להשגת לחצים מתונה בכלי אטום באמצעות קרח יבש כמקור2 CO מוצק

Summary

כאן אנו מציגים פרוטוקול לביצוע תגובות התגובה פשוט כלי תחת לחצים נמוכה עד בינונית של CO₂. התגובות יכול להתבצע במגוון כלי פשוט על-ידי ניהול הפחמן הדו חמצני בצורה של קרח יבש, ללא הצורך בציוד יקר או משוכללים או set-ups.

Abstract

במסמך זה מוצגת אסטרטגיה כללית לביצוע תגובות תחת מתון מתון לחצים₂ CO בקרח יבש. טכניקה זו obviates את הצורך ציוד מיוחד להשיג לחצים צנוע, יכול לשמש גם כדי להשיג לחצים גבוהים יותר ב ציוד מקצועי יותר יציבות כלי התגובה. בסוף התגובה, הבקבוקונים יכול להיות בקלות נשאר על ידי פתיחת בטמפרטורת החדר. בדוגמה הנוכחית CO₂ משמש הן קבוצה בשם לבימוי, כמו גם דרך passivate מצעים אמין, ובכך מונע חמצון במהלך התגובה אורגנומתכתית. בנוסף בקלות הוספה, הקבוצה לבימוי יוסרו גם הם תחת ואקום, obviating את הצורך טיהור מקיף להסיר את הקבוצה לבימוי. אסטרטגיה זו מאפשרת את arylation γ-C(sp³)-ה נתיישב של אמינים אליפטיות, יש את הפוטנציאל להיות מיושם למגוון של תגובות אחרות מבוססות-אמין.

Introduction

השימוש של תרכובות גזי בתגובות כימיות בדרך כלל דורש ציוד מיוחד הליכים^1,2. בקנה מידה ספסל, ניתן להוסיף קצת גזים ישירות מטנק באמצעות וסת לחץ גבוה³. שיטה חלופית היא לדחוס את הגז תחת תנאים קריוגני^4,5. למרות שימושי, אסטרטגיות אלו מחייבות השימוש של כורים לחץ מיוחדות עם שסתומים, אשר יכול להיות העלות אוסרני עבור הפעלה תגובות רבות במקביל. זה יכול לכן במידה רבה להאט את הקצב-איזו תגובה בהתקנה ההקרנה. כתוצאה מכך, כימאים מצאו זה רצוי להציג את תרכובות אלו באמצעות שיטות חלופיות. ניתן להוסיף אמוניה תגובות באמצעות מלחי אמוניום שונה carboxylate, מנצל האיזון חלש בין אלה מלחי אמוניה חופשית⁶. העברת הידרוגנציה היא לאסטרטגיה חשובה עבור הפחתת תגובות של אולפינים, קרבוניל וקבוצות ניטרו העוקפות את השימוש בגז מימן דליק עם תרכובות כגון אמוניום formate או הידרזין להגנה של H₂⁷. גז נוסף עניין באזור זה הוא פחמן חד-חמצני⁸ – CO יכול להיות שנוצר ב באתרו על ידי שחרור קרבוניל מתכת מתחמי^9,10, או לחלופין זה יכול להיווצר על ידי decarbonylation מ מקורות כגון formates ו- formamides^11,12,13 או כלורופורם^14,15.

גז אחד אשר לא נהנתה התפתחות משמעותית מבחינה זו הוא פחמן דו חמצני¹⁶. אחת הסיבות לכך היא טרנספורמציות רבות המערבות CO₂ גם לדרוש בטמפרטורות גבוהות, לחצים, ולכן באופן אוטומטי בדרגה כורים מיוחדות^17,18. במאמצים האחרונים פיתוח זרזים יותר תגובתי, עם זאת, יש הקלה פועל רבות של תגובות אלו תחת הלחץ האטמוספרי של CO₂^19,20,21,22. לאחרונה גילינו תגובה שבו פחמן דו-חמצני יכול לשמש כדי לתווך γ-C (sp³) – H arylation של אמינים אליפטיות²³. אסטרטגיה זו אמורה לשלב את היתרונות של גישה של קבוצה כוונת סטטי כולל אמיד^{24,25,26,27,28}, sulfonamide ^{29 , 30 , 31 , 32},^33,thiocarbonyl³⁴או hydrazone³⁵-המבוסס על בימוי קבוצות (robusticity כימי), עם הקלות של קבוצה לבימוי ארעי (שלב ירד הכלכלה)^{36, 38, 37,39}.

למרות התגובה שעלולות להתרחש תחת לחץ אטמוספרי של CO₂, להאט הצורך ניתן להימנע schlenk ב מסך תגובות הוכיח מדי. יתר על כן, הגדלת הלחץ מעט הוביל השתפר התשואות התגובה, אבל לא ניתן בקלות להשיג באמצעות שורת schlenk. לכן חיפשנו אסטרטגיית חלופיים, לאחר מכן זיהה את קרח יבש יכולה בקלות לשמש מקור יציב של CO₂ יכול להוסיף מגוון רחב של כלי התגובה להציג את הסכום הדרוש של פחמן דו חמצני כדי להשיג בינוני לחצים (איור 1). למרות שאינם מנוצלים במידה מספקת של סינתזה, אסטרטגיה דומה נפוץ למדי כמו שיטה להפקת נוזל CO₂ ב ביולוגיה מולקולרית והפקת יישומים^{40,41,42,43, 44}. ניצול אסטרטגיה זו אפשרה שאת הקבוצה שלנו במהירות מסך לכמויות גדולות של תגובות במקביל, בעוד היכולת גישה מתונה CO₂ הלחצים של בין 2-20 אטמוספרות היו ביקורתיים כדי לשפר את התשואות של התגובות. בתנאים אלה, ניתן arylated עם אלקטרון עשיר, אלקטרון aryl המסכן הלידים הראשי (1°) והן המשני (2°) אמינים.

Protocol

התראה: 1) הפרוטוקולים הבאים נקבעתם בטוח במבחנים חוזרים ונשנים. עם זאת, יש לנקוט זהירות בעת איטום הבקבוקונים, לאורך כל התגובה, במיוחד בעת פתיחת התגובות, כמו inhomogeneity, בעקבות התגובות בקבוקונים עלול להוביל כשל בציוד. בקבוקונים יש לחפש פגמים פיזיים לפני השימוש. בקבוקונים צריך להיות ממוקם מאחורי צורה כלשהי של המגן הפיצוץ או הוד סאש מיד לאחר איטום למניעת אירועים צריך את הבקבוקונים להיכשל. 2) למרות שיש סיכוי קטן עבור חנק עקב הכמויות קטנות של CO₂ משמש, תגובות צריך להיות הגדרת כמו גם באזור מאוורר היטב או בשכונה fume לפתוח. 3) קרח יבש הוא cryogen והוא יכול לגרום נזק לרקמות רציני. טיפול צריך ולכן ניתן לממש זמן מניפולציה כדי למנוע כוויות קור, כגון הגבלת מגע ישיר או באמצעות כפפות ההקפאה. 4) קרח יבש לדחוס את אדי מים, זאת אומרת כי לפני השימוש, הקרח היבש צריך להיות מכנית exfoliated כדי להבטיח המסה של CO_{2 (s)} בלבד. זו יכולה להיות מושגת על ידי שפשוף פשוט הקרח היבש בין אצבעותיו, או בביטחה, לשפשף את זה בין אצבעותיו עם שכבת הגנה כגון הכפפות או מגבת.

1. תגובה בקבוקון 7.5 mL (אוויר לא נשלל)

1. להוסיף בר מערבבים בקבוקון יבש 7.5 mL.
2. להוסיף פלדיום אצטט (6.7 מ ג, mmol 0.03 נקודות) למבחנה.
3. להוסיף כסף trifluoroacetate (99.9 mg, 0.45 mmol) למבחנה.
4. מוסיפים יודיד phenyl (92.3 mg, 0.45 mmol) למבחנה.
5. להוסיף טרט-אמין ניטריט (26.3 mg, 0.30 mmol) למבחנה.
6. להוסיף חומצה אצטית (1.0 מ"ל) למבחנה.
   הערה: היחס של פתרון האחסון כדי בקבוקון הגודל חשוב, כפי סובלימציה מיידית של CO₂ על תוספת של קרח יבש ניתן מכנית תחסיר ממס אם גם משמש יחסית לגודל של כלי השיט התגובה.
7. מוסיפים מים יונים (21.7 μL, 12.1 mmol) למבחנה.
8. שוקל קרח יבש (26.3 mg, 0.60 mmol), ולהוסיף מיד קרח יבש המבחנה, תוך הקפדה על גם מיד חותם את המבחנה עם כובע מרופדת PTFE.
   הערה: כל המבצע להתבצע בתוך כ- 5 שניות כדי למנוע בריחה של כמות קטנה של CO₂ הוסיף סובלימציה (זה מואט על ידי היווצרות של חומצה אצטית קפוא מסביב לקרח יבש). הכמות של CO₂ הוסיף יהיה ערך משוער, בידיים שלנו מותרת סטייה של כמה מ ג.
9. מערבבים את המבחנה תגובה אטומה במשך 15 דקות בטמפרטורת החדר.
10. להעביר את מיכל התגובה צלחת מחומם מראש ב 110 מעלות צלזיוס ומערבבים במשך 14 שעות לפני מתן להתקרר.
11. לאחר הקירור, בזהירות פתח המבחנה לפרוק CO₂.
12. הסר את כל שיכללו חומרים נדיפים , vacuo.
    הערה: ניתן לבצע פעולה זו גם המבחנה, או הפתרון ניתן להעביר בקבוקון התחתון עגול גדול יותר.
13. להוסיף תערובת התגובה 1.2 M HCl_(aq) (6 מ"ל) ומערבבים פתוח לאוויר במשך 15 דקות.
14. להעביר את השבר מימית משפך, כביסה עם נוספים 1.2 M HCl (4 מ ל), תמצית בתערובת 1:1 דיאתיל אתר/hexanes (3 x 8 מ ל).
    הערה: זו שטיפת אורגני מכילה phenyl עודף יודיד ותוצרי נייטרליים אחרים, יכול להיות מסולק.
15. לנטרל ולעשות בסיסי של תמיסה מימית על ידי תוספת של₄או NH רוויים_(aq) (10 מ"ל הוא נקודת התחלה טובה).
16. לחלץ את שכבה מימית עם דיכלורומתאן (2 x 10 מ"ל).
17. יבש אורגני שברים משולבים מעל נה₂אז₄, ואז לסנן לתוך מדגם tared בקבוקון.
18. להתנדף את הממס , vacuo, נותן את המוצר (2-מתיל-4-phenyl-butanamine) כשמן צהוב.

2. תגובה בקבוקון 7.5 mL (טיהור תנאים – אוויר לא נכלל)

1. להוסיף בר מערבבים בקבוקון יבש 7.5 mL.
2. להוסיף פלדיום אצטט (6.7 מ ג, mmol 0.03 נקודות) למבחנה.
3. להוסיף כסף trifluoroacetate (99.9 mg, 0.45 mmol) למבחנה.
4. מוסיפים יודיד phenyl (92.3 mg, 0.45 mmol) למבחנה.
5. להוסיף טרט-אמין ניטריט (26.3 mg, 0.30 mmol) למבחנה.
6. להוסיף חומצה אצטית (1.0 מ"ל) למבחנה.
   הערה: היחס של פתרון האחסון כדי בקבוקון הגודל חשוב, כפי סובלימציה מיידית של CO₂ על תוספת של קרח יבש ניתן מכנית תחסיר ממס אם גם משמש יחסית לגודל של כלי השיט התגובה.
7. מוסיפים מים יונים (21.7 μL, 12.1 mmol) למבחנה.
8. להקרע המבחנה על איזון, להוסיף כ 98 מ ג של קרח יבש ולאחר מכן אפשר CO₂ ססטפן הנחה עד מסה סופית של 26 מ ג מושגת, ואחריו מיד את המבחנה עם כובע מרופדת PTFE אטימה.
   הערה: אם רצוי, ניתן לבצע שלב זה עם מסה גדולה של קרח יבש לשלול עוד אוויר המבחנה. ראוי לציין כי זה עשוי להציג את המים, ובכך לא ייתכן האסטרטגיה היעילה ביותר עבור המים לתגובות רגישות.
9. מערבבים את המבחנה תגובה אטומה במשך 15 דקות בטמפרטורת החדר.
10. להעביר את מיכל התגובה צלחת מחומם מראש ב 110 מעלות צלזיוס ומערבבים במשך 14 שעות לפני מתן להתקרר.
11. לאחר הקירור, בזהירות פתח המבחנה לפרוק CO₂.
12. הסר את כל שיכללו חומרים נדיפים , vacuo.
    הערה: ניתן לבצע פעולה זו גם המבחנה, או הפתרון ניתן להעביר בקבוקון התחתון עגול גדול יותר.
13. להוסיף תערובת התגובה 1.2 M HCl_(aq) (6 מ ל), ומערבבים פתוח לאוויר במשך 15 דקות.
14. להעביר את השבר מימית משפך, כביסה עם נוספים 1.2 M HCl (4 מ ל), תמצית בתערובת 1:1 דיאתיל אתר/hexanes (3 x 8 מ ל).
    הערה: זו שטיפת אורגני מכילה phenyl עודף יודיד ותוצרי נייטרליים אחרים, יכול להיות מסולק.
15. לנטרל ולעשות בסיסי של תמיסה מימית על ידי תוספת של₄או NH רוויים_(aq) (10 מ"ל הוא נקודת התחלה טובה).
16. לחלץ את שכבה מימית עם דיכלורומתאן (2 x 10 מ"ל).
17. יבש אורגני שברים משולבים מעל נה₂אז₄, ואז לסנן לתוך מדגם tared בקבוקון.
18. להתנדף הממס, vacuo, נותן את המוצר (2-מתיל-4-phenyl-butanamine) כשמן צהוב.

3. תגובה בקבוקון 40 מ"ל (אוויר לא נשלל)

1. להוסיף בר מערבבים בקבוקון יבש 40 מ.
2. להוסיף פלדיום אצטט (33.5 מ ג, 0.15 mmol) למבחנה.
3. להוסיף כסף trifluoroacetate (499.5 מ"ג, 2.25 mmol) למבחנה.
4. מוסיפים יודיד phenyl (461.5 מ"ג, 2.25 mmol) למבחנה.
5. הוסף טרט-ניטריט אמין (131.5 מ ג, 1.5 mmol) למבחנה.
6. להוסיף חומצה אצטית (5.0 מ"ל) למבחנה.
   הערה: היחס של פתרון האחסון כדי בקבוקון הגודל חשוב, כפי סובלימציה מיידית של CO₂ על תוספת של קרח יבש ניתן מכנית תחסיר ממס אם גם משמש יחסית לגודל של כלי השיט התגובה.
7. מוסיפים מים יונים (108.5 μL, 6.02 mmol) למבחנה.
8. שוקל קרח יבש (131.5 מ ג, 3.0 mmol), ולהוסיף מיד קרח יבש המבחנה, תוך הבטחת לחתום גם מיד את המבחנה עם כובע מרופדת PTFE.
   הערה: כל המבצע להתבצע בתוך כ- 5 שניות כדי למנוע בריחה של כמות קטנה של CO₂ הוסיף סובלימציה (זה מואט על ידי היווצרות של חומצה אצטית קפוא מסביב לקרח יבש). הכמות של CO₂ הוסיף יהיה ערך משוער, בידיים שלנו מותרת סטייה של כמה מ ג.
9. מערבבים את המבחנה תגובה אטומה במשך 15 דקות בטמפרטורת החדר.
10. להעביר את מיכל התגובה צלחת מחומם מראש ב 110 מעלות צלזיוס ומערבבים במשך 14 שעות לפני מתן להתקרר.
11. לאחר הקירור, בזהירות פתח המבחנה לפרוק CO₂.
12. הסר את כל שיכללו חומרים נדיפים , vacuo.
    הערה: ניתן לבצע פעולה זו גם המבחנה, או הפתרון ניתן להעביר בקבוקון התחתון עגול גדול יותר.
13. להוסיף תערובת התגובה 1.2 M HCl_(aq) (30 מ ל) ומערבבים פתוח לאוויר במשך 15 דקות.
14. להעביר את השבר מימית משפך, כביסה עם נוספים 1.2 M HCl (20 מ ל), תמצית בתערובת 1:1 דיאתיל אתר/hexanes (3 x 8 מ ל).
    הערה: זו שטיפת אורגני מכילה phenyl עודף יודיד ותוצרי נייטרליים אחרים, יכול להיות מסולק.
15. לנטרל ולעשות בסיסי של תמיסה מימית על ידי תוספת של₄או NH רוויים_(aq) (10 מ"ל הוא נקודת התחלה טובה).
16. לחלץ את שכבה מימית עם דיכלורומתאן (עונה 2 פרק 20 מ"ל).
17. יבש אורגני שברים משולבים מעל נה₂אז₄, ואז לסנן לתוך מדגם tared בקבוקון.
18. להתנדף את הממס , vacuo, נותן את המוצר (2-מתיל-4-phenyl-butanamine) כשמן צהוב.

4. תגובה 35 מ ל צינור לחץ (אוויר לא נשלל)

1. להוסיף בר מערבבים צינור לחץ מ"ל 35 יבש.
2. להוסיף פלדיום אצטט (6.7 מ ג, mmol 0.03 נקודות) הצינור לחץ.
3. להוסיף כסף trifluoroacetate (אות גדולה: 132.5 מ ג, אות קטנה: 0.6 mmol) הצינור לחץ.
4. מוסיפים יודיד phenyl (183.6 mg, 0.9 mmol) הצינור לחץ.
5. להוסיף 2-מתיל -N-(3-methylbenzyl) בוטאן-2-אמין (57.4 mg, 0.3 mmol) אל הצינור לחץ.
6. להוסיף המבחנה, ואחריו 1,1,1,3,3,3, חומצה אצטית (1.0 מ"ל)-hexafluoroisopropanol (1.0 מ"ל).
   הערה: היחס של פתרון האחסון כדי בקבוקון הגודל חשוב, כפי סובלימציה מיידית של CO₂ על תוספת של קרח יבש ניתן מכנית תחסיר ממס אם גם משמש יחסית לגודל של כלי השיט התגובה.
7. להוסיף מים יונים (21.7 μL, 1.2 mmol) הצינור לחץ.
8. שוקל קרח יבש (g ב- 1.32, 30 mmol), ולהוסיף מיד הקרח היבש הצינור לחץ, תוך הבטחת כדי גם מיד חותם הצינור לחץ עם הכיפה בורג טפלון המתאים.
   הערה: כל המבצע להתבצע בתוך כ- 5 שניות כדי למנוע בריחה של כמות קטנה של CO₂ הוסיף סובלימציה (זה מואט על ידי היווצרות של חומצה אצטית קפוא מסביב לקרח יבש). הכמות של CO₂ הוסיף יהיה ערך משוער, בידיים שלנו מותרת סטייה של כמה מ ג.
9. מערבבים בכלי אטום תגובה ל-15 דקות בטמפרטורת החדר.
10. להעביר את מיכל התגובה צלחת מחומם מראש ב 90 מעלות צלזיוס ומערבבים למשך 24 שעות לפני מתן להתקרר.
11. לאחר הקירור, לשים מגבת או מרופד הכפפות של מעל הכיפה ופתח בזהירות את הצינור הלחץ לפרוק CO₂.
12. הסר את כל שיכללו חומרים נדיפים , vacuo.
    הערה: פעולה זו ניתן לבצע בצינור לחץ עם מתאם המתאימה, או הפתרון ניתן להעביר בקבוקון התחתון עגול גדול יותר.
13. להוסיף תערובת התגובה 1.2 M HCl_(aq) (12 מ ל) ומערבבים פתוח לאוויר במשך 15 דקות.
14. להעביר את השבר מימית משפך, כביסה עם נוספים 1.2 M HCl (8 מ ל), תמצית בתערובת 1:1 דיאתיל אתר/hexanes (3 x 8 מ ל).
    הערה: זו שטיפת אורגני מכיל עודף phenyl יודיד ותוצרי נייטרליים אחרים, יכול להיות מסולק.
15. לנטרל ולעשות בסיסי של תמיסה מימית על ידי תוספת של₄או NH רוויים_(aq) (10 מ"ל הוא נקודת התחלה טובה).
16. לחלץ את שכבה מימית עם דיכלורומתאן (2 x 10 מ"ל).
17. יבש אורגני שברים משולבים מעל נה₂אז₄, ואז לסנן לתוך מדגם tared בקבוקון.
18. להתאדות של הממס , vacuo, נותן את המוצר (2-Methyl-N-(3-methylbenzyl)-4-phenylbutan-2-amine) כשמן צהוב.

תוצאות

בעקבות פרוטוקולים אלה, זה אפשרי לחייב בקבוקון התגובה עם הכמות המתאימה של פחמן דו חמצני כדי להשיג תגובות כימיות הדורשים CO₂ אטמוספרות. הלחץ מושגת בשלב 1 מחושבת להיות כ 3 אטמוספרות (ראה דיון לקביעת ערך זה), למרות עקב יוצרות חלקית, הלחץ שנצפה זה הוא 2 אטמוספרות בטמפרטורת ה?...

Discussion

שימוש ואן דר Waals המשוואה של המדינה, הלחץ משוער של מערכות אלה יכול להיות מחושב⁴⁵

הציוד 1:

תחת התנאים 1 לפרוטוקול, אנחנו יכולים להניח 26.3 מ"ג של CO₂ נותן n = 5.98 x 10^-4 mols

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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.