보장 N - 헤테로 사이 클릭 카벤 착물 : 벤즈 이미 다 졸리움 염으로부터의 합성 및 탄소 - 탄소 결합 형성 반응에서의 촉매 활성

이 비디오의 목적은 벤즈이미다졸륨 염의 합성 및 정제를 위한 상세하고 일반화된 프로토콜을 보여주고, 이후 팔라듐 n-헤테로 고리 카르벤 복합체를 보여주는 것입니다. 이 비디오는 또한 아릴화 및 스즈키-미야우라 교차 결합과 같은 탄소-탄소 결합 형성 반응에서 합성된 복합체의 촉매 활성을 테스트하기 위한 상세하고 일반화된 프로토콜을 보여주는 것을 목표로 합니다. 이 비디오를 시청한 후에는 이러한 화합물을 합성하고 정제하는 방법과 아릴화 및 스즈키-미야우라 반응에서 복합체의 촉매 활성을 테스트하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.

프로토콜 시연은 벤즈이미다졸륨 염의 합성 및 정제를 위한 일반화된 방법으로 시작됩니다. 그 다음에는 팔라듐 n-헤테로 고리 카르벤 복합체의 합성 및 정제를 위한 일반화된 방법이 뒤따를 것입니다. 마지막으로, 아릴화에서 복합체의 촉매 활성을 테스트한 다음 Suzuki-Miyaura 반응을 테스트하기 위한 일반화된 방법이 표시됩니다.

경고: 많은 휘발성 용매가 제시된 프로토콜의 일부로 사용되므로 작동하는 흄 후드에서 모든 실험을 수행하십시오. 사용 시 적절한 개인 보호 장비를 착용하고 사용하기 전에 각 시약의 MSDS를 참조하십시오. 이제 벤즈이미다졸륨 염의 합성 및 정제를 위한 일반화된 방법이 시연될 것입니다.

100mil Schlenk 튜브를 똑바로 고정하고 교반기 막대, 1밀리몰의 벤즈미도졸, 1밀리몰의 수산화칼륨, 60mil의 에틸 알코올을 용매로 넣습니다. 앞으로 나올 교반 단계에서 반응 혼합물을 균일하고 안전하게 가열할 수 있도록 Schlenk 튜브를 오일 수조에 넣습니다. 교반 중 용매 증발을 방지하기 위해 튜브를 콘덴서에 부착하십시오.

유리 피팅 부품에 그리스가 충분히 바르고 잘 맞는지 확인하십시오. 반응 혼합물을 섭씨 25도에서 1시간 동안 교반하여 모든 고체가 완전히 용해되고 벤즈이미다졸 분자에서 질소-수소 결합이 끊어질 수 있도록 합니다. 1시간 후 콘덴서에서 Schlenk 튜브를 분리하고 선택한 할로겐화 아릴 1밀리몰을 혼합물에 천천히 첨가합니다.

Schlenk 튜브를 응축기에 다시 부착하고 반응이 완료될 때까지 섭씨 78도에서 6시간 동안 혼합물을 환류시킵니다. 환류가 완료된 후 혼합물을 섭씨 25도까지 식히십시오. 콘덴서에서 Schlenk 튜브를 분리하고 튜브 입구에서 그리스를 닦아냅니다.

그런 다음 깔때기와 여과지를 사용하여 반응 혼합물을 여과하여 반응 중에 형성된 염화칼륨 침전물을 제거합니다. 비커에 여과액을 모으십시오. n-알킬 벤즈이미다졸륨 생성물이 포함된 여과액을 깨끗한 슐렌크 튜브로 옮깁니다.

기름칠을 한 마개로 튜브를 밀봉하고 진공 청소기로 여과액의 에틸 알코올 용제를 제거합니다. 모든 용매가 제거되면 Schlenk 튜브의 밀봉을 풀고 5mil의 디에틸 에테르를 추가하여 남은 n-알킬 벤즈이미다졸 제품을 세척합니다. 튜브를 부드럽게 흔들어 세척을 수행합니다.

세척이 끝나면 튜브 입구의 기름을 닦아내고 에테르를 비커에 담습니다. 이 세척 단계를 몇 번 반복하여 5mil의 디에틸 에테르를 추가하고 매번 디캔팅합니다. 마지막 세척 단계 후 그리스를 바른 마개로 Schlenk 튜브를 밀봉하고 세척된 n-알킬 벤즈이미다졸 제품을 진공 청소기로 건조시킵니다.

건조 후 튜브 입구의 기름기를 닦아낸 다음 다음 반응에 사용할 수 있도록 제품을 작은 바이알에 옮깁니다. 깨끗한 Schlenk 튜브를 똑바로 세우고 아르곤 가스로 퍼지하여 내부의 공기를 배출합니다. 이 과정에서 튜브의 측면 암에서 가스를 주입하고 튜브의 입구를 밀봉하지 않은 상태로 유지하십시오.

아르곤은 공기보다 무겁기 때문에 튜브를 아래에서 위로 채워 공기를 배출합니다. 다음 단계에서 시약을 추가하는 동안 아르곤으로 튜브를 계속 정화합니다. 이 퍼지 작업은 불활성 대기에서 반응이 수행되어야 하기 때문에 중요합니다.

교반기 바, n-알킬 벤즈이미다졸 1밀리몰, 선택한 할로겐화 알킬 1밀리몰, 무수 DMF 4mil을 Schlenk 튜브에 용매로 천천히 추가합니다. 모든 시약이 추가되면 그리스를 바른 마개로 튜브 입구를 빠르게 밀봉한 다음 마개를 돌려 측면 암을 밀봉하고 아르곤 가스를 끕니다. 밀봉된 Schlenk 튜브를 오일 수조에 넣고 반응 혼합물을 섭씨 80도에서 24시간 동안 저어 반응이 완료될 때까지 합니다.

24시간 후, 진공 혼합물에서 DMF 용매의 일부를 제거합니다. 약 1-2분 동안 진공 청소기로 청소하면 충분합니다. 원하는 경우 그리스와 같은 혼합물에서 DMF 용매를 모두 제거할 수 있지만 반드시 필요한 것은 아닙니다.

Schlenk 튜브의 밀봉을 풀고 15mil의 디에틸 에테르를 추가합니다. 벤즈이미다졸륨 염 제품이 침전될 때까지 혼합물을 저어줍니다. 침전이 발생한 후, 적절한 여과 방법을 사용하여 디 에틸 에테르를 제거하십시오.

우리는 측면 암, 내부 필터 및 Schlenk 튜브를 부착할 수 있는 두 개의 개방형 끝이 있는 특수 유리관을 사용했습니다. 이 튜브의 측면 암과 Schlenk 튜브의 측면 암을 진공에 부착할 수 있기 때문에 이 여과 튜브는 침전 단계 후의 여과와 향후 세척 단계 후 여과 및 세척 단계 후 건조에 매우 편리합니다. 유사한 것을 사용하는 경우 채워진 Schlenk 튜브를 여과 튜브의 한쪽 끝에 부착하고 빈 Schlenk 튜브를 다른 쪽 끝에 부착합니다.

그런 다음 빈 Schlenk 튜브를 진공 청소기에 부착하고 디에틸 에테르가 필터를 통해 이 빈 Schlenk 튜브로 통과하도록 장치를 조심스럽게 서서히 뒤집습니다. 그러나 이러한 튜브를 찾을 수 없는 경우 깔때기 및 여과지를 사용한 여과와 같은 다른 방법도 사용할 수 있습니다. 15mil의 디에틸 에테르로 소금 제품을 세척하고 이전에 사용한 것과 동일한 여과 방법을 사용하여 디에틸 에테르를 제거하십시오.

15mils의 디에틸 에테르를 사용하고 매번 필터링하여 이 세척 단계를 몇 번 반복합니다. 마지막 세척 단계가 끝나면 세척한 소금 제품을 건조시킵니다. 여기에서는 필터 튜브 내부를 진공으로 건조시켰습니다.

재결정화를 통한 추가 정제를 위해 제품을 수집하십시오. 재결정을 위해 소금과 12mil - 4mil 에틸 알코올 디에틸 에테르 혼합물을 깨끗한 Schlenk 튜브에 추가합니다. 소금이 완전히 녹을 때까지 히트 건을 사용하여 혼합물을 가열합니다.

그런 다음 그리스를 바른 마개로 튜브를 밀봉하고 거의 수평 위치에 고정합니다. 소금이 실온에서 재결정되도록 두십시오. 소금이 재결정화되면 튜브 입구의 기름을 닦아낸 다음 깔때기와 여과지를 사용하여 혼합물을 여과하여 소금 결정을 분리합니다.

소금 결정이 깔때기의 여과지에 있는 동안 15mil의 디에틸 에테르로 세척하십시오. 이 세탁 단계를 몇 번 반복합니다. 마지막 세척 단계 후에 결정이 여과지의 공기 중에서 건조되도록 합니다.

팔라듐 n-헤테로 고리 카르벤 복합체의 특성화 및 합성을 위해 정제 된 염을 수집하십시오. 합성 된 벤즈 이미 다졸륨 염은 백색 또는 크림 색의 고체였으며 62 %에서 97 % 범위의 수율을 가졌습니다.팔라듐 n- 헤테로 고리 카르빈 복합체의 합성 및 정제를위한 일반화 된 방법이 이제 입증 될 것입니다. 75mil Schlenk 튜브를 똑바로 고정하고 교반기 막대, 선택한 벤즈이미다졸륨 염 1밀리몰, 염화팔라듐 1밀리몰, 탄산칼륨 5밀리몰, 3-클로로피리딘 3mil을 추가합니다.

기름칠한 마개로 튜브를 밀봉하고 오일 수조에 넣습니다. 반응 혼합물을 섭씨 80도에서 16시간 동안 교반하여 팔라듐 n-헤테로사이클릭 카빈 복합체의 합성이 완료될 수 있도록 합니다. 16시간 후 혼합물을 실온으로 식히고 튜브의 밀봉을 풉니다.

혼합물에 10mil의 디클로로메탄을 추가하여 향후 여과 단계의 효율성을 개선할 수 있지만 이는 선택 사항이며 원하는 경우 건너뛸 수 있습니다. 상단이 없는 유리 여과 튜브를 사용하여 셀라이트와 실리카겔 패드를 조립하고, 이는 반응 혼합물에서 반응되지 않은 염화팔라듐 및 벤지미다졸륨 염을 제거하는 데 사용됩니다. 먼저 튜브에 셀라이트 주걱 4개를 추가하여 튜브 중간에 있는 필터 위에 셀라이트 층을 만듭니다.

그런 다음 셀라이트 층 위에 실리카겔 주걱 4개를 추가합니다. 마지막으로, 실리카겔 층 위에 작은 면봉을 짜서 셀라이트와 실리카겔 층이 필터와 면봉 사이에 고정되도록 합니다. 셀라이트와 실리카겔 패드를 통해 반응 혼합물을 여과하려면 먼저 반응 혼합물이 포함된 Schlenk 튜브를 유리 여과 튜브에 부착하여 Schlenk 튜브가 면봉이 있는 여과 튜브의 끝을 향하도록 합니다.

그런 다음 빈 Schlenk 튜브를 여과 튜브의 다른 쪽 끝에 부착합니다. 빈 Schlenk 튜브를 진공 청소기에 연결하고 장치를 조심스럽게 점차적으로 뒤집어 반응 혼합물이 면, 실리카, 셀라이트 및 필터 층을 순서대로 여과하도록 합니다. 반응되지 않은 염화팔라듐과 벤즈이미다졸륨 염은 층에 유지되는 반면, 팔라듐 n-헤테로사이클릭 카벤 복합체를 포함하는 여과액은 빈 슐렝크 튜브로 들어갑니다.

반응 혼합물에 디클로로메탄을 첨가하면 여과관 내부에 약간의 압력이 가해질 수 있으며, 이로 인해 주입 시 채워진 슐렝크 튜브와 여과관 사이의 연결 부분에서 액체가 새어 나올 수 있습니다. 그의 것을 방지하기 위해, 그림과 같이 장치를 반전시키기 전에 빈 Schlenk 튜브를 진공에 연결하여 반전 시 반응 혼합물이 연결 부분에서 스며나올 시간이 충분하지 않도록 하는 것이 중요합니다. 위의 여과 장치에서 여과액이 들어 있는 Schlenk 튜브를 분리하고 기름칠한 마개로 밀봉합니다.

진공으로 여과액의 용매를 제거하십시오. 모든 용매가 제거되면 Schlenk 튜브의 밀봉을 풀고 5mil의 디에틸 에테르를 추가하여 남아 있는 팔라듐 n-헤테로 고리 카빈 복합체 제품을 세척합니다. 튜브를 부드럽게 흔들어 세척을 수행합니다.

세척이 끝나면 튜브 입구의 기름을 닦아내고 에테르를 비커에 담습니다. 이 세척 단계를 몇 번 반복하여 5mil의 디에틸 에테르를 추가하고 매번 디캔팅합니다. 마지막 세척 단계 후 그리스를 바른 마개로 Schlenk 튜브를 밀봉하고 세척된 팔라듐 n-헤테로 사이클릭 카빈 복합체 제품을 진공으로 건조시킵니다.

건조 후 튜브 입구의 그리스를 닦아낸 다음 재결정화를 통한 추가 정제를 위해 제품을 수집합니다. 재결정화를 위해 특정 팔라듐 n-헤테로 고리 카르벤 복합체에 적합한 용매를 찾고 염에 대해 이전에 표시된 것과 동일한 단계를 따르십시오. 용매는 복합체가 실온에서 쉽게 용해되지 않지만 가열시 용해되는 것이어야합니다.

정제 후 특성화를 위해 복합체를 수집합니다. 합성된 팔라듐 n-헤테로사이클릭 카르벤 착물은 노란색 또는 크림색 고체였으며 25%에서 60% 범위의 염보다 수율이 낮았습니다.4개의 팔라듐 착물은 아릴화 및 스즈키-미야우라 교차 커플링 반응의 촉매 활성을 테스트했습니다. 이제 아릴화 반응에서 합성된 복합체의 촉매 활성을 테스트하는 일반화된 방법을 시연할 것입니다.

흄 후드에서 공기 중의 모든 촉매 반응을 수행하고 추가 정제 없이 구입한 시약을 사용하십시오. 25mil Schlenk 튜브를 똑바로 고정하고 교반기 막대, 2-n-부틸 티오펜 또는 2-n-부틸 푸란 2 밀리몰, 선택한 브롬화 아릴 1 밀리몰을 추가합니다. 그런 다음 아세트산 칼륨 1 밀리몰, 선택한 팔라듐 n-헤테로 고리 카르벤 복합체 0.01 밀리몰, n-디메틸 아세트 아미드 2 밀리몰을 튜브에 추가합니다.

기름칠한 마개로 튜브를 밀봉하고 오일 수조에 넣습니다. 반응 혼합물을 다양한 시간 및 다양한 온도에서 교반하여 주어진 반응에 대한 최대 생성물 수율로 이어지는 시간 및 온도 조건을 찾습니다. 반응이 완료되거나 원하는 시간 동안 실행되면 필요한 경우 열을 사용하여 진공으로 반응 혼합물에서 용매를 제거합니다.

Schlenk 튜브의 밀봉을 풀고 10mil에서 2mil 헥산-디에틸 에테르 혼합물을 추가합니다. 이 용매 혼합물은 향후 단계에서 플래시 컬럼 크로마토그래피를 위한 이동상이 될 것입니다. 혼합물을 세게 흔들어 제품이 이동상에서 용해되고 튜브에 남지 않도록 합니다.

유리 스포이드를 사용하여 제품 정제를 위한 플래시 크로마토그래피 컬럼을 조립하십시오. 먼저 스포이드에 작은 솜뭉치를 삽입하고 유리 챔버가 얇아지기 시작하는 곳에 단단히 놓일 때까지 밀어 넣습니다. 그런 다음 스포이드의 두꺼운 부분의 2/3가 채워지도록 면봉 위에 실리카겔을 추가합니다.

실리카겔 컬럼을 똑바로 고정하고 유리 점적기를 사용하여 반응 혼합물을 점차적으로 전달합니다. 혼합물을 컬럼을 통해 용리시키고 정제된 생성물이 들어 있는 용리액을 깨끗한 비커 또는 테스트 튜브에 수집합니다. 진공 청소기에 부착할 수 있는 깨끗한 튜브로 용리액을 옮기고 그리스를 바른 마개로 튜브를 밀봉합니다.

진공으로 용리액의 용매를 제거합니다. 모든 용매가 제거되면 튜브의 밀봉을 풀고 1.5mil의 디클로로메탄을 추가합니다. 튜브를 부드럽게 흔들어 제품을 용해시켜 가스 크로마토그래피로 분석할 수 있습니다.

연구된 아릴화 반응에 대한 팔라듐 n-헤테로 사이클릭 카빈 복합체의 촉매 효과에 대한 대표적인 결과가 표시됩니다. 2-n-부틸티오펜과 4-브로모아세토페논 사이의 반응은 적절한 촉매가 없는 상태에서 아릴화 반응에서 얻은 좋지 않은 결과를 강조하기 위해 예로 제시되었습니다. 2-n-부틸푸란과 4-브로모아세토페논 사이의 반응 촉매 작용의 경우, 6복합체가 좋은 후보였고, 7과 8은 특히 우수한 성능을 보였다.

복합체 7은 2-n-부틸푸란과 브로모벤젠 사이의 반응을 위한 우수한 촉매였습니다. 이 반응의 수율에 대한 온도 증가의 긍정적인 효과는 반응이 적절한 복합체에 의해 촉매되는 경우 온도와 같은 다른 반응 조건을 수정하면 수율을 최대화하는 데 도움이 될 수 있음을 보여줍니다. 2-n-부틸티오펜과 브로모벤젠의 반응에 대해 복합체 8은 우수한 촉매였으며, 2-n-부틸티오펜과 4-브로모아니솔 사이의 반응에 대해 복합체 5는 촉매로 매우 잘 수행되었습니다.

전반적으로, 연구된 각 아릴화 반응은 합성된 4개의 복합체 중 적어도 하나에 의해 잘 촉매되었습니다. 시간 및 온도와 같은 반응 조건을 수정하여 이러한 반응에 대한 수율 값을 잠재적으로 증가시키기 위한 추가 작업을 수행할 수 있습니다. 이제 Suzuki-Miyaura 교차 커플링 반응에서 합성된 복합체의 촉매 활성을 테스트하는 일반화된 방법을 시연할 것입니다.

25mil Schlenk 튜브를 똑바로 고정하고 교반기 막대, 1.5 밀리몰의 페닐 보론산 또는 선택한 붕산 유도체, 선택한 염화 아릴 1 밀리몰 및 2 밀리몰의 나트륨 tert-butoxide를 염기로 추가합니다. 그런 다음 선택한 팔라듐 n-헤테로 사이클릭 카빈 복합체 0.01 밀리몰과 2 mil - 2 mil DMF-물 혼합물을 튜브에 추가합니다. 그리스 마개로 튜브를 밀봉하고 오일 수조에 넣습니다.

반응 혼합물을 다양한 시간 및 다양한 온도에서 교반하여 주어진 반응에 대한 최대 생성물 수율로 이어지는 시간 및 온도 조건을 찾습니다. 반응이 완료되거나 원하는 시간 동안 실행되면 혼합물을 실온으로 식히십시오. Schlenk 튜브의 밀봉을 풀고 5 mil - 1 mil hexane-ethyl acetate 혼합물을 반응 혼합물에 추가합니다.

튜브를 다시 밀봉하고 새 혼합물을 몇 분 동안 세게 흔들어 합성된 생성물이 헥산-에틸 아세테이트 상으로 이동할 수 있도록 합니다. Schlenk 튜브를 똑바로 세우고 혼합물이 몇 분 동안 두 개의 뚜렷한 상으로 침전되도록 합니다. 유리 스포이드를 사용하여 상단 유기상을 조심스럽게 추출하고 무수 황산마그네슘 1g이 들어 있는 깨끗한 비커로 옮깁니다.

황산마그네슘 분말은 추출된 유기상에서 잔류 수분을 제거하는 데 도움이 됩니다. 전체 추출 과정을 한 번 이상 반복하여 합성된 산물의 추출을 최대화하십시오. 이전과 같이 실리카겔 컬럼을 조립하여 플래시 컬럼 크로마토그래피로 제품을 정제합니다.

이번에는 추출된 유기상에 존재하는 헥산-에틸 아세테이트 혼합물이 이동상으로 작용합니다. 정제된 생성물이 들어 있는 용리액을 깨끗한 비커 또는 테스트 튜브에 모은 다음 가스 크로마토그래피를 사용하여 제품을 분석합니다. 붕산 유도체와 염화아릴 사이의 연구된 Suzuki-Miyaura 반응에 대한 복합체의 촉매 효과는 가변적이었습니다.

여기서 목표는 이러한 반응의 촉매 작용에서 4개의 복합체의 성능을 비교하는 것이었습니다. 따라서 연구된 각 반응에 대해 다른 반응 조건은 일정하게 유지되었습니다. 즉, 2 mil 내지 2 mil DMF-water 혼합물을 용매로 사용하고, sodium tert-butoxide를 염기로 사용하고, 2시간 동안 반응을 실행하고, 반응 온도를 섭씨 80도로 유지했습니다.

이러한 조건에서 착물 5 내지 7은 좋은 후보로 판명된 반면, 복합체 8은 2, 5-디메톡시페닐보론산과 4-메톡시-1-클로로벤젠 사이의 반응 촉매 작용에 대해 잘 수행하지 못했습니다. 이러한 조건에서 4-tert-부틸페닐보론산과 4-클로로톨루엔의 반응에 대해 4가지 복합체 모두 우수한 촉매임이 입증되었습니다. 마지막으로, 이러한 조건에서 티아나프텐-2-보론산과 1-클로로-4-니트로벤젠의 반응에 대해 5 및 6 복합체는 촉매로서 잘 수행되지 않은 반면 7 및 8 복합체는 약간의 가능성을 보여주었습니다.

전반적으로, 연구된 각 스즈키-미야우라 반응은 합성된 4개의 복합체 중 적어도 하나에 의해 잘 촉매되었습니다. 선택한 복합체가 주어진 반응을 촉매하는 데 우수한 성능을 발휘하는 경우, 시간, 온도, 용매 조성 및 사용된 염기와 같은 다양한 반응 조건에 의해 잠재적으로 변환 및 수율 값을 증가시키기 위해 추가 작업을 수행할 수 있습니다. 요약하면, 이 비디오는 벤즈이미다졸륨 염의 합성 및 정제를 위한 상세하고 일반화된 프로토콜을 보여주었으며, 이후 팔라듐 n-헤테로사이클릭 카르벤 복합체를 보여주었습니다.

이 비디오는 또한 다양한 아릴화 및 Suzuki-Miyaura 교차 결합 반응에서 복합체의 촉매 활성을 테스트하기 위한 상세하고 일반화된 프로토콜을 보여주었습니다. 이러한 프로토콜을 마스터한 후에는 다른 많은 팔라듐 n-헤테로사이클릭 카빈 복합체의 촉매 활성의 합성, 정제 및 테스트에 쉽게 적용할 수 있어야 합니다.