Raggiungimento di pressioni Moderate in vasi sigillati utilizzando ghiaccio secco come una fonte di solido CO2

Summary

Qui presentiamo un protocollo per l’esecuzione di reazioni in recipienti di reazione semplice sotto basse a moderate pressioni di CO₂. Le reazioni possono essere eseguite in una varietà di navi semplicemente amministrando l’anidride carbonica sotto forma di ghiaccio secco, senza la necessità di attrezzature costose o elaborata o set-up.

Abstract

Qui è presentato una strategia generale per eseguire reazioni sotto lieve a moderata CO₂ pressioni con ghiaccio secco. Questa tecnica previene l’esigenza di attrezzature specializzate raggiungere pressioni modeste e può essere utilizzata anche per raggiungere pressioni più elevate in attrezzature più specializzate e più robusti recipienti di reazione. Alla fine della reazione, le fiale possono essere facilmente depressurizzate aprendo a temperatura ambiente. Nell’esempio presente CO₂ funge da un presunto gruppo dirigente così come un modo per passivare substrati di ammina, impedendo l’ossidazione durante la reazione organometallica. Oltre ad essere facilmente aggiunto, il gruppo dirigente viene rimosso anche sotto vuoto, prevenente l’esigenza di vasta purificazione rimuovere il gruppo dirigente. Questa strategia permette la facile arilazione γ-C(sp³)-H di ammine alifatiche e ha il potenziale per essere applicato ad una varietà di altre reazioni dell’ammina-basato.

Introduction

L’uso di composti gassosi nelle reazioni chimiche in genere richiede attrezzature specializzate e procedure^1,2. A bilancia da banco, alcuni gas possono essere aggiunti direttamente da un serbatoio usando un regolatore di alta pressione³. Un metodo alternativo è quello di condensare il gas in condizioni criogeniche^4,5. Anche se utile, queste strategie richiedono l’uso di reattori a pressione specializzati con valvole, che possono essere il costo proibitivo per l’esecuzione di numerose reazioni in parallelo. Di conseguenza questo può notevolmente rallentare il tasso al quale reazione procedere con lo screening. Di conseguenza, chimici hanno trovato opportuno introdurre questi composti utilizzando metodi alternativi. Ammoniaca può essere aggiunto a reazioni utilizzando sali di ammonio diversi carbossilato, approfittando del debole equilibrio tra questi sali e ammoniaca libera⁶. Idrogenazione di trasferimento è una strategia importante per le reazioni di riduzione di olefine, carbonilico e gruppi nitro che elude l’uso di gas di idrogeno infiammabile con composti come formiato di ammonio o idrazina come elementi portanti di H₂⁷. Un altro gas di interesse in questa zona è il monossido di carbonio⁸ -CO può essere generato in situ di liberazione da metallo carbonilici complessi^9,10, o in alternativa può essere generato dal decarbonylation da fonti quali formiati e formamides^11,12,13 o cloroformio^14,15.

Un gas che non ha goduto di sviluppo significativo in questo senso è anidride carbonica¹⁶. Una ragione di questo è che molte trasformazioni che coinvolgono CO₂ inoltre richiedono pressioni e temperature elevate e quindi automaticamente sono relegate a reattori specializzati^17,18. I recenti sforzi per sviluppare catalizzatori più reattivi, tuttavia, hanno facilitato in esecuzione molte di queste reazioni sotto pressioni atmosferiche di CO₂^19,20,21,22. Abbiamo recentemente scoperto una reazione in cui anidride carbonica potrebbe essere utilizzato per mediare il γ-C (sp³) – H arilazione di ammine alifatiche²³. Questa strategia era previsto per combinare i vantaggi di un approccio statico gruppo dirigente cui ammide^{24,25,26,27,28}, sulfamidico ^{29 , 30 , 31 , 32}, tiocarbonile^33,34o idrazone³⁵-basato dirigere gruppi (robustezza chimica), con la facilità di un gruppo dirigente temporanei (passaggio in diminuzione economia)^{36, 37,38,39}.

Anche se la reazione potrebbe verificarsi sotto pressione atmosferica di CO₂, la necessità di un set-up di Schlenk alle reazioni di schermo si dimostrò eccessivamente lento. Inoltre, aumentando la pressione leggermente portata a migliorato rendimenti di reazione, ma non poteva essere raggiunti facilmente utilizzando una linea di Schlenk. Abbiamo quindi cercato una strategia alternativa, e successivamente identificato quel ghiaccio secco potrebbe essere facilmente utilizzato come una solida fonte di CO₂ che può essere aggiunto a una varietà di recipienti di reazione per introdurre la quantità necessaria di biossido di carbonio per raggiungere moderato pressioni (Figura 1). Anche se sottoutilizzato in sintesi, una simile strategia è abbastanza comune come un metodo per generare liquido CO₂ per estrazione e cromatografia applicazioni^{40,41,42,43, 44}. Utilizzando questa strategia ha permesso che il nostro gruppo a rapidamente schermo tantissimi reazioni in parallelo, mentre la capacità di accesso moderato CO₂ pressioni di tra 2-20 atmosfere sono stati fondamentale per migliorare i rendimenti delle reazioni. In queste condizioni, sia primario (1°) e ammine secondarie (2°) possono essere arylated con elettroni ricchi e alogenuri arilici povero elettrone.

Protocol

Attenzione: 1) i seguenti protocolli sono stati ritenuti sicuri attraverso prove ripetute. Tuttavia, si consiglia cautela quando tenuta fiale, durante la reazione, e soprattutto quando le reazioni di apertura, come disomogeneità nella reazione fiale possono condurre a guasto di apparecchiatura. Flaconcini devono essere ispezionati per prima difetti fisici dell’uso. Flaconcini devono essere posizionate dietro qualche forma di scudo o fusciacca cappuccio immediatamente dopo di tenuta per evitare incidenti se le fiale non …

Representative Results

A seguito di questi protocolli, è possibile caricare un flaconcino di reazione con un’appropriata quantità di anidride carbonica per ottenere reazioni chimiche che richiedono CO2 atmosfere. La pressione raggiunta nel passaggio 1 è calcolata per essere di circa 3 atmosfere (Vedi la discussione per la determinazione del valore), anche se a causa della parziale solvatazione, pressione osservata è nelle vicinanze di 2 atmosfere a temperatura ambiente e dovrebbe essere circa 2,6…

Discussion

Utilizzo di van der Waals equazione di stato, la pressione approssimativa di questi sistemi può essere calcolato⁴⁵

EQ. 1:

Le condizioni nel protocollo n. 1, possiamo supporre 26,3 mg di CO₂ dà n = 5,98 x 10^-4 moli

Seco…

Materials

7.5 mL Sample Vial with Screw Cap (Thermoset)	Qorpak	GLC-00984	Can be reused.
40 mL Sample Vial with Screw Cap (Thermoset)	Qorpak	GLC-01039	Can be reused.
Pressure Tube, #15 Thread, 7" Long, 25.4 mm O.D.	Ace Glass	8648-06	Can be reused.
Pie-Block for 2 Dram Vials	ChemGlass	CG-1991-P14	Can be reused.
Pie-Block for 10 Dram Vials	ChemGlass	CG-1991-P12	Can be reused.
3.2 mm PTFE Disposable Stir Bars	Fisher	14-513-93	Can be reused.
C-MAG HS 7 Control Hotplate	IKA	20002695
Analytical Weighing Balance	Sartorius	QUINTIX2241S
Double-Ended Micro-Tapered Spatula	Fisher Scientific	21-401-10
Hei-VAP Advantage – Hand Lift Model with G5 Dry Ice Condenser Rotary Evaporator	Heidolph	561-01500-00
Bump Trap 14/20 Joint	ChemGlass	CG-1322-01
tert-Amyl amine	Alfa Aesar	B24639-14	Used as received.
2-Methyl-N-(3-methylbenzyl)butan-2-amine	N/A	N/A	Prepared from reductive amination of tert-amyl amine and 3-tolualdehyde in the presence of sodium borohydride in methanol.
Palladium Acetate	Chem-Impex International, Inc.	4898	Used as received.
Silver Trifluoroacetate	Oakwood Chemicals	007271	Used as received.
Phenyl Iodide	Oakwood Chemicals	003461	Used as received.
Acetic Acid	Fisher Chemical	A38	Used as received.
1,1,1,3,3,3-Hexafluoroisopropanol	Oakwood Chemicals	003409	Used as received.
Deionized Water			Obtained from in-house deionized water system.
Dry Ice	Carbonic Enterprises Dry Ice Inc.		Non-food grade dry ice.
Concentrated Hydrochloric Acid	Fisher Chemical	A144SI	Diluted to a 1.2 M solution prior to use.
Diethyl Ether, Certified	Fisher Chemical	E138	Used as received.
Hexanes, Certified ACS	Fisher Chemical	H292	Used as received.
Saturated Ammonium Hydroxide	Fisher Chemical	A669	Used as received.
Dichloromethane	Fisher Chemical	D37	Used as received.
Sodium Sulfate, Anhydrous	Oakwood Chemicals	044702	Used as received.
250 mL Separatory Funnel			Prepared in-house by staff glassblower.
100 mL Round Bottom Flask			Prepared in-house by staff glassblower.
Scientific Disposable Funnel	Caplugs	2085136030
Borosilicate Glass Scintillation Vials, 20 mL	Fisher Scientific	03-337-15
5 mm O.D. Thin Walled Precision NMR Tubes	Wilmad	666000575
Chloroform-d	Cambridge Isotope Laboratories, Inc.	DLM-7	Used as received.