terc-Butyl lithium nebo t-BuLi

Ben Valsler

Tento týden, Katrina Krämer hovoří výzkumník, který doufá, že zkrotit nebezpečné reagencie s slané rozpouštědla.

Katrina Krämer

Tam jsou některé chemické látky, vy opravdu nechcete, aby nepořádek s – dioxygen difluoride, například, který prudce reaguje se všemi druhy sloučenin i při -180°C; nebo rtuť, azid, který nejen vybuchuje při sebemenším provokaci, ale také chrlí toxické sloučeniny rtuti, když to exploduje. Naštěstí se jedná o chemické kuriozity, něco, co vědci udělali jednou, ale je nepravděpodobné, že by to někdy udělali (z dobrého důvodu). Jiné nebezpečné sloučeniny jsou však tak užitečné, že chemici nemohou držet ruce od nich. Jedním z nich je terc-butyl lithium, také nazývané t-BuLi: základ pro syntetické chemiky, který má spíše pyroforickou stránku.

Jako hlavní skupina organokovových chemik, Eva Hevia z University of Strathclyde má nejen pracoval s t-BuLi, ale také se spoustou dalších alkyl sloučenin lithia.

Eva Hevia

Organolithium sloučeniny jsou široce používány po celém světě a to nejen na akademické půdě – v květnu průmyslové a obchodní situace těchto činidel jsou nezbytné. Věřím, že je to 90-95 procent léků, které jsou vyráběny farmaceutickými společnostmi, vyžadují, alespoň v jednom kroku jejich syntézy, použití těchto činidel. Důsledky pro společnost a také pro ekonomiku jsou tedy obrovské.

Katrina Krämer

tyto sloučeniny zůstávají populární částečně kvůli velké polaritě napříč lithium-uhlíkovou vazbou, což je činí extrémně reaktivními.

Eva Hevia

ale samozřejmě, reaktivita vždy přichází s kompromisem. Kompromisem je, že tato činidla někdy trpí nízkou selektivitou; někdy hodně omezují Typ substrátů, se kterými mohou být kompatibilní. Takže pokusit se překonat tato omezení, v mnoha případech budete muset použít tyto činidla za velmi nízké teploty, s rozpouštědly, která jsou poměrně toxická a jste vždy používat v nepřítomnosti vzduchu nebo vlhkosti, protože se rozkládají velmi rychle. A ve skutečnosti je mnoho z nich pyroforických, takže musíte být velmi opatrní, jak manipulujete s těmito činidly. To může být obzvláště náročné, když se díváme na reakce ve větším měřítku v průmyslovém scénáři.

Katrina Krämer

Lithium je jedním z těch prvků, které opravdu chce zbavit jednoho ze svých elektronů, která vede směrem k sousední uhlík. Ale to, co opravdu dělá t-BuLi reaktivní, ve srovnání s jeho mnohem přátelštější lineární bratranec n-butyl-lithium, je to terciární uhlík nemá užívat jednání s lithium je přebytek elektronů. Být obklopen třemi methylovými skupinami, které již mírně darují elektron plus elektron navíc znamená, že centrální uhlík má hodně lokalizovaného záporného náboje. V důsledku toho t-BuLi, je velmi základní a zahraje protony od všeho může dosáhnout: od mírně kyselé organické sloučeniny společného rozpouštědla jako tetrahydrofuran nebo diethyletheru, a, samozřejmě, vody.

dokonce i malé množství vody (jako je vodní pára ve vzduchu) a kyslíku stačí k vyvolání násilné reakce. Při kontaktu se vzduchem t-BuLi spontánně praskne do jasně oranžových plamenů. Protože t-BuLi také reaguje s většinou rozpouštědel, chemické společnosti jej prodávají jako zředěný roztok v nereaktivním hexanu nebo pentanu, které jsou také hořlavé. To znamená, že pokud dojde k požáru organolithia, obvykle je ve směsi také nějaké hořlavé rozpouštědlo.

tragický případ z UCLA student Sheri Sangji, který zemřel v roce 2009 od majora burnse po experimentu zahrnující velké množství t-BuLi pokazilo, měli připomínat každý chemik, že tato sloučenina musí být zacházeno s respektem. Vědci pracující s t-BuLi, musí dodržovat přísná bezpečnostní opatření: při použití pouze malé množství a provádění reakcí za vyloučení vzduchu a vlhkosti, zatímco na sobě nehořlavé oděvy a oba dotčené labmate a nouzovou sprchu v blízkosti jsou holé minimální požadavky na zpracování t-BuLi bezpečně.

zatímco alkyl lithia jsou silná činidla, jsou také náchylná k vedlejším reakcím a vytvářejí zbytečné vedlejší produkty. To, kromě bezpečnostních obav, je důvod, proč chemici obvykle provádějí reakce při -78°C a udržují atmosféru inertního plynu v reakčních nádobách, aby se zabránilo vzduchu a vlhkosti.

Eva Hevia

A myslím, že největší výzvou v tomto typu chemie je, jak můžeme je použít v normálním prostředí, bez přítomnosti argonu nebo dusíku – podle vzduchu – a jak bychom mohli tyto činidla kompatibilní s rozpouštědly, které jsou ekologicky nezávadné. A co jsme zjistili, je, že pokud budeme používat hluboké eutektické rozpouštědla jako alternativbe média – a hluboké eutektické rozpouštědla je nový typ rozpouštědla, týkající se iontové kapaliny, které jsou ekologicky nezávadné, vyrobené z komponentů, které jsou biologicky rozložitelné a biorenewable – pokud jsme použít tyto typy rozpouštědel, můžeme aktivovat organolithium rozpouštědla takovým způsobem, že se reakce dějí velmi rychle při pokojové teplotě. Protože jsou velmi rychlé, nemusíte používat inertní atmosféru a tyto reakce můžete učinit kompatibilními s vodou nebo vlhkostí.

Katrina Krämer

Hluboké eutektické rozpouštědla jsou směsi různých solí, které jsou kapalné při pokojové teplotě. Zatímco většina iontové sloučeniny mají velmi vysoký bod tání (chlorid sodný například hodiny v těsně nad 800 stupňů), míchání správné soli ve správném množství je eutektické – směs, která se taví při mnohem nižší teplotě než jeho jednotlivé součásti. Tato poměrně neobvyklá rozpouštědla jsou netoxická a poměrně levná – jednou ze sloučenin, které tým Hevia používá, je cholin chlorid, kuřecí krmná přísada.

v hlubokých eutektických rozpouštědlech jsou organolithiové reakce mnohem rychlejší než v jakémkoli jiném rozpouštědle. To by naznačovalo, že již vysoce reaktivní Alkyl lithiové sloučeniny se stávají reaktivnějšími ve směsi slaných rozpouštědel, což se zdá být neintuitivní. Jak to, že Hevia tým neměl potřebu řídit reakci ochlazením nebo vedením v inertní atmosféře?

Eva Hevia

Při práci v těchto systémech, hlavním nepřítelem vaší reakce je hydrolýza nebo rozklad vaše organokovové činidlo. Aktivujeme ji tak, abychom překonali tuto rozkladovou cestu. Současně Ladíme jejich selektivitu, takže v typu reakcí, na které se díváme, zjišťujeme, že získáváme lepší selektivitu, než když používáme konvenční rozpouštědla.

Katrina Krämer

Protože jsou tvořeny ionty, hluboké eutektické rozpouštědla jsou velmi dobré na stabilizaci nabitá nebo vysoce polární molekuly, ale přesně, jak pracují jejich kouzlo ještě není jasné. Hevia si myslí, že slaná rozpouštědla by mohla také zkrotit další temperamentnější organokovová činidla.

Eva Hevia

některé z našich počátečních prací ukázaly, že můžeme použít Grignardova činidla, která jsou také velmi zásadní a velmi důležitá při syntéze. A některé práce, které je v současné době v naší výzkumné skupiny ukazují, že tato rozpouštědla nabízejí také velký potenciál pro organo-zinkové činidel, které jsou opět široce zaměstnán v mnoha uhlík-uhlík tvoří procesy, a oni jsou také velmi reaktivní, v přítomnosti vzduchu a vlhkosti. Takže si myslím, že existují dva způsoby, jak se podívat na tuto práci: první, vyvíjíme nové metody, aby použití těchto činidel v environmentálně benigní podmínek, ale za druhé – a to je něco, co skutečně chci zdůraznit – jsme aktivace těchto organokovových činidel, zda je organo-lithiium, -zinek nebo hořčík, aby se jim pracovat ještě lépe, než když používáme inertní atmosféře podmínek nebo těkavých organických rozpouštědel.

Katrina Krämer

i když chemici budou ještě muset zvládnout t-BuLi a jeho bratří s péčí, hluboké eutektické rozpouštědla může pomoci jim vést t-BuLi cannonball reaktivita s více šipky-jako přesnost.

Ben Valsler

To byla Katrina Krämer, řečeno s Eva Hevia z University of Strathclyde o terc-butyl lithium nebo t-BuLi. Příští týden, Brian Clegg je zpět s rodinou sloučenin s některými týkajícími se použití.

Brian Clegg

jsou pozoruhodně konstruktivní-zřídka se přímo používají, ale každý z nich je důležitým přispěvatelem stavebních bloků do jiných sloučenin. Bohužel však některé z těchto finálních produktů mohou být použity v chemických zbraních.

Ben Valsler

Připojte se k Brianovi příští týden a dozvíte se více. Do té doby, dejte nám vědět, jestli existuje něco, co byste chtěli, abychom pokryli-e-mail [email protected] nebo tweet @chemistryworld. Jsem Ben Valsler, díky za poslech.