Overview
Fuente: Vy M. Dong y Diane Le, Departamento de química, Universidad de California, Irvine, CA
Este experimento hará una demostración de una técnica sencilla para valorar y obtener una concentración exacta de los reactivos organolíticos, n- butil (n- BuLi). Reactivos organolíticos son extremadamente sensibles al aire y humedad y debe tener cuidado apropiado para mantener la calidad del reactivo que puede ser utilizado con éxito en una reacción. N- BuLi experimentos de titulación se deben realizar regularmente para obtener antes las concentraciones exactas del uso en una reacción química. Posteriormente, demostramos la adición de la valorada n- BuLi a benzaldehído.
Principles
Reactivos organolíticos son compuestos que contienen un enlace de C−Li y bases muy fuertes. Porque organolithiums son extremadamente aire y humedad-sensible, apropiada debe tener cuidado al manejar los reactivos. Son sensibles a los ácidos, corrosivos y con frecuencia pirofóricos. n- BuLi, un alkyllithium, típicamente se almacena a bajas temperaturas (menos de 0 ° C) y como una solución en hidrocarburos como hexanes. N- BuLi puede utilizarse como base o nucleófilo dependiendo de las condiciones de reacción. Además, puede ser utilizado en reacciones de intercambio de halógeno-litio para generar reactivos de litio de arilo o de vinilo, que pueden reaccionar inmediatamente con un electrófilo. Además, n- BuLi es comúnmente utilizado como un iniciador en la polimerización de dienos en elastómeros.
Valoración es una técnica analítica cuantitativa común utilizada para determinar una concentración desconocida de un analito mediante la adición de una concentración conocida de una titulación hasta que la reacción llegue a terminar, que es indicado por un cambio de color. En este experimento vamos a demostrar la valoración de n -BuLi y calcular su concentración con el ácido diphenylacetic como el titrant, que es un sólido estable y puede ser fácilmente pesado. Reacción de n- BuLi con diphenylacetic ácido, la solución da un color amarillo intenso en el punto final de la valoración, y así que no es un indicador necesario (figura 1). Midiendo el volumen exacto de n- BuLi solía consumir el ácido diphenylacetic, podemos calcular la molaridad de la reacción. Este experimento debe repetirse tres veces para obtener una medida promedio.
Figura 1. Reacción de n- BuLi con ácido diphenylacetic.
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Procedure
1. preparación del titulador
- A un matraz de fondo redondo llama seca equipado con una barra de agitación bajo N2, añadir el ácido diphenylacetic (250 mg, 1,18 mmol) y THF anhidro (5 mL).
2. valoración de n- BuLi
- Calcular la cantidad aproximada de solución de n- BuLi (en hexanes) necesitan consumir el ácido diphenylacetic. Utilizando una jeringa, añadir lentamenteuna solución de n- BuLi gota a gota. La mezcla de reacción se amarillear temporalmente y volver a una solución descolorida con cada gota.
- Continúe agregando la solución de n- BuLi gota a gota hasta que la mezcla de reacción continúa permanezca un color amarillo intenso. Este será el punto final de la reacción.
- Repetir la valoración 3 x para obtener un volumen promedio de n- BuLi utilizado.
3. cálculo de la molaridad
- Los moles de n- BuLi en la valoración son equivalentes a los moles de ácido diphenylacetic utilizado en la reacción. Desde las moles de diphenylacetic ácido utilizado es conocido, el cálculo de la concentración de n- BuLi es dada por la siguiente ecuación: mmol de ácido/mL diphenylacetic n- BuLi = molaridad de la solución de n- BuLi.
4. adición de n- BuLi a benzaldehído (figura 2)
- A un matraz de fondo redondo llama seca equipado con una barra de agitación bajo N2, añadir THF anhidro (30 mL) y benzaldehído (3 mmol, 1 equiv). Enfriar la solución a 78 ° C.
- Añadir n- BuLi (1.1 equivalente) y la reacción caliente a la temperatura ambiente.
- Añadir saturada de NH4Cl (AQ., 10 mL) para calmar la reacción y extraer la capa acuosa con éter dietílico (2 x 25 mL).
- Lavar las capas orgánicas combinadas con agua (2 x 15 mL) y salmuera (1 x 20 mL).
- Seco con Na24, filtrar y concentrar las capas orgánicas combinadas bajo redujo la presión para producir el producto.
Figura 2. Adición de n - BuLi a benzaldehído.
N- butil, abreviado n- BuLi, es un reactivo de organolitio que con frecuencia se utiliza como una base fuerte o como un nucleófilo.
N- butil está comercialmente disponible como una solución en alkanes como hexano o heptano. Estas soluciones son estables cuando está almacenada correctamente, pero todavía se degradan al envejecimiento y la exposición al agua o al oxígeno.
Cuando se utiliza una solución de n- butil para preparar di-isopropylamide de litio, otro tipo de base fuerte, es esencial que una cantidad precisa se utiliza en la reacción. Por esta razón, los experimentos de titulación deben realizarse antes de cada uso.
Este video ilustra los principios de la n- butil, un procedimiento para la valoración de un n- butyllithiumsolution y su uso en una reacción química y varias aplicaciones.
N- butil, una cadena de cuatro carbonos con un bono de carbono de litio en un extremo, se utiliza como una base de Brønsted fuerte y en reacciones de intercambio de halógeno de litio, pero también puede utilizarse como un nucleófilo o un iniciador de polimerización en la producción de elastómeros .
Para la mayoría de los experimentos, sólo un ligero exceso molar de n- butil debe agregarse a la mezcla de reacción. Agregar muy poco reactivo resultará en una reacción incompleta, y añadiendo también un exceso puede resultar en productos secundarios no deseados. La cantidad exacta de solución de n- butil añadir se calcula realizando un experimento de titulación con ácido diphenylacetic.
Ahora que hemos discutido los principios de la n- butil, echemos un vistazo a un procedimiento para la valoración de una solución de n- butil y para su uso en una reacción química.
Primero, enfriar a temperatura ambiente un matraz de fondo redondo de 20-mL secado al fuego y barra de agitación bajo atmósfera de nitrógeno, luego agregar el ácido diphenylacetic y 5 mL tetrahidrofurano anhidro.
Utilizando una jeringa de vidrio graduada de 2 mL con una aguja, elaborar 2 mL 1.6 solución molar de n- butil en hexanes, bajo atmósfera de nitrógeno. A continuación inserte la aguja en el frasco que contiene ácido diphenylacetic. Removiendo, añadir gota a gota la solución de n- butil al contenido del frasco, que amarillo y luego de vuelta a incoloro.
Continuar agregando solución de n- butil hasta que el color amarillo persiste, indicando que se ha alcanzado el punto final. Tenga en cuenta cuánto n- butil ha añadido y dividir 1.18, que es el número de milimoles de ácido diphenylacetic, por este número para calcular la concentración molar real.
Ahora que hemos calculado la concentración real de solución de n- butil, estamos listos para utilizar en un experimento. Enfriar a temperatura ambiente un matraz de fondo redondo de 100 mL seco de llama y barra de agitación bajo atmósfera de nitrógeno, luego añadir benzaldehído en 20 mL tetrahidrofurano anhidro. Revuelva el contenido a-78 grados Celsius en un baño de hielo seco/acetona.
Añadir n- butil gota a gota al matraz.
Luego, utilizando cromatografía en capa fina, monitor benzaldehído consumo. Una vez completada la reacción, retirar el matraz del baño frío y permita que alcance la temperatura ambiente. A continuación, añadir 10 mL saturada de cloruro de amonio acuoso para calmar la reacción. Luego extraiga la capa acuosa dos veces con 25 mL de éter de dietilo. Combinar las capas orgánicas y lavado dos veces con 15 mL de agua entonces una vez con 15 mL cloruro de sodio solución saturada.
Eliminar restos de agua de las capas orgánicas combinadas agregando aproximadamente 1 g de sulfato de sodio, entonces el filtro fuera del sólido y enjuague con éter dietílico adicional. Concentrar la mezcla bajo presión reducida para obtener el producto. Debe ser un líquido incoloro de aspecto.
Ahora que hemos visto un ejemplo de procedimiento de laboratorio, vamos a ver algunas aplicaciones útiles de n- butil.
Elastómeros son un tipo de polímero de caucho con propiedades y son útiles para muchos tipos de productos, incluyendo actuadores dieléctricos. Es importante en la producción de polibutadieno, por ejemplo, por una adición de Michael con uno de los grupos de dos vinilo de 1, 4-butadieno y el anión resultante agregando a una segunda molécula de 1, 4-butadieno, formando una cantidad catalítica de n- butil tres productos de adición posible.
Los grupos vinilo y aromático en productos naturales y medicamentos farmacéuticos son muy comunes.
Otra aplicación común de n- butil es como una base de Brønsted fuerte para generar un Nucleófilo de carbono. En la síntesis de clarinex, un medicamento antihistamínico, dos equivalentes de n- butil se utilizan para quitar un protón de un derivado picoline, generando un Nucleófilo de carbono, que desplaza el grupo dejando en un cloruro de bencilo para crear un nuevo bonos de carbono. La especie resultante se convierte entonces en clarinex en cuatro pasos.
Sólo ha visto la introducción del JoVE n- butil titulación y adición de n-butil a benzaldehído. Ahora debe entender los principios de la n- butil, cómo realizar un experimento y algunas de sus aplicaciones. ¡Gracias por ver!
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Results
Resultados representativos para la valoración de n- BuLi procedimientos 1-3
| Procedimiento paso | Color de la mezcla de reacción |
| 1.1 | Descolorido |
| 2.1 | Entonces incoloro, amarillo |
| 2.2 | Amarillo profundo |
| 3.1 | 1.18 mmol diphenylacetic ácido/1 mL n- BuLi = 1,18 M n- BuLi en hexanes |
Tabla 1. Resultados representativos para procedimientos 1–3.
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Applications and Summary
En este experimento, hemos demostrado cómo determinar la concentración de una solución de n- BuLi con ácido diphenylacetic. También hemos realizado una reacción mediante la adición de n- BuLi a benzaldehído.
Las concentraciones exactas de n- BuLi son importantes para su aplicación exitosa en una serie de reacciones. n- BuLi se utiliza comúnmente en reacciones de intercambio de halógeno de litio para preparar reactivos de aryllithium o vinyllithium, que pueden ser utilizados posteriormente en enlace C-C formando reacciones. Además, puede ser utilizado como base o nucleófilo, dependiendo de las condiciones de reacción.
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