Att uppnå måttligt tryck i slutna kärl med torr-is som en Solid CO2 källa

Summary

Här presenterar vi ett protokoll för att utföra reaktioner i enkla reaktionskärl under låg till måttlig pressar av CO₂. Reaktionerna kan utföras i en mängd fartyg helt enkelt genom att administrera koldioxiden i form av torr-is, utan behovet av kostsamma eller avancerade utrustning eller uppställningar.

Abstract

Häri presenteras en allmän strategi för att utföra reaktioner under mild till måttlig CO₂ pressar med torris. Denna teknik undanröjer behovet av specialutrustning att uppnå blygsamma påtryckningar, och kan även användas för att uppnå högre tryck i mer specialiserad utrustning och robustare reaktionskärl. I slutet av reaktionen, kan injektionsflaskorna vara enkelt trycklös genom öppningen vid rumstemperatur. I det aktuella exemplet fungerar CO₂ som en förmodad rikta grupp såväl som ett sätt att passiverande amine substrat, vilket förhindrar oxidation under Metallorganisk reaktionen. Utöver läggs enkelt, bort styra gruppen också under vakuum, undanröja behovet av omfattande rening styra gruppen. Denna strategi gör det lättköpt γ-C(sp³)-H arylation av alifatiska aminer och har potential att användas till en mängd andra amine-baserade reaktioner.

Introduction

Användningen av gasformiga föreningar i kemiska reaktioner vanligtvis kräver specialutrustning och förfaranden^1,2. På bänk skala, kan vissa gaser läggas direkt från en tank som med högt tryck regulator³. En alternativ metod är att kondensera gasen enligt kryogen villkor^4,5. Även om det är användbart, kräver dessa strategier användning av specialiserade trycket reaktorer med ventiler, som kan vara kostnadseffektivt oöverkomliga för parallellt många reaktioner. Detta kan därför avsevärt långsammare på vilken reaktion screening kan fortsätta. Kemister har därför funnit det önskvärt att införa dessa föreningar med alternativa metoder. Ammoniak kan läggas till reaktioner med olika bildas ammoniumsalter, utnyttja svaga jämvikten mellan dessa salter och fri ammoniak⁶. Överföring hydrogenering är en viktig strategi för minskning reaktioner av olefiner, karbonyl och nitrogrupper som kringgår användning av brandfarlig vätgas med föreningar såsom ammonium formate eller hydrazin som bärare av H₂⁷. En annan gas av intresse i detta område är kolmonoxid⁸ – CO kan vara genererade i situ av befrielsen från metall karbonyl komplex^9,10, eller alternativt så kan skapas genom decarbonylation från källor såsom formiater och formamides^11,12,13 eller kloroform^14,15.

En gas som inte har haft betydande utveckling i detta avseende är koldioxid¹⁶. En anledning till detta är att många förändringar som involverar CO₂ också kräver höga temperaturer och tryck, och således är automatiskt nedflyttad till specialiserade reaktorer^17,18. Senaste ansträngningar att utveckla mer reaktiv katalysatorer, emellertid, har underlättat kör många av dessa reaktioner under atmosfäriskt tryck CO₂^19,20,21,22. Vi upptäckte nyligen en reaktion där koldioxid kunde användas att medla den γ-C (sp³) – H arylation av alifatiska aminer²³. Denna strategi förväntas kombinera fördelarna med en statisk rikta grupp strategi inklusive amide^{24,25,26,27,28}, sulfonamid ^{29 , 30 , 31 , 32}, thiocarbonyl^33,34eller Hydrazon³⁵-baserat leda grupper (kemisk robusticity), med lätthet av en övergående styra gruppen (minskad steg ekonomi)^{36, 37,38,39}.

Även om reaktionen kan uppstå under atmosfäriskt tryck av CO₂, behovet av en Schlenk set-up till skärmen reaktioner visade sig vara oöverkomligt långsam. Dessutom ökar trycket något ledde till förbättrad reaktion avkastning, men inte kan lätt uppnås med hjälp av en Schlenk. Vi sökte därför en alternativ strategi, och därefter har fastställt att torr-is kunde enkelt användas som en solid källa till CO₂ som kunde läggas till en mängd reaktionskärl att införa den nödvändiga mängden koldioxid att uppnå måttlig Tryck (figur 1). Även om underutnyttjade syntes, är en liknande strategi ganska vanligt som en metod att generera flytande CO₂ för kromatografi och utvinning program^{40,41,42,43, 44}. Utnyttja denna strategi får vår grupp att snabbt skärmen stort antal reaktioner parallellt, medan förmågan att tillgång måttlig CO₂ pressar av mellan 2-20 atmosfärer var kritiska till att förbättra avkastningarna av reaktionerna. Under dessa förhållanden, kan både primära (1°) och sekundär (2°) aminer vara arylated med electron rich och elektron fattiga aryl halogenider.

Protocol

FÖRSIKTIGHET: (1) följande protokoll har bedömts vara säkra genom upprepade försök. Men försiktighet bör iakttas när tätning injektionsflaskor, hela reaktionen, och särskilt när du öppnar reaktionerna, injektionsflaskor som inhomogenitet i reaktionen kan leda till fel på utrustningen. Injektionsflaskorna ska inspekteras för fysiska defekter före användning. Injektionsflaskor ska placeras bakom någon form av tryckvåg sköld eller huva sash omedelbart efter tätning för att förhindra incidenter bör in…

Representative Results

Efter dessa protokoll är det möjligt att ladda en reaktion-injektionsflaskan med en lämplig mängd koldioxid att uppnå kemiska reaktioner som kräver CO2 atmosfärer. Trycket uppnåtts i steg 1 beräknas till cirka 3 atmosfärer (se diskussionen för fastställandet av detta värde), även på grund av partiell utläggning, observerade trycket är i närheten av 2 atmosfärer i rumstemperatur, och bör vara cirka 2,6 atmosfärer på reaktion villkor. Därför, de villkor so…

Discussion

Med van der Waals ekvation av statligt, kan ungefärliga trycket av dessa system vara beräknade⁴⁵

Ekv 1:

De villkor som avses i protokoll nr 1, kan vi anta 26,3 mg CO₂ ger n = 5,98 x 10^-4 mols

Som en grov uppskattning a…

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.