पानी में घुलनशील Ruthenium Olefin विपयर्य के विषम हटाने जलीय मीडिया से उत्प्रेरक मेजबान के माध्यम से-अतिथि संपर्क
Summary
एक हटाने योग्य पानी में घुलनशील एन-heterocyclic carbene (NHC) मेजबान के माध्यम से जलीय मीडिया में ligand-अतिथि संपर्क विकसित किया गया है । हम प्रतिनिधि olefin पानी में विपयर्य प्रतिक्रियाओं के रूप में अच्छी तरह के रूप में dichloromethane में प्रदर्शन किया । या तो मेजबान के माध्यम से अतिथि संपर्क या निष्कर्षण, अवशिष्ट ruthenium (आरयू) उत्प्रेरक के रूप में कम के रूप में प्रतिक्रिया के बाद ०.१४ पीपीएम था ।
Abstract
एक अत्यधिक कुशल संक्रमण धातु उत्प्रेरक हटाने विधि विकसित की है । पानी में घुलनशील उत्प्रेरक मेजबान अतिथि बातचीत के माध्यम से उत्प्रेरक हटाने के लिए एक नए डिजाइन NHC ligand शामिल हैं । नई NHC ligand एक adamantyl (अतिथि) के पास एक β-ग्लाइकोल (β-सीडी) मेजबान यौगिक की गुहा में hydrophobic समावेशन के लिए रैखिक ईथीलीन cyclodextrin इकाइयों सीमित । नई NHC ligand को आरयू स्थित olefin विपयर्य उत्प्रेरक के लिए लागू किया गया था । आरयू उत्प्रेरक प्रतिनिधि अंगूठी में उत्कृष्ट गतिविधि का प्रदर्शन बंद विपयर्य (RCM) और अंगूठी खोलने विपयर्य बहुलकीकरण (कोलाहल करते हुए खेलना) जलीय मीडिया में प्रतिक्रियाओं के रूप में के रूप में अच्छी तरह से कार्बनिक विलायक, CH2Cl2। प्रतिक्रिया पूर्ण होने के बाद, सुस्ती आरयू अवशेषों से अधिक ९९% की दक्षता के साथ जलीय समाधान से निकाल दिया गया था (५३ पीपीएम के आरयू अवशेषों) सरल निस्पंदन द्वारा एक मेजबान के बीच एक अतिथि बातचीत का उपयोग, अघुलनशील सिलिका-भ्रष्टाचारी β-सीडी (मेजबान) और adamantyl moiety (अतिथि) उत्प्रेरक पर । नई आरयू उत्प्रेरक भी निष्कर्षण के माध्यम से उच्च हटाने दक्षता का प्रदर्शन किया जब प्रतिक्रिया कार्बनिक विलायक में diethyl ईथर और पानी की परतों के बीच कच्चे तेल की प्रतिक्रिया मिश्रण विभाजन द्वारा चलाया जाता है । इस तरह, उत्प्रेरक जलीय परत में ही रहता है । कार्बनिक परत में, अवशिष्ट निय मात्रा diallyl यौगिकों की RCM प्रतिक्रियाओं में केवल ०.१४ पीपीएम था ।
Introduction
सजातीय organometallic catalysis के उत्पाद से हटाने के आधुनिक रसायन विज्ञान1,2में एक महत्वपूर्ण मुद्दा है । अवशिष्ट उत्प्रेरक अपनी भारी धातु तत्व से न केवल एक विषाक्तता समस्या का कारण बनता है, लेकिन यह भी अपने संभावित जेट से उत्पाद की एक अवांछित परिवर्तन । सजातीय उत्प्रेरक उच्च गतिविधि, तेजी से प्रतिक्रिया की दर, और chemoselectivity3के रूप में कई फायदे, प्रदान करता है, तथापि, उत्पाद से इसके हटाने से बहुत अधिक कठिन विषम उत्प्रेरक जो बस निस्पंदन द्वारा हटा दिया है या न कर सके । सजातीय और विषम उत्प्रेरक, यानी, सजातीय प्रतिक्रिया और विषम हटाने के लाभों का संयोजन, अत्यधिक प्रतिक्रियाशील और आसानी से हटाने योग्य organometallic उत्प्रेरक के लिए महत्वपूर्ण अवधारणा का प्रतिनिधित्व करता है । चित्रा 1 सजातीय प्रतिक्रिया और मेजबान अतिथि बातचीत के माध्यम से उत्प्रेरक के विषम हटाने के लिए काम कर सिद्धांत सचित्र ।
मेजबान-अतिथि रसायन शास्त्र noncovalent supramolecular रसायन विज्ञान4,5,6,7,8में मेजबान अणुओं और अतिथि अणुओं के बीच आणविक मांयता बंधन है । Cyclodextrins (सीडीएस), चक्रीय oligosaccharides, प्रतिनिधि मेजबान9,10,11,12अणु हैं, और वे जैसे विज्ञान के व्यापक क्षेत्रों में लागू किया गया है, बहुलक विज्ञान 13 , 14, catalysis15,16, बायोमेडिकल आवेदन6,10, और विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान17. एक अतिथि अणु, adamatane, hydrophobic गुहा के लिए दृढ़ता से बांधता β-CD (होस्ट, 7-सदस्यीय चक्रीय saccharide) के साथ उच्च संबद्धता स्थिरांक, ka (लॉग ka = ५.०४)18. इस supramolecular बाध्यकारी संबध ठोस समर्थित β-सीडी के साथ जलीय प्रतिक्रिया समाधान से अवशिष्ट उत्प्रेरक परिसर को दूर करने के लिए काफी मजबूत है ।
कई उत्प्रेरक है कि मेजबान-अतिथि हटाने के लिए पात्र है के अलावा, आरयू olefin विपयर्य उत्प्रेरक उच्च व्यावहारिक उपयोगिताओं और हवा और नमी के खिलाफ उच्च स्थिरता के कारण अध्ययन किया गया । olefin विपयर्य प्रतिक्रिया सिंथेटिक रसायन विज्ञान में एक महत्वपूर्ण उपकरण के लिए एक संक्रमण धातु उत्प्रेरक19,20,21,22की उपस्थिति में एक कार्बन कार्बन डबल बांड के रूप में है । स्थिर आरयू olefin विपयर्य उत्प्रेरक के विकास trigged सिंथेटिक रसायन विज्ञान में एक प्रमुख क्षेत्र के रूप में विपयर्य(जैसे, RCM और पार विपयर्य (सेमी)) के रूप में के रूप में अच्छी तरह से बहुलक विज्ञान (जैसे, कोलाहल करते हुए खेलना और अचक्रीय डिएनए विपयर्य (ADMET)) । विशेष रूप से, RCM संश्लेषित macrocycles और मध्यम आकार के छल्ले है कि23के निर्माण के लिए मुश्किल हो गया है ।
आरयू catalyzed olefin विपयर्य के सिंथेटिक उपयोगिताओं के बावजूद, वांछित उत्पाद से इस्तेमाल किया आरयू उत्प्रेरक का पूरा हटाने कई व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए एक बड़ी चुनौती है24। उदाहरण के लिए, १९१२ पीपीएम के आरयू अवशेषों की अंगूठी बंद विपयर्य उत्पाद में मनाया गया सिलिका जेल कॉलम क्रोमैटोग्राफी25के बाद । अवशिष्ट आरयू olefin isomerization, अपघटन, रंगभरण, और दवा उत्पादों की विषाक्तता के रूप में समस्याओं का कारण हो सकता है26। सामंजस्य (इच) पर अंतर्राष्ट्रीय संमेलन फार्मास्यूटिकल्स में अवशिष्ट धातु रिएजेंट के एक दिशानिर्देश प्रकाशित किया । दवा उत्पाद में अधिकतम अनुमति आरयू स्तर 10 पीपीएम27है । इन कारणों के लिए, विभिंन दृष्टिकोण को उत्पाद समाधान28,29,30,31,३२,३३से आरयू अवशेषों को हटाने की कोशिश की थी । इसके अलावा, हटाने योग्य आरयू उत्प्रेरक की घटनाओं की प्रतिक्रिया के बाद किसी भी विशेष उपचार के बिना शुद्धि के लिए अध्ययन किया गया है । विभिन्न शुद्धि तरीकों के बीच, उत्प्रेरक ligand संशोधनों सिलिका जेल निस्पंदन और तरल निष्कर्षण की दक्षता में सुधार करने की कोशिश की गई । उदाहरण के लिए, अत्यधिक कुशल सिलिका जेल छानने का benzylidene३४ या NHC ligand३५,३६की रीढ़ पर शुरू आयन टैग द्वारा प्राप्त किया जा सकता है । उत्प्रेरक असर पाली (ईथीलीन ग्लाइकोल)३७ या आयन टैग एक NHC ligand पर३५ आरयू उत्प्रेरक हटाने के लिए जलीय निष्कर्षण की दक्षता में सुधार कर सकते हैं ।
हाल ही में, हम एक अत्यधिक पानी में घुलनशील निय olefin विपयर्य उत्प्रेरक है, जो न केवल उच्च जेट, लेकिन यह भी उच्च उत्प्रेरक हटाने की दर का प्रदर्शन की सूचना दी । इसके अलावा, विपयर्य और उत्प्रेरक हटाने दोनों पानी और dichloromethane३४,३५,३६,३७में हुई । नए उत्प्रेरक की प्रमुख विशेषता यह है कि नए NHC भालू adamantyl सीमित oligo (ईथीलीन ग्लाइकोल) । Oligo (ईथीलीन ग्लाइकोल) संपूर्ण उत्प्रेरक परिसर का उच्च जल घुलनशीलता प्रदान करता है । इसके अलावा, oligo (ईथीलीन ग्लाइकोल) adamantyl अंत समूह है कि बाहरी β-सीडी के साथ मेजबान अतिथि बातचीत में इस्तेमाल किया जा सकता है के पास ।
इस के साथ साथ, हम उत्प्रेरक संश्लेषण, विपयर्य प्रतिक्रियाओं, और दोनों पानी और dichloromethane में उत्प्रेरक हटाने के लिए प्रोटोकॉल का वर्णन किया ।
Protocol
Representative Results
Discussion
हम हटाने योग्य सजातीय आरयू olefin विपयर्य उत्प्रेरक और दोनों जलीय और कार्बनिक समाधान से इसके हटाने के संश्लेषण का वर्णन किया । सजातीय catalysis इस तरह के उच्च जेट और तेजी से प्रतिक्रिया की दर के रूप में विषम उत्प…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम फ्लोरिडा राज्य विश्वविद्यालय ऊर्जा और सामग्री भर्ती पहल और रासायनिक और बायोमेडिकल इंजीनियरिंग के FSU विभाग द्वारा समर्थित किया गया था ।
Materials
| Hoveyda-Grubbs Catalyst 1st Generation | Sigma-Aldrich | 577944 | Air sensitivie. Light sensitivie. |
| Diethyl diallylmalonate | Sigma-Aldrich | 283479 | |
| Ethyl vinyl ether | Sigma-Aldrich | 422177 | Air sensitive. |
| Aluminum oxide | Sigma-Aldrich | 06300 | Activated, neutral, Brockmann Activity I |
| Potassium bis(trimethylsilyl)amide solution (0.5 M in toluene) | Sigma-Aldrich | 277304 | Moisture sensitive. |
| Etyhl acetate | VWR | BDH1123 | Flammable liquid. |
| Methanol | VWR | BDH1135 | Flammable liquid. Toxic. |
| Deuterium Oxide 99.8%D | TCI | W0002 | |
| Methylene Chloride-D2 (D, 99.8%) | Cambridge Isotope Laboratories, Inc. | DLM-23 | Flammable liquid. Toxic. |
| Activated carbon | Sigma-Aldrich | 242276 | |
| Magnesium sulfate | EMD Millipore | MX0075 | |
| Ethyl ether | EMD Millipore | EX0190 | Flammable liquid. |
References
- Allen, D. P. . Handbook of Metathesis. , (2015).
- Vougioukalakis, G. C. Removing Ruthenium Residues from Olefin Metathesis Reaction Products. Chemistry-A European Journal. 18 (29), 8868-8880 (2012).
- Hartwig, J. F. . Organotransition Metal Chemistry: From Bonding to Catalysis. , (2010).
- Lehn, J. M. Toward complex matter: Supramolecular chemistry and self-organization. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (8), 4763-4768 (2002).
- Chen, G., Jiang, M. Cyclodextrin-based inclusion complexation bridging supramolecular chemistry and macromolecular self-assembly. Chemical Society Reviews. 40 (5), 2254-2266 (2011).
- Ma, X., Zhao, Y. Biomedical Applications of Supramolecular Systems Based on Host-Guest Interactions. Chemical Reviews. 115 (15), 7794-7839 (2015).
- Shetty, D., Khedkar, J. K., Park, K. M., Kim, K. Can we beat the biotin-avidin pair?: cucurbit[7]uril-based ultrahigh affinity host-guest complexes and their applications. Chemical Society Reviews. 44 (23), 8747-8761 (2015).
- Schmidt, B. V. K. J., Barner-Kowollik, C. Dynamic Macromolecular Material Design-The Versatility of Cyclodextrin-Based Host-Guest Chemistry. Angewandte Chemie International Edition. 56 (29), 8350-8369 (2017).
- Khan, A. R., Forgo, P., Stine, K. J., D’Souza, V. T. Methods for Selective Modifications of Cyclodextrins. Chemical Reviews. 98 (5), 1977-1996 (1998).
- Szejtli, J. Introduction and General Overview of Cyclodextrin Chemistry. Chemical Reviews. 98 (5), 1743-1754 (1998).
- Li, J., Loh, X. J. Cyclodextrin-based supramolecular architectures: Syntheses, structures, and applications for drug and gene delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 60 (9), 1000-1017 (2008).
- Crini, G. Review: A History of Cyclodextrins. Chemical Reviews. 114 (21), 10940-10975 (2014).
- Zhang, Z. X., Liu, K. L., Li, J. A Thermoresponsive Hydrogel Formed from a Star-Star Supramolecular Architecture. Angewandte Chemie International Edition. 52 (24), 6180-6184 (2013).
- Harada, A., Takashima, Y., Nakahata, M. Supramolecular Polymeric Materials via Cyclodextrin-Guest Interactions. Accounts of Chemical Research. 47 (7), 2128-2140 (2014).
- Ballester, P., Vidal-Ferran, A., van Leeuwen, P. W. N. M. Modern Strategies in Supramolecular Catalysis. Advances in Catalysis. 54 (1), 63-126 (2011).
- Raynal, M., Ballester, P., Vidal-Ferran, A., van Leeuwen, P. W. N. M. Supramolecular catalysis. Part 1: non-covalent interactions as a tool for building and modifying homogeneous catalysts. Chemical Society Reviews. 43 (5), 1660-1733 (2014).
- Szente, L., Szemán, J. Cyclodextrins in Analytical Chemistry: Host-Guest Type Molecular Recognition. Analytical Chemistry. 85 (17), 8024-8030 (2013).
- Fourmentin, S., Ciobanu, A., Landy, D., Wenz, G. Space filling of β-cyclodextrin and β-cyclodextrin derivatives by volatile hydrophobic guests. Beilstein Journal of Organic Chemistry. 9, 1185-1191 (2013).
- Astruc, D. . Olefin Metathesis: Theory and Practice. , (2014).
- Samojłowicz, C., Bieniek, M., Grela, K. Ruthenium-Based Olefin Metathesis Catalysts Bearing N-Heterocyclic Carbene Ligands. Chemical Reviews. 109 (8), 3708-3742 (2009).
- Vougioukalakis, G. C., Grubbs, R. H. Ruthenium-Based Heterocyclic Carbene-Coordinated Olefin Metathesis Catalysts. Chemical Reviews. 110 (3), 1746-1787 (2010).
- Herbert, M. B., Grubbs, R. H. Z-Selective Cross Metathesis with Ruthenium Catalysts: Synthetic Applications and Mechanistic Implications. Angewandte Chemie International Edition. 54 (17), 5018-5024 (2015).
- Maier, M. E. Synthesis of Medium-Sized Rings by the Ring-Closing Metathesis Reaction. Angewandte Chemie International Edition. 39 (12), 2073-2077 (2000).
- Clavier, H., Grela, K., Kirschning, A., Mauduit, M., Nolan, S. P. Sustainable Concepts in Olefin Metathesis. Angewandte Chemie International Edition. 46 (36), 6786-6801 (2007).
- Cho, J. H., Kim, B. M. An Efficient Method for Removal of Ruthenium Byproducts from Olefin Metathesis Reactions. Organic Letters. 5 (4), 531-533 (2003).
- Skowerski, K., Gułajski, &. #. 3. 2. 1. ;. . Olefin Metathesis: Theory and Practice. , (2014).
- Committee for medicinal products for human use (CHMP). . Guideline on the specification limits for residues of metal catalysts or metal reagents (Doc.Ref. EMEA/CHMP/SWP/4446/2000). , 1-34 (2008).
- Maynard, H. D., Grubbs, R. H. Purification technique for the removal of ruthenium from olefin metathesis reaction products. Tetrahedron Letters. 40 (22), 4137-4140 (1999).
- Paquette, L. A., et al. A Convenient Method for Removing All Highly-Colored Byproducts Generated during Olefin Metathesis Reactions. Organic Letters. 2 (9), 1259-1261 (2000).
- Ahn, Y. M., Yang, K., Georg, G. I. A Convenient Method for the Efficient Removal of Ruthenium Byproducts Generated during Olefin Metathesis Reactions. Organic Letters. 3 (9), 1411-1413 (2001).
- Westhus, M., Gonthier, E., Brohm, D., Breinbauer, R. An efficient and inexpensive scavenger resin for Grubbs’ catalyst. Tetrahedron Letters. 45 (15), 3141-3142 (2004).
- McEleney, K., Allen, D. P., Holliday, A. E., Crudden, C. M. Functionalized Mesoporous Silicates for the Removal of Ruthenium from Reaction Mixtures. Organic Letters. 8 (13), 2663-2666 (2006).
- Galan, B. R., Kalbarczyk, K. P., Szczepankiewicz, S., Keister, J. B., Diver, S. T. A Rapid and Simple Cleanup Procedure for Metathesis Reactions. Organic Letters. 9 (7), 1203-1206 (2007).
- Michrowska, A., et al. A green catalyst for green chemistry: Synthesis and application of an olefin metathesis catalyst bearing a quaternary ammonium group. Green Chemistry. 8 (8), 685-688 (2006).
- Skowerski, K., et al. Easily removable olefin metathesis catalysts. Green Chemistry. 14 (12), 3264-3268 (2012).
- Kosnik, W., Grela, K. Synthesis of functionalised N-heterocyclic carbene ligands bearing a long spacer and their use in olefin metathesis. Dalton Transactions. 42 (20), 7463-7467 (2013).
- Hong, S. H., Grubbs, R. H. Efficient Removal of Ruthenium Byproducts from Olefin Metathesis Products by Simple Aqueous Extraction. Organic Letters. 9 (10), 1955-1957 (2007).
- Kim, C., Ondrusek, B. A., Chung, H. Removable Water-Soluble Olefin Metathesis Catalyst via Host-Guest Interaction. Organic Letters. 20 (3), 736-739 (2018).
- Hong, S. H., Wenzel, A. G., Salguero, T. T., Day, M. W., Grubbs, R. H. Decomposition of Ruthenium Olefin Metathesis Catalysts. Journal of the American Chemical Society. 129 (25), 7961-7968 (2007).
- Qi, M., Chew, B. K. J., Yee, K. G., Zhang, Z. X., Young, D. J., Hor, T. S. A. A catch-release catalysis system based on supramolecular host-guest interactions. RSC Advances. 6 (28), 23686-23692 (2016).
