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Organic Chemistry II

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n-Butillitio Titolazione

Overview

Fonte: Vy M. Dong e Diane Le, Dipartimento di Chimica, Università della California, Irvine, CA

Questo esperimento dimostrerà una semplice tecnica per titolare e ottenere una concentrazione accurata del reagente organolitico, n-butillitio (n-BuLi). I reagenti organolitici sono estremamente sensibili all'aria e all'umidità e devono essere prestate la dovuta attenzione per mantenere la qualità del reagente in modo che possa essere utilizzato con successo in una reazione. Gli esperimenti di titolazione n-BuLidevono essere eseguiti regolarmente per ottenere concentrazioni accurate prima dell'uso in una reazione chimica. Successivamente, dimostreremo l'aggiunta del titolo n-BuLi alla benzaldeide.

Principles

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I reagenti organolitici sono composti contenenti un legame C-Li e sono basi molto forti. Poiché gli organoliti sono estremamente sensibili all'aria e all'umidità, è necessario prestare particolare attenzione alla gestione di questi reagenti. Sono sensibili agli acidi, corrosivi e spesso pirofori. n-BuLi, un alchilitio, viene tipicamente conservato a basse temperature (meno di 0 °C) e conservato come soluzione in idrocarburi come gli esani. N-BuLipuò essere usato come base o nucleofilo a seconda delle condizioni di reazione. Inoltre, può essere utilizzato in reazioni di scambio alogeno-litio per generare reagenti al litio arile o vinilico, che possono reagire immediatamente con un elettrofilo. Inoltre, n-BuLi è comunemente usato come iniziatore nella polimerizzazione dei dieni utilizzati negli elastomeri.

La titolazione è una tecnica analitica quantitativa comune utilizzata per determinare una concentrazione sconosciuta di un analita aggiungendo una concentrazione nota di un titolante fino al completamento della reazione, che è indicata da un cambiamento di colore. In questo esperimento, dimostreremo la titolazione di n-BuLie calcoleremo la sua concentrazione con acido difenilacetico come titolante, che è un solido stabile e può essere facilmente pesato. Dopo la reazione dell'n-BuLicon l'acido difenilacetico, la soluzione diventa di un colore giallo intenso nel punto finale della titolazione, e quindi non è necessario un indicatore ( Figura1). Misurando il volume preciso di n-BuLi utilizzato per consumare l'acido difenilacetico, possiamo calcolare la molarità della reazione. Questo esperimento dovrebbe essere ripetuto tre volte per ottenere una misurazione media.

Figure 1
Figura 1. Reazione di n-BuLi con acido difenilacetico.

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Procedure

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1. Preparazione del titolante

  1. In un matraccio a fondo tondo essiccato a fiamma munito di una barra di agitazione inferiore a N2, aggiungere acido difenilacetico (250 mg, 1,18 mmol) e THF anidro (5 ml).

2. Titolazione di n-BuLi

  1. Calcolare la quantità approssimativa di soluzione di n-BuLi (in esani) necessaria per consumare l'acido difenilacetico. Usando una siringa, aggiungere lentamenteuna soluzione di n-BuLi dropwise. La miscela di reazione diventerà temporaneamente gialla e tornerà a una soluzione incolore ad ogni goccia.
  2. Continuare ad aggiungere la soluzione di n-BuLi a goccia fino a quando la miscela di reazione continua a rimanere di un colore giallo intenso. Questo sarà il punto finale della reazione.
  3. Ripetere la titolazione 3x per ottenere un volume medio degli n-BuLiutilizzati.

3. Calcolo della molarità

  1. Le moli di n-BuLi utilizzate nella titolazione sono equivalenti alle moli di acido difenilacetico utilizzate nella reazione. Poiché le moli dell'acido difenilacetico utilizzate sono note, il calcolo della concentrazione di n-BuLiè dato dalla seguente equazione: mmol acido difenilacetico/mL n-BuLi = molarità della soluzione n-BuLi.

4. Aggiunta di n-BuLialla benzaldeide ( Figura2)

  1. In un matraccio a fondo tondo essiccato a fiamma dotato di una barra di agitazione inferiore a N2, aggiungere THF anidro (30 ml) e benzaldeide (3 mmol, 1 equiv.). Raffreddare la soluzione a -78 °C.
  2. Aggiungere n-BuLi (1,1 equiv.) e lasciare che la reazione sia calda a temperatura ambiente.
  3. Aggiungere NH4Cl saturo (aq., 10 mL) per spegnere la reazione ed estrarre lo strato acquoso con etere etilico (2 x 25 mL).
  4. Lavare gli strati organici combinati con acqua (2 x 15 ml) e salamoia (1 x 20 ml).
  5. Asciugare con Na2SO4,filtrare e concentrare gli strati organici combinati a pressione ridotta per permettersi il prodotto.

Figura 2. Aggiunta di n-BuLi alla benzaldeide.

Figure 2

N-butillitio, abbreviato n-BuLi, è un reagente organolitico che viene spesso usato come base forte o come nucleofilo.

N-butillitio è disponibile in commercio come soluzione in alcani come l'esano o l'eptano. Queste soluzioni sono stabili se conservate correttamente, ma si degradano ancora con l'invecchiamento e l'esposizione all'acqua o all'ossigeno.

Quando si utilizza una soluzione di n-butillitio per preparare la di-isopropilammide di litio, un altro tipo di base forte, è essenziale che nella reazione venga utilizzata una quantità precisa. Per questo motivo, gli esperimenti di titolazione devono essere eseguiti prima di ogni utilizzo.

Questo video illustrerà i principi dell'n-butillitio, una procedura per la titolazione di una soluzionen-butillitio e il suo utilizzo in una reazione chimica, e diverse applicazioni.

N-butillitio, una catena a quattro atomi di carbonio con un legame carbonio-litio a un'estremità, è usato come una forte base di Brønsted e nelle reazioni di scambio litio-alogeno, ma può anche essere usato come nucleofilo o come iniziatore di polimerizzazione nella produzione di elastomeri.

Per la maggior parte degli esperimenti, solo un leggero eccesso molare di n-butillitio deve essere aggiunto alla miscela di reazione. L'aggiunta di troppo poco reagente comporterà una reazione incompleta e l'aggiunta di un eccesso troppo grande potrebbe causare prodotti collaterali indesiderati. La quantità precisa di n-butillizio soluzione da aggiungere viene calcolata eseguendo un esperimento di titolazione con acido difenilacetico.

Ora che abbiamo discusso i principi di n-butillitio, diamo un'occhiata a una procedura per la titolazione di una soluzione di n-butillitio e per il suo uso in una reazione chimica.

In primo luogo, raffreddare a temperatura ambiente un matraccio a fondo tondo da 20 mL essiccato a fiamma e mescolare la barra sotto un'atmosfera di azoto, quindi aggiungere acido difenilacetico e 5 ml di tetraidrofurano anidro.

Utilizzando una siringa di vetro graduata da 2 mL dotata di ago, aspirare 2 mL 1,6 di soluzione molare di n-butillitio in esani, che si trova in atmosfera di azoto. Quindi inserire l'ago nel pallone contenente acido difenilacetico. Mentre si mescola, aggiungere la soluzione di n-butillitio a goccia al contenuto del pallone, che dovrebbe ingiallire e poi tornare incolore.

Continuare ad aggiungere n-butillitio soluzione fino a quando il colore giallo intenso persiste, indicando che il punto finale è stato raggiunto. Si noti quanto n-butillitio è stato aggiunto e dividere 1,18, che è il numero di millimoli di acido difenilacetico, per questo numero per calcolare la concentrazione molare effettiva.

Ora che abbiamo calcolato la concentrazione effettiva della soluzione di n-butillizio, siamo pronti per usarla in un esperimento. Raffreddare a temperatura ambiente un matraccio da 100 mL a fondo tondo essiccato a fiamma e mescolare la barra in un'atmosfera di azoto, quindi aggiungere benzaldeide in 20 ml di tetraidrofurano anidro. Mescolare il contenuto a -78 gradi Celsius in un bagno di ghiaccio secco / acetone.

Aggiungere n-butillitio a goccia al matraccio.

Quindi, utilizzando la cromatografia a strato sottile, monitorare il consumo di benzaldeide. Una volta completata la reazione, togliere il matraccio dal bagno refrigerato e lasciarlo raggiungere la temperatura ambiente. Quindi, aggiungere 10 ml di cloruro di ammonio acquoso saturo per spegnere la reazione. Quindi estrarre lo strato acquoso due volte con 25 ml di etere etilico. Unire gli strati organici e lavare due volte con 15 ml di acqua, quindi una volta con 15 ml di soluzione satura di cloruro di sodio.

Rimuovere le tracce di acqua dagli strati organici combinati aggiungendo circa 1 g di solfato di sodio, quindi filtrare il solido e risciacquare con ulteriore etere etilico. Concentrare la miscela a pressione ridotta per ottenere il prodotto. Dovrebbe essere un liquido incolore in apparenza.

Ora che abbiamo visto un esempio di procedura di laboratorio, vediamo alcune applicazioni utili di n-butillitio.

Gli elastomeri sono un tipo di polimero con proprietà simili alla gomma e sono utili per molti tipi di prodotti, compresi gli attuatori dielettrici. Una quantità catalitica di n-butillitio è importante nella produzione di polibutadiene, ad esempio, da un'aggiunta di Michael a uno dei due gruppi vinilici di 1,4-butadiene, e l'anione risultante che si aggiunge a una seconda molecola di 1,4-butadiene, formando tre possibili prodotti di addizione.

I gruppi vinilici e aromatici nei prodotti naturali e nei farmaci sono molto comuni. Gli alogenuri di vinile e arilici reagiscono con un equivalente molare di n-butillitio in uno scambio litio-alogeno per generare vinili e arilliti, che possono spostare un gruppo di partenza in un elettrofilo e formare un nuovo legame carbonio-carbonio.

Un'altra applicazione comune di n-butillitio è come una forte base di Brønsted per generare un nucleofilo di carbonio. Nella sintesi del clarinex, un farmaco antistaminico, due equivalenti di n-butillitio vengono utilizzati per rimuovere un protone da un derivato della picolina, generando un nucleofilo di carbonio, che sposta il gruppo di partenza in un cloruro di benzile per creare un nuovo legame carbonio-carbonio. La specie risultante viene quindi convertita in clarinex in quattro passaggi.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE a n-Butyllithium Titration e l'aggiunta di n-Butyllithium alla benzaldeide. Ora dovresti capire i principi di n-butillitio, come eseguire un esperimento e alcune delle sue applicazioni. Grazie per l'attenzione!

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Results

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Risultati rappresentativi per la titolazione di n -BuLi per le procedure 1-3

Fase della procedura Colore della miscela di reazione
1.1 Senza colore
2.1 Giallo, poi incolore
2.2 Giallo intenso
3.1 1,18 mmol di acido difenilacetico/1 mL n-BuLi = 1,18 M n-BuLi negli esani

Tabella 1. Risultati rappresentativi per le procedure 1-3.

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Applications and Summary

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In questo esperimento, abbiamo dimostrato come determinare la concentrazione di una soluzione n-BuLiutilizzando acido difenilacetico. Abbiamo anche eseguito una reazione aggiungendo n-BuLi alla benzaldeide.

Concentrazioni accurate di n-BuLi sono importanti per la sua applicazione di successo in una serie di reazioni. n-BuLiè comunemente usato nelle reazioni di scambio litio-alogeno per preparare reagenti di arillizio o vinilitio, che possono essere successivamente utilizzati nelle reazioni di formazione del legame C-C. Inoltre, può essere utilizzato come base o nucleofilo, a seconda delle condizioni di reazione.

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Transcript

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