tert-Butyylilitium tai t-BuLi

Ben Valsler

tällä viikolla Katrina Krämer puhuu tutkijalle, joka toivoo kesyttävänsä vaarallisen reagenssin suolaisilla liuottimilla.

Katrina Krämer

on joitakin kemikaaleja, joiden kanssa ei todellakaan kannata sotkea – esimerkiksi dioksiinidifluoridi, joka reagoi kiivaasti kaikenlaisten yhdisteiden kanssa jopa -180°C: n lämpötilassa; tai elohopea-atsidi, joka paitsi räjähtää pienimmästäkin ärsytyksestä, myös sylkee räjähtäessään myrkyllisiä elohopeayhdisteitä. Onneksi nämä ovat kemiallisia kuriositeetteja, jotain tutkijat tekivät kerran, mutta eivät todennäköisesti koskaan tee uudelleen (hyvästä syystä). Muut vaaralliset yhdisteet ovat kuitenkin vain niin hyödyllisiä, etteivät kemistit malta pitää näppejään erossa niistä. Yksi niistä on tert-butyylilitium, jota kutsutaan myös T-Buliksi: synteettisten kemistien katkokuitu, jolla on melko pyroforinen puoli.

pääryhmänä organometallikemisti Eva Hevia Strathclyden yliopistosta on työskennellyt t-Bulin lisäksi myös monien muiden alkyylilitiumyhdisteiden kanssa.

Eva Hevia

Organolitiumyhdisteitä käytetään laajalti ympäri maailmaa, eikä vain akateemisessa maailmassa-toukokuussa teollisissa ja kaupallisissa tilanteissa nämä reagenssit ovat välttämättömiä. Uskon, että 90-95 prosenttia lääkeyhtiöiden valmistamista lääkkeistä vaatii, ainakin yhdessä synteesinsä vaiheessa, näiden reagenssien käyttöä. Seuraukset yhteiskunnalle ja myös taloudelle ovat siis valtavat.

Katrina Krämer

nämä yhdisteet ovat edelleen suosittuja osittain johtuen litium-hiili-sidoksen suuresta polaarisuudesta, mikä tekee niistä erittäin reaktiivisia.

Eva heviä

, mutta toki reaktiivisuuteen tulee aina vaihtokauppa pois. Kauppa pois tässä on, että nämä reagenssit joskus kärsivät alhainen valikoivuus; joskus ne rajoittavat paljon tyypin substraatteja, että ne voivat olla yhteensopivia. Joten yrittää voittaa nämä rajoitukset, monissa tapauksissa sinun täytyy käyttää näitä reagensseja hyvin alhaisissa lämpötiloissa, liuottimia, jotka ovat suhteellisen myrkyllisiä, ja sinun täytyy aina käyttää niitä ilman tai kosteuden, koska ne hajoavat hyvin nopeasti. Itse asiassa monet niistä ovat pyroforisia, joten on oltava hyvin varovainen, miten näitä reagensseja manipuloidaan. Tämä voi olla erityisen haastavaa, kun tarkastellaan laajemmassa mittakaavassa reaktioita teollisessa skenaariossa.

Katrina Krämer

Litium on yksi niistä alkuaineista, jotka todella haluavat päästä eroon yhdestä elektronistaan, jonka se työntää kohti viereistä hiiltä. Mutta mikä todella tekee T-Bulista reaktiivisen verrattuna paljon ystävällisempään lineaariseen serkkuunsa n-butyylilitiumiin, on se, että tertiäärinen hiili ei nauti litiumin ylijäämäelektronista. Koska ympärillä on kolme metyyliryhmää, jotka ovat jo lievästi elektroneja luovuttamassa yhdessä ylimääräisen elektronin kanssa, keskushiilessä on paljon paikallista negatiivista varausta. Näin ollen t-BuLi on erittäin emäksinen ja nyppii protoneja kaikesta, mihin se pääsee: lievästi happamista orgaanisista yhdisteistä tavallisiin liuottimiin kuten tetrahydrofuraaniin tai dietyylieetteriin, ja tietenkin veteen.

pienetkin määrät vettä (kuten vesihöyry ilmassa) ja happea riittävät tuottamaan rajun reaktion. Joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa t-BuLi syttyy itsestään kirkkaan oransseihin liekkeihin. Koska t-BuLi reagoi myös useimpien liuottimien kanssa, kemiantehtaat myyvät sitä laimeana liuoksena reagoimattomassa heksaanissa tai pentaanissa, jotka molemmat ovat myös syttyviä. Tämä tarkoittaa, että jos on organolitium tulipalo, seoksessa on yleensä myös jotain syttyvää liuotinta.

UCLA: n opiskelijan Sheri Sangjin traaginen tapaus, joka kuoli vuonna 2009 suuriin palovammoihin sen jälkeen, kun koe, jossa oli suuria määriä t-Bulia, meni pieleen, muistuttaa jokaista kemistiä siitä, että tätä yhdistettä on kohdeltava kunnioittavasti. T-Bulin kanssa työskentelevien tutkijoiden on noudatettava tiukkoja turvatoimia: t-Bulin Turvallisen käsittelyn vähimmäisvaatimuksia ovat vain pienten määrien käyttö ja reaktioiden suorittaminen ilman ja kosteuden poissulkemisena palamattomissa vaatteissa sekä se, että lähistöllä on sekä huolestunut labmate että hätäsuihku.

vaikka alkyylilitiumit ovat voimakkaita reagensseja, ne ovat myös alttiita sivureaktioille muodostaen hyödyttömiä sivutuotteita. Turvallisuusnäkökohtien lisäksi kemistit suorittavat reaktiot yleensä -78°C: n lämpötilassa ja ylläpitävät reaktioastioissa inerttiä kaasuilmaa pitääkseen ilman ja kosteuden poissa.

Eva Hevia

ja oletan, että tämän tyyppisen kemian perimmäinen haaste on se, miten voimme käyttää niitä normaalissa ilmakehässä ilman alla olevaa argonia tai typpikaasua ja miten voimme tehdä näistä reagensseista yhteensopivia ympäristölle haitallisten liuottimien kanssa. Ja mitä olemme havainneet on, että jos käytämme syviä eutektisia liuottimia vaihtoehtoisena väliaineena – ja syvä eutektinen liuotin on uudentyyppinen liuotin, joka liittyy ionisiin nesteisiin, jotka ovat ympäristön kannalta suotuisia, jotka koostuvat biohajoavista ja bioenergiankelpoisista komponenteista – jos käytämme tällaisia liuottimia, voimme aktivoida organolitiumliuottimia siten, että reaktiot tapahtuvat erittäin nopeasti huoneenlämmössä. Koska ne ovat hyvin nopeita, sinun ei tarvitse käyttää inerttiä ilmakehää, ja voit tehdä näistä reaktioista yhteensopivia veden tai kosteuden kanssa.

Katrina Krämer

syvät Eutektiset liuottimet ovat eri suolojen seoksia, jotka ovat huoneenlämpötilassa nestemäisiä. Vaikka useimmilla ioniyhdisteillä on erittäin korkea sulamispiste (natriumkloridi esimerkiksi kelluu hieman yli 800 asteessa), oikeiden suolojen sekoittaminen oikeisiin määriin tekee eutektiseksi – seoksen, joka sulaa huomattavasti alhaisemmassa lämpötilassa kuin sen yksittäiset komponentit. Nämä melko epätavalliset liuottimet ovat myrkyttömiä ja melko halpoja – yksi hevian ryhmän käyttämistä yhdisteistä on kananrehun lisäaineena käytetty koliinikloridi.

syvissä eutektisissa liuottimissa organolitiumreaktiot ovat paljon nopeampia kuin millään muulla liuottimella. Tämä viittaisi siihen, että jo valmiiksi hyvin reaktiiviset alkyylilitiumyhdisteet ovat muuttumassa reaktiivisemmiksi suolaisessa liuotinseoksessa, joka vaikuttaa vasta-aineelta. Miksi Hevian tiimillä ei ollut tarvetta kontrolloida reaktiota jäähdyttämällä sitä tai johtamalla sitä inertissä ilmakehässä?

Eva Hevia

kun työskentelet näissä järjestelmissä, reaktioidesi päävihollinen on organometallireagenssin hydrolyysi tai hajoaminen. Aktivoimme sen niin, että voimme voittaa tämän mätänemisreitin. Samalla säädämme niiden selektiivisyyttä, joten havaitsemme tarkastelemissamme reaktiotyypeissä, että saamme parempia selektiivisyyksiä kuin käytettäessä tavanomaisia liuottimia.

Katrina Krämer

koska ne koostuvat ioneista, syvät eutektiset liuottimet ovat erittäin hyviä stabiloimaan varautuneita tai voimakkaasti polaarisia molekyylejä; mutta miten ne tarkalleen toimivat, niiden taika ei ole vielä selvillä. Hevian mielestä suolaiset liuottimet voisivat kesyttää myös muita spiraalimaisempia organometallireagensseja.

Eva Hevia

jotkut alustavat työmme ovat osoittaneet, että voimme käyttää Grignard-reagensseja, jotka ovat myös hyvin perustavanlaatuisia ja tärkeitä synteesissä. Osa tutkimusryhmissämme parhaillaan tehtävästä työstä osoittaa, että nämä liuottimet tarjoavat myös suuren potentiaalin orgaanis-sinkkireagensseille, joita taas käytetään laajalti monissa hiili-hiili-sidosten muodostusprosesseissa, ja ne ovat myös hyvin reaktiivisia ilman ja kosteuden läsnä ollessa. Joten mielestäni on kaksi tapaa tarkastella tätä työtä: ensinnäkin kehitämme uusia menetelmiä näiden reagenssien käyttämiseksi ympäristön kannalta suotuisissa olosuhteissa, mutta toiseksi – ja tätä haluan todella korostaa – aktivoimme nämä organometallireagenssit, olivatpa ne sitten organolitium -, sinkki-tai magnesiumreagensseja, jotta ne toimisivat vielä paremmin kuin käytettäessä inerttejä ilmakehäolosuhteita tai haihtuvia orgaanisia liuottimia.

Katrina Krämer

vaikka kemistien on vielä käsiteltävä t-Bulia ja sen veljiä huolella, syvien eutektisten liuottimien avulla he voivat ohjata t-Bulin tykinkuulan reaktiivisuutta nuolimaisemmalla tarkkuudella.

Ben Valsler

se oli Katrina Krämer, joka puhui Strathclyden yliopiston Eva Hevian kanssa tert-butyylilitiumista eli t-Bulista. Ensi viikolla Brian Clegg on taas perheen yhdisteitä joitakin koskevat käyttötarkoitukset.

Brian Clegg

ne ovat huomattavan rakentavia – harvoin suoraan käytössä itsessään, mutta jokainen on tärkeä rakennusaineiden tekijä muille yhdisteille. Valitettavasti joitakin näistä lopputuotteista voidaan kuitenkin käyttää kemiallisissa aseissa.

Ben Valsler

liity Brianin seuraan ensi viikolla selvittämään asiaa. Siihen asti, kerro meille, jos on jotain haluat meidän kansi-Sähköposti [email protected] tai twiittaa @chemistryworld. Olen Ben Valsler.Kiitos, että kuuntelit.