tert-Butyl lithium o t-BuLi

Ben Valsler

Questa settimana, Katrina Krämer parla con un ricercatore che spera di domare un pericoloso reagente con solventi salati.

Katrina Krämer

Ci sono alcune sostanze chimiche con cui non vuoi davvero scherzare: il difluoruro di diossigeno, ad esempio, che reagisce violentemente con tutti i tipi di composti anche a -180°C; o l’azide di mercurio, che non solo esplode alla minima provocazione, ma sputa anche composti tossici di mercurio quando esplode. Fortunatamente, queste sono curiosità chimiche, qualcosa che i ricercatori hanno fatto una volta, ma è improbabile che facciano mai più (per una buona ragione). Tuttavia, altri composti pericolosi sono così utili che i chimici non possono tenere le mani fuori di loro. Uno di questi è il litio terz-butilico, chiamato anche t-BuLi: un fiocco per i chimici sintetici che ha un lato piuttosto piroforico.

Come chimico organometallico di gruppo principale, Eva Hevia dell’Università di Strathclyde non solo ha lavorato con t-BuLi ma anche con molti altri composti alchil-litio.

Eva Hevia

Organolithium composti sono ampiamente utilizzati in tutto il mondo e non solo in ambito accademico – nel maggio industriale e commerciale di questi reagenti sono essenziali. Credo che sia il 90-95 per cento dei farmaci che sono fabbricati da aziende farmaceutiche, richiedono, almeno in una fase della loro sintesi, l’uso di questi reagenti. Quindi le implicazioni per la società, e anche per l’economia, sono vaste.

Katrina Krämer

Questi composti rimangono popolari in parte a causa della grande polarità attraverso il legame litio-carbonio, che li rende estremamente reattivi.

Eva Hevia

Ma naturalmente, la reattività viene sempre con un compromesso. Il compromesso qui è che questi reagenti a volte soffrono di bassa selettività; a volte limitano molto il tipo di substrati con cui possono essere compatibili. Quindi, per cercare di superare queste limitazioni, in molti casi è necessario utilizzare questi reagenti a temperature molto basse, con solventi che sono relativamente tossici e bisogna sempre usarli in assenza di aria o umidità perché si decompongono molto rapidamente. E infatti, molti di loro sono piroforici, quindi devi stare molto attento a come manipoli questi reagenti. Questo può essere particolarmente impegnativo quando stiamo guardando le reazioni su scala più ampia in uno scenario industriale.

Katrina Krämer

Il litio è uno di quegli elementi che vuole davvero liberarsi di uno dei suoi elettroni, che spinge verso il carbonio vicino. Ma ciò che rende veramente reattivo t-BuLi, rispetto al suo cugino lineare molto più amichevole n-butil litio, è che il carbonio terziario non gode di trattare con l’elettrone in eccesso di litio. Essere circondato da tre gruppi metilici che stanno già donando elettrone leggermente più l’elettrone in più significa che il carbonio centrale ha molta carica negativa localizzata. Di conseguenza, il t-BuLi è altamente basico e strappa i protoni da tutto ciò che può raggiungere: dai composti organici leggermente acidi ai comuni solventi come il tetraidrofurano o l’etere dietilico e, naturalmente, l’acqua.

Anche piccole quantità di acqua (come il vapore acqueo nell’aria) e ossigeno sono sufficienti per produrre una reazione violenta. A contatto con l’aria, t-BuLi scoppia spontaneamente in fiamme arancioni brillanti. Poiché t-BuLi reagisce anche con la maggior parte dei solventi, le aziende chimiche lo vendono come soluzione diluita in esano o pentano non reattivo, entrambi anche infiammabili. Ciò significa che se c’è un incendio di organolithium, di solito c’è anche qualche tipo di solvente infiammabile nel mix.

Il tragico caso di UCLA studente Sheri Sangji, morto nel 2009 da ustioni gravi dopo un esperimento che coinvolgono grandi quantità di t-BuLi è andato storto, dovrebbe ricordare ogni farmacia che questo composto ha bisogno di essere trattati con rispetto. I ricercatori che lavorano con t-BuLi devono rispettare severe misure di sicurezza: utilizzando solo piccole quantità e l’esecuzione di reazioni sotto esclusione di aria e umidità mentre indossa indumenti non infiammabili e avendo sia un labmate interessato e una doccia di emergenza nelle vicinanze sono i requisiti minimi di manipolazione t-BuLi in modo sicuro.

Mentre gli alchil lithi sono reagenti potenti, sono anche soggetti a reazioni collaterali, formando sottoprodotti inutili. Questo, oltre ai problemi di sicurezza, è il motivo per cui i chimici di solito effettuano reazioni a -78°C e mantengono un’atmosfera di gas inerte all’interno dei vasi di reazione per tenere fuori aria e umidità.

Eva Hevia

E suppongo che l’ultima sfida in questo tipo di chimica sia come possiamo usarli in un’atmosfera normale, senza la presenza di argon o gas azoto – sotto l’aria – e come possiamo rendere questi reagenti compatibili con solventi che sono ecologici. E quello che abbiamo trovato è che se usiamo una profonda eutettico solventi come alternativbe media – e una profonda eutettico solvente è un nuovo tipo di solvente, relative ai liquidi ionici, che sono rispettosi dell’ambiente, fatto di componenti che sono biodegradabili e biorenewable – se vogliamo usare questo tipo di solventi siamo in grado di attivare organolithium solventi in modo che le reazioni avvengono molto rapidamente a temperatura ambiente. Poiché sono molto veloci, non è necessario utilizzare un’atmosfera inerte e si possono rendere queste reazioni compatibili con acqua o umidità.

Katrina Krämer

I solventi eutettici profondi sono miscele di sali diversi che sono liquidi a temperatura ambiente. Mentre la maggior parte dei composti ionici hanno un punto di fusione molto elevato (cloruro di sodio per esempio orologi in appena sopra 800 gradi), mescolando i sali giusti nelle giuste quantità rende un eutettico – una miscela che si scioglie ad una temperatura molto più bassa rispetto ai suoi singoli componenti. Questi solventi piuttosto insoliti non sono tossici e abbastanza economici – uno dei composti utilizzati dal team di Hevia è il cloruro di colina, un additivo per mangimi per polli.

Nei solventi eutettici profondi, le reazioni di organolitio sono molto più veloci che in qualsiasi altro solvente. Ciò suggerirebbe che i composti alchil-litio già altamente reattivi stanno diventando più reattivi nella miscela di solventi salati, il che sembra controintuitivo. Come mai la squadra di Hevia non aveva bisogno di controllare la reazione raffreddandola o conducendola in atmosfera inerte?

Eva Hevia

Quando lavori in questi sistemi, il nemico principale delle tue reazioni è l’idrolisi o la decomposizione del tuo reagente organometallico. Quindi lo attiviamo in un modo che possiamo superare questo percorso di decomposizione. Allo stesso tempo, sintonizziamo la loro selettività, quindi stiamo scoprendo nel tipo di reazioni che stiamo guardando che stiamo ottenendo migliori selettività rispetto a quando usiamo solventi convenzionali.

Katrina Krämer

Poiché sono costituiti da ioni, i solventi eutettici profondi sono molto bravi a stabilizzare molecole cariche o altamente polari; ma esattamente come funzionano la loro magia non è ancora chiaro. Hevia pensa che i solventi salati potrebbero anche domare altri reagenti organometallici più vivaci.

Eva Hevia

Alcuni dei nostri lavori iniziali hanno dimostrato che possiamo utilizzare reagenti Grignard che sono anche molto fondamentali e molto importanti nella sintesi. E alcuni dei lavori attualmente in corso nei nostri gruppi di ricerca dimostrano che questi solventi offrono anche un grande potenziale per i reagenti organo-zinco che sono ampiamente utilizzati in molti processi di formazione del legame carbonio-carbonio, e sono anche molto reattivi in presenza di aria e umidità. Quindi penso che ci siano due modi per guardare a questo lavoro: in primo luogo, stiamo sviluppando nuovi metodi per utilizzare questi reagenti in condizioni ambientali benigne, ma in secondo luogo – e questo è qualcosa che voglio sottolineare – stiamo attivando questi reagenti organometallici, che si tratti di organo-lithiio,- zinco o-magnesio, per farli funzionare ancora meglio rispetto a quando usiamo condizioni atmosferiche inerti o solventi organici volatili.

Katrina Krämer

Sebbene i chimici dovranno ancora gestire t-BuLi e i suoi fratelli con cura, i solventi eutettici profondi possono aiutarli a guidare la reattività della palla di cannone di t-BuLi con una precisione più simile a una freccia.

Ben Valsler

Quella era Katrina Krämer, parlando con Eva Hevia dell’Università di Strathclyde sul litio tert-butilico o t-BuLi. La prossima settimana, Brian Clegg è tornato con una famiglia di composti con alcuni usi riguardanti.

Brian Clegg

Essi sono notevolmente costruttivi – raramente direttamente di utilizzare se stessi, ma ciascuno è un importante contributo di mattoni ad altri composti. Purtroppo, però, alcuni di questi prodotti finali possono essere utilizzati in armi chimiche.

Ben Valsler

Unisciti a Brian la prossima settimana per saperne di più. Fino ad allora, facci sapere se c’è qualcosa che vorresti che coprissimo-email [email protected] o tweet @ chemistryworld. Sono Ben Valsler, grazie per l’ascolto.