledikten sonra, bu bileşiklerin nasıl sentezleneceği ve saflaştırılacağının yanı sıra arilasyon ve Suzuki-Miyaura reaksiyonlarındaki komplekslerin katalitik aktivitesinin nasıl test edileceğini iyi anlamalısınız.

Protokol gösterimi, benzimidazolyum tuzlarının sentezi ve saflaştırılması için genelleştirilmiş yöntemle başlayacaktır. Bunu, paladyum n-heterosiklik karben komplekslerinin sentezi ve saflaştırılması için genelleştirilmiş yöntem izleyecektir. Son olarak, arilasyondaki komplekslerin katalitik aktivitesini test etmek için genelleştirilmiş yöntemler ve daha sonra Suzuki-Miyaura reaksiyonları gösterilecektir.

Uyarı: Sunulan protokollerin bir parçası olarak birçok uçucu çözücü kullanılır, bu nedenle tüm deneyleri çalışan bir çeker ocakta gerçekleştirin. Baştan sona uygun kişisel koruyucu ekipman giyin ve kullanmadan önce her bir reaktifin MSDS'sine danışın. Benzimidazolyum tuzlarının sentezi ve saflaştırılması için genelleştirilmiş yöntem şimdi gösterilecektir.

100 millik bir Schlenk tüpünü dik olarak kelepçeleyin ve içine çözücü olarak bir karıştırma çubuğu, bir milimol benzimidozol, bir milimol potasyum hidroksit ve 60 mil etil alkol koyun. Gelecek karıştırma adımları sırasında reaksiyon karışımının eşit ve güvenli bir şekilde ısıtılması için Schlenk tüpünü bir yağ banyosuna yerleştirin. Karıştırma sırasında solventin buharlaşmasını önlemek için tüpü bir kondansatöre takın.

Cam bağlantı parçalarının yeterince yağlandığından ve iyi oturduğundan emin olun. Reaksiyon karışımını 25 santigrat derecede bir saat boyunca karıştırın, böylece tüm katıların tamamen çözünmesine ve ayrıca benzimidazol moleküllerindeki azot-hidrojen bağının kırılmasına izin verin. Bir saat sonra, Schlenk tüpünü kondansatörden ayırın ve seçtiğiniz aril halojenürden bir milimol yavaşça karışıma ekleyin.

Schlenk tüpünü kondansatöre yeniden takın ve reaksiyonun tamamlanmasını sağlamak için karışımı altı saat boyunca 78 santigrat derecede geri akıtın. Geri akış bittikten sonra karışımı 25 santigrat dereceye kadar soğumaya bırakın. Schlenk tüpünü kondansatörden ayırın ve tüpün ağzındaki gresi silin.

Ardından, reaksiyon sırasında oluşan potasyum klorür çökeltisini çıkarmak için bir huni ve filtre kağıdı kullanarak reaksiyon karışımını süzün. Süzüntüyü bir beherde toplayın. N-alkil benzimidazolyum ürünü içeren süzüntüyü temiz bir Schlenk tüpüne aktarın.

Tüpü yağlanmış bir tıpa ile kapatın ve süzüntüdeki etil alkol çözücüsünü vakumla çıkarın. Çözücünün tamamı çıkarıldıktan sonra, Schlenk tüpünün contasını açın ve geride kalan n-alkil benzimidazol ürününü yıkamak için beş mil dietil eter ekleyin. Yıkama yapmak için tüpü hafifçe sallayın.

Yıkama yapıldıktan sonra, tüpün ağzındaki yağı silin ve eteri bir behere boşaltın. Bu yıkama adımını birkaç kez tekrarlayın, beş mil dietil eter ekleyin ve her seferinde boşaltın. Son yıkama adımından sonra, Schlenk tüpünü yağlanmış bir tıpa ile kapatın ve yıkanmış n-alkil benzimidazol ürününüzü vakumla kurulayın.

Kuruduktan sonra, tüpün ağzındaki gresi silin ve ardından ürününüzü bir sonraki reaksiyonda kullanmak üzere küçük bir şişeye aktarın. Temiz bir Schlenk tüpünü dik olarak kelepçeleyin ve içindeki havayı argon gazı ile temizleyerek dışarı atın. Gazı tüpün yan kolundan verin ve bu işlem sırasında tüpün ağzını açık tutun.

Argon havadan daha ağırdır, bu nedenle tüpü aşağıdan yukarıya doğru doldurarak havayı dışarı atar. Bir sonraki adımda reaktifleri eklerken tüpü argon ile temizlemeye devam edin. Bu temizleme işlemi önemlidir, çünkü gelecek reaksiyonun inert bir atmosferde gerçekleştirilmesi gerekir.

Schlenk tüpüne yavaşça bir karıştırma çubuğu, bir milimol n-alkil benzimidazol, seçtiğiniz alkil halojenürden bir milimol ve çözücü olarak dört mil susuz DMF ekleyin. Tüm reaktifler eklendikten sonra, tüpün ağzını yağlanmış bir tıpa ile hızlı bir şekilde kapatın, ardından vanayı çevirerek yan kolunu kapatın ve argon gazını kapatın. Sızdırmaz Schlenk tüpünü bir yağ banyosuna yerleştirin ve reaksiyonun tamamlanmasını sağlamak için reaksiyon karışımını 80 santigrat derecede 24 saat karıştırın.

24 saat sonra, karışımdaki DMF çözücüsünün bir kısmını vakumla çıkarın. Yaklaşık bir ila iki dakikalık vakumlama yeterli olacaktır. İsterseniz, DMF çözücüsünün tamamını gres benzeri karışımınızdan çıkarabilirsiniz, ancak bu gerekli değildir.

Schlenk tüpünün mührünü açın ve 15 mil dietil eter ekleyin. Benzimidazolyum tuzu ürününüz çökelene kadar karışımı karıştırın. Çökelme meydana geldikten sonra, uygun bir filtreleme yöntemi kullanarak dietil eteri çıkarın.

Yan kolu, dahili filtresi ve Schlenk tüplerinin takılabileceği iki açık ucu olan özel bir cam tüp kullandık. Bu tüp üzerindeki yan kol ve Schlenk tüpleri üzerindeki yan kol vakuma takılabildiğinden, bu filtreleme tüpü çökeltme adımından sonra filtrelemenin yanı sıra gelecek yıkama adımları ve yıkama adımlarından sonra kurutma için büyük kolaylık sağlar. Benzer bir şey kullanıyorsanız, doldurulmuş Schlenk tüpünü filtreleme tüpünün bir ucuna ve boş bir Schlenk tüpünü diğer ucuna takın.

Daha sonra boş Schlenk tüpünü vakuma takın ve dietil eterin filtreden bu boş Schlenk tüpüne geçmesi için aparatı dikkatlice ve kademeli olarak ters çevirin. Bununla birlikte, böyle bir tüp bulamazsanız, huni ve filtre kağıdı ile filtreleme gibi başka yöntemler de kullanılabilir. Tuz ürününüzü 15 mil dietil eter ile yıkayın ve daha önce kullandığınız aynı filtreleme yöntemini kullanarak dietil eteri çıkarın.

Bu yıkama adımını birkaç kez tekrarlayın, 15 mil dietil eter kullanın ve her seferinde süzün. Son yıkama adımından sonra, yıkanmış tuz ürününüzü kurulayın. Burada filtre tüpünün içinde vakumla kuruttuk.

Yeniden kristalleştirme yoluyla daha fazla saflaştırma için ürününüzü toplayın. Yeniden kristalleştirme için, tuzunuzu ve 12 mil ila dört mil etil alkol dietil eter karışımını temiz bir Schlenk tüpüne ekleyin. Tuz tamamen eriyene kadar karışımı bir ısı tabancası kullanarak ısıtın.

Daha sonra, boruyu yağlanmış bir tıpa ile kapatın ve neredeyse yatay bir konumda sıkıştırın. Tuzunuzu oda sıcaklığında yeniden kristalleşmeye bırakın. Tuz yeniden kristalleştikten sonra, tüpün ağzındaki yağı silin ve ardından tuz kristallerini ayırmak için bir huni ve filtre kağıdı kullanarak karışımı süzün.

Tuz kristallerinizi hala hunideki filtre kağıdındayken 15 mil dietil eter ile yıkayın. Bu yıkama adımını birkaç kez tekrarlayın. Son yıkama adımından sonra, kristallerin filtre kağıdı üzerindeki havada kurumasını bekleyin.

Paladyum n-heterosiklik karben kompleksinizin karakterizasyonu ve sentezi için saflaştırılmış tuzunuzu toplayın. Sentezlenen benzimidazolyum tuzları beyaz veya krem renkli katılardı ve %62 ile %97 arasında değişen verimlere sahipti Paladyum n-heterosiklik karben komplekslerinin sentezi ve saflaştırılması için genelleştirilmiş yöntem şimdi gösterilecektir. 75 millik bir Schlenk tüpünü dik olarak kelepçeleyin ve içine bir karıştırma çubuğu, seçtiğiniz benzimidazolyum tuzundan bir milimol, bir milimol paladyum klorür, baz olarak beş milimol potasyum karbonat ve üç mil 3-kloropiridin ekleyin.

Tüpü yağlanmış bir tıpa ile kapatın ve bir yağ banyosuna yerleştirin. Paladyum n-heterosiklik karben kompleksinin sentezinin tamamlanmasını sağlamak için reaksiyon karışımını 80 santigrat derecede 16 saat karıştırın. 16 saat sonra, karışımın oda sıcaklığına soğumasını bekleyin ve tüpün contasını açın.

Gelecek filtreleme adımlarının verimliliğini artırmak için karışıma 10 mil diklorometan ekleyebilirsiniz, ancak bu isteğe bağlıdır ve istenirse atlanabilir. Reaksiyona girmemiş paladyum klorür ve benzimidazolyum tuzunu reaksiyon karışımından çıkarmak için kullanılacak bir selit ve silika jel pedini monte etmek için üstü olmayan bir cam filtreleme tüpü kullanın. İlk olarak, tüpün ortasındaki filtrenin üzerinde bir selit tabakası oluşturmak için tüpe dört spatula selit ekleyin.

Ardından, selit tabakasının üzerine dört spatula silika jel ekleyin. Son olarak, silika jel tabakasının üzerine, selit ve silika jel tabakaları filtre ile pamuk tomar arasına sabitlenecek şekilde küçük bir pamuklu tomar sıkın. Reaksiyon karışımını selit ve silika jel pedinden süzmek için, önce reaksiyon karışımını içeren Schlenk tüpünü, Schlenk tüpü pamuklu tomar ile filtreleme tüpünün ucuna bakacak şekilde cam filtreleme tüpüne takın.

Ardından, filtreleme tüpünün diğer ucuna boş bir Schlenk tüpü takın. Boş Schlenk tüpünü vakuma bağlayın ve reaksiyon karışımının sırayla pamuk, silika, kelit ve filtre katmanlarından süzülmesi için cihazı dikkatlice ve kademeli olarak ters çevirin. Reaksiyona girmemiş paladyum klorür ve benzimidazolyum tuzu katmanlarda tutulurken, paladyum n-heterosiklik karben kompleksinizi içeren süzüntü boş Schlenk tüpüne girecektir.

Reaksiyon karışımına diklorometan eklediyseniz, filtreleme tüpünün içinde bir miktar basınca katkıda bulunabilir ve bu, ters çevirme üzerine doldurulmuş Schlenk tüpü ile filtreleme tüpü arasındaki bağlantı parçasından sıvının dışarı sızmasına neden olabilir. Bunu önlemek için, gösterildiği gibi, aparatın ters çevrilmesinden önce boş Schlenk tüpünü vakuma bağlamak önemlidir, böylece ters çevirme üzerine reaksiyon karışımının bağlantı parçasından sızması için yeterli zaman kalmaz. Filtratınızı içeren Schlenk tüpünü yukarıdaki filtreleme aparatından ayırın ve yağlanmış bir tıpa ile kapatın.

Süzüntüdeki çözücüyü vakumla çıkarın. Çözücünün tamamı çıkarıldıktan sonra, Schlenk tüpünün contasını açın ve geride kalan paladyum n-heterosiklik karben kompleksi ürününü yıkamak için 5 mil dietil eter ekleyin. Yıkama yapmak için tüpü hafifçe sallayın.

Yıkama yapıldıktan sonra, tüpün ağzındaki yağı silin ve eteri bir behere boşaltın. Bu yıkama adımını birkaç kez tekrarlayın, beş mil dietil eter ekleyin ve her seferinde boşaltın. Son yıkama adımından sonra, Schlenk tüpünü yağlanmış bir tıpa ile kapatın ve yıkanmış paladyum n-heterosiklik karben kompleks ürününüzü vakumla kurulayın.

Kuruduktan sonra, tüpün ağzındaki gresi silin ve ardından yeniden kristalleştirme yoluyla daha fazla saflaştırma için ürününüzü toplayın. Yeniden kristalleştirme için, spesifik paladyum n-heterosiklik karben kompleksiniz için uygun bir çözücü bulun ve tuzlar için daha önce gösterilen adımların aynısını izleyin. Çözücü, kompleksin oda sıcaklığında kolayca çözünmediği, ancak ısıtıldığında çözündüğü bir çözücü olmalıdır.

Saflaştırmadan sonra, karakterizasyon için kompleksinizi toplayın. Sentezlenen paladyum n-heterosiklik karben kompleksleri sarı veya krem renkli katılardı ve tuzlardan daha düşük verimlere sahipti, %25 ila %60 arasında değişiyordu Dört paladyum kompleksi, arilasyon ve Suzuki-Miyaura çapraz bağlanma reaksiyonlarında katalitik aktivite açısından test edildi. Şimdi, arilasyon reaksiyonlarında sentezlenen komplekslerin katalitik aktivitesini test etmek için genelleştirilmiş yöntem gösterilecektir.

Tüm katalitik reaksiyonları hava altında bir çeker ocakta gerçekleştirin ve satın alınan reaktifleri daha fazla saflaştırmadan kullanın. 25 millik bir Schlenk tüpünü dik olarak sıkıştırın ve içine bir karıştırma çubuğu, iki milimol 2-n-butiliyofen veya 2-n-butilfuran ve seçtiğiniz aril bromürden bir milimol ekleyin. Daha sonra tüpe bir milimol potasyum asetat, seçtiğiniz paladyum n-heterosiklik karben kompleksinden 0.01 milimol ve iki mil n, n-dimetilasetamid ekleyin.

Tüpü yağlanmış bir tıpa ile kapatın ve bir yağ banyosuna yerleştirin. Verilen reaksiyon için maksimum ürün verimine yol açan zaman ve sıcaklık koşullarını bulmak için reaksiyon karışımını çeşitli zamanlarda ve çeşitli sıcaklıklarda karıştırın. Reaksiyon tamamlandığında veya istenen süre boyunca çalıştıktan sonra, gerekirse yardımcı olması için ısı kullanarak reaksiyon karışımındaki çözücüyü vakumla çıkarın.

Schlenk tüpünün contasını açın ve içine 10 mil ila iki mil heksan-dietil eter karışımı ekleyin. Bu çözücü karışımı, ilerleyen adımlarda flaş kolon kromatografisi için mobil fazınız olacaktır. Ürününüzün mobil fazda çözünmesini ve tüp içinde geride kalmamasını sağlamak için karışımı kuvvetlice çalkalayın.

Ürününüzün saflaştırılması için bir flaş kromatografi sütunu monte etmek için bir cam damlalık kullanın. İlk olarak, damlalığın içine küçük bir tomar pamuk yerleştirin ve cam haznenin incelmeye başladığı yerde sıkıca oturana kadar itin. Ardından, damlalığın kalın bölümünün 2/3'ü dolacak şekilde pamuklu tomarın üzerine silika jel ekleyin.

Silika jel kolonunuzu dik olarak sıkıştırın ve reaksiyon karışımınızı yavaş yavaş içine aktarmak için bir cam damlalık kullanın. Karışımınızı kolondan geçirin ve saflaştırılmış ürününüzü içeren eluantı temiz bir beher veya test tüpünde toplayın. Eluantınızı vakuma takılabilen temiz bir tüpe aktarın ve tüpü yağlanmış bir tıpa ile kapatın.

Eluantınızdaki çözücüyü vakumla çıkarın. Çözücünün tamamı çıkarıldıktan sonra, tüpünüzün mührünü açın ve 1,5 mil diklorometan ekleyin. Ürününüzü çözmek için tüpü hafifçe sallayın ve böylece gaz kromatografisi ile analizine izin verin.

Paladyum n-heterosiklik karben komplekslerinin incelenen arilasyon reaksiyonları üzerindeki katalitik etkisi için temsili sonuçlar gösterilmiştir. 2-n-butiliyofen ve 4-bromoasetofenon arasındaki reaksiyon, uygun bir katalizörün yokluğunda arilasyon reaksiyonlarında elde edilen kötü sonuçları vurgulamak için bir örnek olarak verilmiştir. 2-n-butilfuran ve 4-bromoasetofenon arasındaki reaksiyonun katalizi için, kompleks altı iyi bir aday iken, kompleks yedi ve sekizinci kompleksler özellikle iyi performans gösterdi.

Kompleks yedi, 2-n-bütilfuran ve bromobenzen arasındaki reaksiyon için mükemmel bir katalizördü. Artan sıcaklığın bu reaksiyon için verim üzerindeki olumlu etkisi, reaksiyonun uygun bir kompleks tarafından katalize edilmesi durumunda, sıcaklık gibi diğer reaksiyon koşullarının değiştirilmesinin verimi en üst düzeye çıkarmaya yardımcı olabileceğini gösterir. 2-n-butiliyofenin bromobenzen ile reaksiyonu için, kompleks sekiz mükemmel bir katalizördü, 2-n-butiliyofen ve 4-bromoanisolol arasındaki reaksiyon için, kompleks beş bir katalizör olarak oldukça iyi performans gösterdi.

Genel olarak, incelenen arilasyon reaksiyonlarının her biri, sentezlenen dört kompleksten en az biri tarafından iyi bir şekilde katalize edildi. Zaman ve sıcaklık gibi reaksiyon koşullarını değiştirerek bu reaksiyonlar için verim değerlerini potansiyel olarak artırmak için daha fazla çalışma yapılabilir. Şimdi, Suzuki-Miyaura çapraz bağlanma reaksiyonlarında sentezlenen komplekslerin katalitik aktivitesini test etmek için genelleştirilmiş yöntem gösterilecektir.

25 millik bir Schlenk tüpünü dik olarak kelepçeleyin ve içine bir karıştırma çubuğu, 1.5 milimol fenilboronik asit veya seçtiğiniz boronik asit türevi, seçtiğiniz aril klorürden bir milimol ve baz olarak iki milimol sodyum tert-butoksit ekleyin. Daha sonra tüpe seçtiğiniz paladyum n-heterosiklik karben kompleksinden 0.01 milimol ve iki mil ila iki mil DMF-su karışımı ekleyin. Boruyu bir gres tıpası ile kapatın ve bir yağ banyosuna yerleştirin.

Verilen reaksiyon için maksimum ürün verimine yol açan zaman ve sıcaklık koşullarını bulmak için reaksiyon karışımını çeşitli zamanlarda ve çeşitli sıcaklıklarda karıştırın. Reaksiyon tamamlandığında veya istenen süre boyunca çalıştıktan sonra, karışımın oda sıcaklığına soğumasını bekleyin. Schlenk tüpünün mührünü açın ve reaksiyon karışımınıza beş mil ila bir mil heksan-etil asetat karışımı ekleyin.

Tüpü tekrar kapatın ve sentezlenen ürünün heksan-etil asetat fazına geçişine izin vermek için yeni karışımı birkaç dakika kuvvetlice çalkalayın. Schlenk tüpünü dik olarak sıkıştırın ve karışımın birkaç dakika içinde iki farklı faza ayrılmasına izin verin. Üst organik fazı dikkatlice çıkarmak için bir cam damlalık kullanın ve bir gram susuz magnezyum sülfat içeren temiz bir behere aktarın.

Magnezyum sülfat tozu, ekstrakte edilen organik fazınızdan kalan suyun giderilmesine yardımcı olacaktır. Sentezlenmiş ürününüzün ekstraksiyonunu en üst düzeye çıkarmak için tüm ekstraksiyon işlemini en az bir kez tekrarlayın. Ürününüzü flaş kolon kromatografisi ile saflaştırmak için daha önce olduğu gibi bir silika jel kolon monte edin.

Bu sefer, ekstrakte edilmiş organik fazınızda bulunan hekzan-etil asetat karışımı, mobil faz görevi görecektir. Saflaştırılmış ürününüzü içeren eluantı temiz bir beher veya test tüpünde toplayın ve ardından ürününüzü gaz kromatografisi kullanarak analiz edin. Komplekslerin, boronik asit türevleri ve aril klorürler arasındaki incelenen Suzuki-Miyaura reaksiyonları üzerindeki katalitik etkisi değişkendi idi.

Burada amaç, bu reaksiyonların katalizindeki dört kompleksin performansını karşılaştırmaktı. Böylece, incelenen reaksiyonların her biri için diğer reaksiyon koşulları sabit tutuldu. Yani, bir çözücü olarak 2 mil ila 2 mil DMF-su karışımı kullanıldı, baz olarak sodyum tert-butoksit kullanıldı, reaksiyonlar iki saat boyunca çalıştırıldı ve reaksiyon sıcaklığı 80 santigrat derecede tutuldu.

Bu koşullar altında, beş ila yedi komplekslerinin iyi bir aday olduğu kanıtlanırken, kompleks sekiz, 2, 5-dimetoksifenilboronik asit ve 4-metoksi-1-klorobenzen arasındaki reaksiyonun katalizi için iyi performans göstermedi. Bu koşullar altında 4-tert-butilfenilboronik asit ve 4-klorotoluenin reaksiyonu için, dört kompleksin de mükemmel katalizörler olduğu kanıtlandı. Son olarak, tianaften-2-boronik asidin bu koşullar altında 1-kloro-4-nitrobenzen ile reaksiyonu için, beşinci ve altıncı kompleksler katalizörler kadar iyi performans göstermezken, yedi ve sekizinci kompleksler bir miktar umut vaat etti.

Genel olarak, incelenen Suzuki-Miyaura reaksiyonlarının her biri, sentezlenen dört kompleksten en az biri tarafından iyi bir şekilde katalize edildi. Seçilen kompleksin verilen reaksiyonu katalize etmede iyi performans gösterdiği durumlar için, zaman, sıcaklık, çözücü bileşimi ve kullanılan baz gibi reaksiyon koşullarını değiştirerek dönüşüm ve verim değerlerini potansiyel olarak artırmak için daha fazla çalışma yapılabilir. Özetle, bu video, benzimidazolyum tuzlarının ve ardından paladyum n-heterosiklik karben komplekslerinin sentezi ve saflaştırılması için ayrıntılı ve genelleştirilmiş protokolleri göstermiştir.

Video ayrıca, çeşitli arilasyon ve Suzuki-Miyaura çapraz bağlanma reaksiyonlarında komplekslerin katalitik aktivitesini test etmek için ayrıntılı ve genelleştirilmiş protokolleri de göstermiştir. Bu protokollere hakim olduktan sonra, diğer birçok paladyum n-heterosiklik karben kompleksinin katalitik aktivitesinin sentezi, saflaştırılması ve test edilmesi için bunları kolayca uyarlayabilmelisiniz.