Overview
מקור: Vy M. דונג ודיאן לה, המחלקה לכימיה, אוניברסיטת קליפורניה, אירווין, קליפורניה
ניסוי זה ידגים טכניקה פשוטה כדי titrate ולקבל ריכוז מדויק של ריאגנט organolithium, n-butyllithium (n-BuLi). ריאגנטים אורגנוליתיום הם מאוד אוויר- לחות רגישים לחות טיפול נכון יש לנקוט כדי לשמור על איכות ריאגנט, כך שניתן להשתמש בו בהצלחה בתגובה. ניסויי titration n-BuLi צריכים להתבצע באופן קבוע כדי להשיג ריכוזים מדויקים לפני השימוש בתגובה כימית. לאחר מכן, נדגים את התוספת של n-BuLi titrated לבנזלדהיד.
Principles
ריאגנטים אורגנוליתיום הם תרכובות המכילות קשר C−Li והם בסיסים חזקים מאוד. מכיוון שאורגנוליתיום רגיש מאוד לאוויר ולחות, יש לנקוט בזהירות נאותה כדי להתמודד עם ריאגנטים אלה. הם רגישים לחומצות, מאכלים, ולעתים קרובות פירופוריים. n-BuLi, אלקיליתיום, מאוחסן בדרך כלל בטמפרטורות נמוכות (פחות מ -0 °C (50 °F) ומאוחסן כפתרון פחמימנים כגון hexanes. N-BuLiיכול לשמש כבסיס או נוקלאופילי בהתאם לתנאי התגובה. יתר על כן, זה יכול לשמש תגובות החלפת הלוגן-ליתיום כדי ליצור אריל או ויניל ליתיום ריאגנטים, אשר יכול להגיב מיד עם אלקטרופיל. בנוסף, n-BuLi משמש בדרך כלל כיוזם פילמור של דיינס המשמש אלסטומרים.
טיטרציה היא טכניקה אנליטית כמותית נפוצה המשמשת לקביעת ריכוז לא ידוע של ניתוח על ידי הוספת ריכוז ידוע של titrant עד שהתגובה מגיעה להשלמה, אשר מצוין על ידי שינוי צבע. בניסוי זה, אנו להדגים את titration של n-BuLi ולחשב את הריכוז שלה עם חומצה diphenylacetic כמו titrant, שהוא מוצק יציב ניתן לשקול בקלות. עם התגובה של n-BuLi עם חומצה דיפנילאצטית, הפתרון הופך צבע צהוב עמוק בנקודת הסיום של titration, ולכן אין צורך מחוון (איור 1). על ידי מדידת הנפח המדויק של n-BuLi המשמש לצרוך את חומצה diphenylacetic, אנחנו יכולים לחשב את הטוחנת של התגובה. ניסוי זה צריך לחזור על עצמו שלוש פעמים כדי להשיג מדידה ממוצעת.
איור 1. תגובה של n-BuLi עם חומצה דיפנילאצטית.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Procedure
1. הכנת טיטרנט
- לבקבוקון עגול מיובש עם להבה המצויד בחטיף מוקפץ מתחת ל-N2, יש להוסיף חומצה דיפנילאצטית (250 מ"ג, 1.18 מ"מ) ו-THF נטול מים (5 מ"ל).
2. טיטציה של n-BuLi
- חשב את הכמות המשוערת של תמיסתn-BuLi (בהקסנים) הדרושה לצרוך את החומצה הדיפנילאצטית. באמצעות מזרק, לאט להוסיףפתרון של n-BuLi dropwise. תערובת התגובה תהפוך לצהוב באופן זמני ובחזרה לתמיסה חסרת צבע עם כל טיפה.
- המשך להוסיף את הפתרון של n-BuLi dropwise עד שתערובת התגובה תמשיך להישאר בצבע צהוב עמוק. זו תהיה נקודת הסיום של התגובה.
- חזור על טיטציה 3x כדי להשיג נפח ממוצע של n-BuLi בשימוש.
3. חישוב ההולאריות
- השומות של n-BuLi המשמש טיטציה שוות ערך מולים של חומצה דיפנילאצטית המשמשת בתגובה. מאז שומות של חומצה דיפנילאקטית בשימוש ידוע, חישוב הריכוז של n-BuLi ניתן על ידי המשוואה הבאה: חומצה דיפנילאקטי mmol / mL n-BuLi = טוחנת של תמיסת n-BuLi.
4. תוספת של נ-בולאי לבנזלדהיד (איור 2)
- לבקבוקון עגול מיובש עם להבה המצויד בחטיף מוקפץ מתחת ל- N2, הוסיפו THF נטול מים (30 מ"ל) ובנזלדהיד (3 mmol, 1 equiv.). מצננים את הפתרון ל-78 מעלות צלזיוס.
- הוסף n-BuLi (1.1 equiv.) ולתת את התגובה חמה לטמפרטורת החדר.
- הוסף NH4Cl רווי (aq., 10 מ"ל) כדי להרוות את התגובה ולחלץ את השכבה מימית עם אתר diethyl (2 x 25 מ"ל).
- לשטוף את השכבות האורגניות המשולבות עם מים (2 x 15 מ"ל) ומי מלח (1 x 20 מ"ל).
- יבש עם Na2SO4, לסנן, ולרכז את השכבות האורגניות המשולבות תחת לחץ מופחת כדי להרשות לעצמו את המוצר.
איור 2. תוספת של נ-בולאי לבנזלדהיד.
N-butyllithium, מקוצר n-BuLi, הוא ריאגנט אורגנוליתיום המשמש לעתים קרובות כבסיס חזק או כנוקלאופילי.
N-butyllithium זמין מסחרית כפתרון אלקנס כגון hexane או heptane. פתרונות אלה יציבים כאשר הם מאוחסנים כראוי, אך עדיין מתפרקים עם ההזדקנות והחשיפה למים או לחמצן.
בעת שימוש בתמיסת n-butyllithium להכנת ליתיום די-איזופרופילמיד, סוג אחר של בסיס חזק, חיוני כי כמות מדויקת משמשת בתגובה. מסיבה זו, ניסויי טיטריון חייבים להתבצע לפני כל שימוש.
וידאו זה ימחיש את העקרונות של n-butyllithium, הליך עבור titration של n-butyllithiumsolution ושימוש בו בתגובה כימית, וכמה יישומים.
N-butyllithium, שרשרת של ארבעה פחמן עם קשר פחמן-ליתיום בקצה אחד, משמש כבסיס Brønsted חזק בתגובות חילופי ליתיום-הלוגן, אבל יכול לשמש גם כנוקלאופילי או כיוזם פילמור בייצור של elastomers.
עבור רוב הניסויים, רק עודף טחון קל של n-butyllithium חייב להתווסף לתערובת התגובה. הוספת ריאגנט קטן מדי תגרום לתגובה חלקית, והוספת עודף גדול מדי עלולה לגרום למוצרי צד לא רצויים. הכמות המדויקת של תמיסת n-butyllithium להתווסף מחושבת על ידי ביצוע ניסוי טיטריון עם חומצה דיפנילאצטית.
כעת, לאחר שדנו בעקרונות של n-butyllithium, בואו נבחן הליך של טילטציה של תמיסת n-butyllithium, ועל השימוש בו בתגובה כימית.
ראשית, קרירים לטמפרטורת החדר בקבוקון 20 מ"ל מיובש בתחתית עגולה ומערבבים בר תחת אטמוספרת חנקן, ולאחר מכן מוסיפים חומצה דיפנילאצטית ו-5 מ"ל טטרהידרופורן נטול מים.
באמצעות מזרק זכוכית בוגר 2 מ"ל מצויד במחט, לצייר 2 מ"ל 1.6 פתרון טוחן של n- butyllithium בהקסנים, אשר נמצא תחת אטמוספרת חנקן. לאחר מכן הכנס את המחט לתוך הבקבוק המכיל חומצה דיפנילאצטית. תוך כדי ערבוב, מוסיפים את תמיסת n-butyllithium טיפה לתוכן הבקבוקון, אשר צריך להפוך צהוב ולאחר מכן בחזרה חסר צבע.
המשך להוסיף תמיסת n-butyllithium עד שהצבע הצהוב העמוק יימשך, המציין את נקודת הקצה. שים לב כמה n-butyllithium נוספה, ולחלק 1.18, שהוא מספר מילימולים של חומצה דיפנילאצילטית, במספר זה כדי לחשב את הריכוז הטוחן בפועל.
עכשיו, לאחר חישבנו את הריכוז האמיתי של תמיסת n-butyllithium, אנחנו מוכנים להשתמש בו בניסוי. מצננים לטמפרטורת החדר בקבוקון 100 מ"ל מיובש בתחתית עגולה ומערבבים בר תחת אווירת חנקן, ואז מוסיפים בנזלדהיד ב-20 מ"ל טטרהידרופורן נטול מים. מערבבים את התכולה ב-78 מעלות צלזיוס באמבט קרח/אצטון יבש.
הוסף n- butyllithium טיפה לבקבוקון.
לאחר מכן, באמצעות כרומטוגרפיה של שכבה דקה, יש לנטר את צריכת הבנזלדהיד. לאחר השלמת התגובה, להסיר את הבקבוק מהאמבטיה המצוננת ולאפשר לו להגיע לטמפרטורת החדר. לאחר מכן, להוסיף 10 מ"ל רווי אמוניום כלוריד כדי להרוות את התגובה. לאחר מכן לחלץ את השכבה מימית פעמיים עם 25 mL דיאתיל אתר. שלבו את השכבות האורגניות ושטפו פעמיים עם מים של 15 מ"ל ואז פעם אחת עם תמיסת נתרן כלורי רוויה של 15 מ"ל.
הסר עקבות של מים מן השכבות האורגניות המשולבות על ידי הוספת כ 1 גרם של נתרן גופרתי, ולאחר מכן לסנן את מוצק ולשטוף עם אתר diethyl נוסף. מרכזים את התערובת תחת לחץ מופחת כדי להשיג את המוצר. זה צריך להיות נוזל חסר צבע במראה.
עכשיו שראינו הליך מעבדה לדוגמה, בואו נראה כמה יישומים שימושיים של n-butyllithium.
אלסטומרים הם סוג של פולימר בעל תכונות דמויי גומי, והם שימושיים עבור סוגים רבים של מוצרים, כולל מפעילים דיאלקטריים. כמות קטליטית של n-butyllithium חשוב בייצור של polybutadiene, למשל, על ידי תוספת מיכאל לאחת משתי קבוצות ויניל של 1,4-butadiene, ואת anion וכתוצאה מכך להוסיף מולקולה שנייה של 1,4-butadiene, יצירת שלושה מוצרים תוספת אפשרית.
ויניל וקבוצות ארומטיות במוצרים טבעיים ותרופות נפוצים מאוד. ויניל וארל הלידס מגיבים עם שווה ערך טבוח של n-butyllithium בחילופי ליתיום-הלוגן כדי ליצור ויניל וארליתיום, אשר יכול לעקור קבוצה עוזב באלקטרופיל וליצור קשר פחמן-פחמן חדש.
יישום נפוץ נוסף של n-butyllithium הוא כבסיס Brønsted חזק כדי ליצור נוקלאופילי פחמן. בסינתזה של קלרינקס, תרופה אנטיהיסטמין, שתי מקבילות של n-butyllithium משמשים להסרת פרוטון מנגזרת פיקולין, יצירת נוקלאופילי פחמן, אשר מזיז את הקבוצה העוזבת בנזיל כלוריד כדי ליצור קשר פחמן-פחמן חדש. המינים המתקבלים מומרים לקלרינטוס בארבעה שלבים.
הרגע צפית בהקדמה של ג'וב לבוטיליתיום טיטריון ותוספת של נ-בוטליתיום לבנזלדהיד. עכשיו אתה צריך להבין את העקרונות של n-butyllithium, איך לבצע ניסוי, וכמה יישומים שלה. תודה שצפיתם!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
תוצאות מייצגות עבור titration של n-BuLi עבור נהלים 1-3
| שלב הליך | צבע תערובת התגובה |
| 1.1 | חסר צבע |
| 2.1 | צהוב, ואז חסר צבע |
| 2.2 | צהוב עמוק |
| 3.1 | 1.18 חומצה דיפנילאצטית מ"ל/1 מ"ל n-BuLi = 1.18 M n-BuLi בהקסנים |
טבלה 1. תוצאות מייצגות עבור נהלים 1-3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
בניסוי זה, הדגמנו כיצד לקבוע את הריכוז של תמיסת n-BuLi באמצעות חומצה דיפנילאצטית. ביצענו גם תגובה על ידי הוספת n-בוליד בנזלדהיד.
ריכוזים מדויקים של n-BuLi חשובים ליישום המוצלח שלה במספר תגובות. n-BuLi משמש בדרך כלל תגובות חילופי ליתיום-הלוגן להכין אריליתיום או ריאגנטים ויניליתיום, אשר ניתן להשתמש לאחר מכן בתגובות ליצירת קשר C-C. יתר על כן, זה יכול לשמש כבסיס או נוקלאופילי, בהתאם לתנאי התגובה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
