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Organic Chemistry II

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n-Titulação de Butílio

Overview

Fonte: Vy M. Dong e Diane Le, Departamento de Química da Universidade da Califórnia, Irvine, CA

Este experimento demonstrará uma técnica simples para titular e obter uma concentração precisa do reagente organolito, n-butyllithium (n-BuLi). Os reagentes organolito são extremamente sensíveis ao ar e à umidade e devem ser tomados cuidados adequados para manter a qualidade do reagente para que ele possa ser usado com sucesso em uma reação. Os experimentos de titulação n-BuLidevem ser realizados regularmente para obter concentrações precisas antes do uso em uma reação química. Posteriormente, demonstraremos a adição do titulado n-BuLiao benzaldeído.

Principles

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Reagentes organolithium são compostos que contêm uma ligação C-Li e são bases muito fortes. Como os organolitos são extremamente sensíveis ao ar e à umidade, deve-se tomar cuidado para lidar com esses reagentes. São sensíveis a ácidos, corrosivos e muitas vezes pirofóricos. n-BuLi, um alquilísio, é tipicamente armazenado a baixas temperaturas (menos de 0 °C) e armazenado como uma solução em hidrocarbonetos como hexanos. N-BuLi pode ser usado como base ou nucleófilo dependendo das condições de reação. Além disso, pode ser usado em reações de troca de halogênio-lítio para gerar reagentes de lítio aryl ou vinil, que podem reagir imediatamente com um eletrófilo. Além disso, n-BuLi é comumente usado como iniciador na polimerização de dienes usados em elastômeros.

Titura é uma técnica analítica quantitativa comum usada para determinar uma concentração desconhecida de um analito adicionando uma concentração conhecida de um titante até que a reação chegue à conclusão, que é indicada por uma mudança de cor. Neste experimento, demonstraremos a titulação de n-BuLie calcularemos sua concentração com ácido difenílacetico como o titante, que é um sólido estável e pode ser facilmente pesado. Após a reação do n-BuLi com ácido difenílacetico, a solução transforma uma cor amarela profunda no ponto final da titulação, e por isso não é necessário um indicador(Figura 1). Medindo o volume preciso de n-BuLi usado para consumir o ácido difenílacetic, podemos calcular a molaridade da reação. Este experimento deve ser repetido três vezes para obter uma medição média.

Figure 1
Figura 1. Reação de n-BuLi com ácido difenílacetico.

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Procedure

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1. Preparação de Titrant

  1. Para um frasco de fundo redondo seco à chama equipado com uma barra de mexida sob n2,adicione ácido difenílacetic (250 mg, 1,18 mmol) e THF anidro (5 mL).

2. Titulação de n-BuLi

  1. Calcule a quantidade aproximada da solução n-BuLi(em hexanos) necessária para consumir o ácido difenílacetic. Usando uma seringa, adicione lentamenteuma solução de n-BuLidropwise. A mistura de reação ficará temporariamente amarela e voltará para uma solução incolor a cada gota.
  2. Continue adicionando a solução de n-BuLi dropwise até que a mistura de reação continue a ser uma cor amarela profunda. Este será o ponto final da reação.
  3. Repita a titulação 3x para obter um volume médio do n-BuLi utilizado.

3. Cálculo da Molaridade

  1. As verrugas de n-BuLiusadas na titulação são equivalentes às verrugas do ácido difenílacetico usado na reação. Uma vez que as verrugas do ácido difenílacetic utilizado são conhecidas, o cálculo da concentração de n-BuLi é dado pela seguinte equação: ácido difenílacetic mmol/mL n-BuLi = molaridade da solução n-BuLi.

4. Adição de n-BuLi ao Benzaldeído(Figura 2)

  1. Para um frasco de fundo redondo seco à chama equipado com uma barra de mexida sob n2,adicione THF anidro (30 mL) e benzaldeído (3 mmol, 1 equiv.). Esfrie a solução para −78 °C.
  2. Adicione n-BuLi (1.1 equiv.) e deixe a reação aquecida à temperatura ambiente.
  3. Adicione nh4cl saturado (aq., 10 mL) para saciar a reação e extrair a camada aquosa com éter dietil (2 x 25 mL).
  4. Lave as camadas orgânicas combinadas com água (2 x 15 mL) e salmoura (1 x 20 mL).
  5. Seque com Na2SO4, filtre e concentre as camadas orgânicas combinadas sob pressão reduzida para pagar o produto.

Figura 2. Adição de n -BuLi ao benzaldeído.

Figure 2

N-butyllithium, abreviado n-BuLi, é um reagente organolito que é frequentemente usado como base forte ou como nucleófilo.

N-butyllithium está comercialmente disponível como uma solução em alkanes como hexano ou heptano. Essas soluções são estáveis quando armazenadas adequadamente, mas ainda se degradam com o envelhecimento e exposição à água ou oxigênio.

Ao usar uma solução n-butílio para preparar di-isopropílamida de lítio, outro tipo de base forte, é essencial que uma quantidade precisa seja usada na reação. Por essa razão, os experimentos de titulação devem ser realizados antes de cada uso.

Este vídeo ilustrará os princípios do n-butyllithium, um procedimento para a titulação de uma solução n-butyllithium e seu uso em uma reação química, e várias aplicações.

N-butílio, uma cadeia de quatro carbonos com uma ligação carbono-lítio em uma extremidade, é usado como uma base brønsted forte e em reações de troca de lítio-halogênio, mas também pode ser usado como um nucleófilo ou como iniciador de polimerização na produção de elastômeros.

Para a maioria dos experimentos, apenas um leve excesso molar de n-butílio deve ser adicionado à mistura de reação. Adicionar pouco reagente resultará em uma reação incompleta, e adicionar um excesso muito grande pode resultar em produtos laterais indesejados. A quantidade precisa de solução n-butílio a ser adicionada é calculada através da realização de um experimento de titulação com ácido difenílaceso.

Agora que discutimos os princípios do n-butílio, vamos olhar para um procedimento para titulação de uma solução n-butílio, e para seu uso em uma reação química.

Primeiro, esfrie à temperatura ambiente um frasco de fundo redondo de 20 mL seco e mexa sob uma atmosfera de nitrogênio, em seguida, adicione ácido difenílacetic e 5 mL de tetrahidrofurano anidra.

Usando uma seringa de vidro graduada de 2 mL equipada com uma agulha, elavide uma solução molar de 2 mL 1,6 de n-butílioem hexanos, que está sob uma atmosfera de nitrogênio. Em seguida, insira a agulha no frasco contendo ácido difenílacetico. Enquanto mexe, adicione a solução n-butílio dropwise ao conteúdo do frasco, que deve ficar amarelo e depois voltar a incolor.

Continue adicionando a solução n-butyllithium até que a cor amarela profunda persista, indicando que o ponto final foi atingido. Observe quanto n-butílio foi adicionado, e divida 1,18, que é o número de milimoles de ácido difenílaces, por este número para calcular a concentração molar real.

Agora que calculamos a concentração real da solução n-butílio, estamos prontos para usá-la em um experimento. Esfrie à temperatura ambiente um frasco de fundo redondo de 100 mL seco à chama e mexa sob uma atmosfera de nitrogênio, em seguida, adicione benzaldeído em 20 mL de tetrahidrofurano anidra. Mexa o conteúdo a -78 graus Celsius em um banho seco de gelo/acetona.

Adicione n-butílio dropwise ao frasco.

Em seguida, usando cromatografia de camada fina, monitore o consumo de benzaldeído. Uma vez que a reação esteja completa, remova o frasco do banho resfriado e permita que ele atinja a temperatura ambiente. Em seguida, adicione 10 mL de cloreto de amônio aquoso saturado para saciar a reação. Em seguida, extraia a camada aquosa duas vezes com 25 meL de éter dietil. Misture as camadas orgânicas e lave duas vezes com 15 mL de água e, em seguida, uma vez com a solução de cloreto de sódio saturado de 15 mL.

Remova os traços de água das camadas orgânicas combinadas adicionando aproximadamente 1 g de sulfato de sódio, depois filtre o sólido e enxágue com éter dietil adicional. Concentre a mistura sob pressão reduzida para obter o produto. Deve ser um líquido incolor na aparência.

Agora que vimos um exemplo de procedimento laboratorial, vamos ver algumas aplicações úteis de n-butílio.

Os elastômeros são um tipo de polímero com propriedades seringueiras, e são úteis para muitos tipos de produtos, incluindo atuadores dielétricos. Uma quantidade catalítica de n-butílio é importante na produção de polibutadieno, por exemplo, por uma adição de Michael a um dos dois grupos de vinil de 1,4-butadieno, e o ânion resultante adicionando a uma segunda molécula de 1,4-butadieno, formando três possíveis produtos de adição.

Vinil e grupos aromáticos em produtos naturais e medicamentos farmacêuticos são muito comuns. Os halidos de vinil e aryl reagem com um equivalente molar de n-butílio em uma troca de lítio-halênio para gerar vinil e aritrítios, que podem deslocar um grupo de saída em um eletrofilme e formar uma nova ligação carbono-carbono.

Outra aplicação comum de n-butílio é como uma base forte de Brønsted para gerar um nucleófilo de carbono. Na síntese de clarinex, uma droga anti-histamínico, dois equivalentes de n-butílio são usados para remover um próton de um derivado picolina, gerando um nucleófilo de carbono, que desloca o grupo de saída em um cloreto de benzila para criar uma nova ligação carbono-carbono. A espécie resultante é então convertida em clarinex em quatro etapas.

Você acabou de assistir a introdução de JoVE para n-Butyllithium Titration e Adição de n-Butyllithium ao Benzaldeído. Agora você deve entender os princípios do n-butílio, como realizar um experimento, e algumas de suas aplicações. Obrigado por assistir!

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Results

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Resultados representativos para a titulação de n-BuLi para Procedimentos 1-3

Etapa do procedimento Cor da mistura de reação
1.1 Incolor
2.1 Amarelo, depois sem cor
2.2 Amarelo profundo
3.1 1,18 mmol ácido difenílacetic/1 mL n-BuLi = 1,18 M n-BuLi em hexanes

Mesa 1. Resultados representativos para procedimentos 1-3.

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Applications and Summary

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Neste experimento, demonstramos como determinar a concentração de uma solução n-BuLi usando ácido difenílacetico. Também realizamos uma reação adicionando n-BuLi ao benzaldeído.

Concentrações precisas de n-BuLisão importantes para sua aplicação bem sucedida em uma série de reações. n-BuLi é comumente usado em reações de troca de lítio-halogênio para preparar reagentes de aritílio ou vinillithium, que podem ser posteriormente usados em reações de formação de vínculoS C-C. Além disso, pode ser usado como base ou nucleófilo, dependendo das condições de reação.

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Transcript

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