tert-Butyl lithium of T-BuLi

Ben Valsler

deze week spreekt Katrina Krämer met een onderzoeker die hoopt een gevaarlijk reagens te temmen met zoute oplosmiddelen.

Katrina Krämer

er zijn een aantal chemische stoffen waar je echt niet mee wilt knoeien – difluoride bijvoorbeeld, dat heftig reageert met allerlei soorten verbindingen, zelfs bij -180°C; of kwikazide, dat niet alleen bij de geringste provocatie ontploft, maar ook giftige kwikverbindingen uitspuwt wanneer het explodeert. Gelukkig zijn dit chemische curiositeiten, iets wat onderzoekers ooit hebben gemaakt ,maar waarschijnlijk nooit meer zullen maken (om een goede reden). Andere gevaarlijke stoffen zijn echter zo nuttig dat chemici er niet van af kunnen blijven. Een daarvan is tert-butyl lithium, ook wel t-BuLi genoemd: een nietje voor synthetische chemici dat een nogal pyrofore kant heeft.Als hoofdgroep organometaalchemicus werkte Eva Hevia van de Universiteit van Strathclyde niet alleen met T-BuLi, maar ook met veel andere alkyllithiumverbindingen.

Eva Hevia

Organolithiumverbindingen worden over de hele wereld veel gebruikt en het is niet alleen in de academische wereld – in industriële en commerciële situaties van mei zijn deze reagentia essentieel. Ik geloof dat 90-95 procent van de geneesmiddelen die worden vervaardigd door farmaceutische bedrijven, ze vereisen, tenminste in één stap van hun synthese, het gebruik van deze reagentia. Dus de implicaties voor de samenleving, en ook voor de economie, zijn enorm.

Katrina Krämer

deze verbindingen blijven populair vanwege de grote polariteit over de lithium-koolstofbinding, waardoor ze extreem reactief zijn.

Eva Hevia

maar natuurlijk, reactiviteit komt altijd met een trade off. De trade off hier is dat deze reagentia soms last hebben van lage selectiviteit; soms beperken ze veel het type substraten waarmee ze compatibel kunnen zijn. Om te proberen deze beperkingen te overwinnen, moet je in veel gevallen deze reagentia gebruiken onder zeer lage temperaturen, met oplosmiddelen die relatief giftig zijn en je moet ze altijd gebruiken bij afwezigheid van lucht of vocht omdat ze zeer snel ontbinden. In feite zijn veel van hen pyrofoor, dus je moet heel voorzichtig zijn hoe je deze reagentia manipuleert. Dit kan bijzonder uitdagend zijn wanneer we kijken naar reacties op grotere schaal in een industrieel scenario.

Katrina Krämer

Lithium is een van die elementen die zich echt wil ontdoen van een van zijn elektronen, die het naar de naburige koolstof duwt. Maar wat t-BuLi echt reactief maakt, vergeleken met zijn veel vriendelijker lineaire neef n-butyl lithium, is dat de tertiaire koolstof niet graag te maken heeft met lithium ‘ s overtollige elektron. Omringd zijn door drie methylgroepen die al licht elektrondoneren plus het extra elektron betekent dat de centrale koolstof veel gelokaliseerde negatieve lading heeft. T-BuLi is dus zeer basisch en plukt protonen van alles wat het kan bereiken: van licht zure organische verbindingen tot gewone oplosmiddelen zoals tetrahydrofuran of diethylether, en natuurlijk water.

zelfs kleine hoeveelheden water (zoals waterdamp in lucht) en zuurstof zijn voldoende om een heftige reactie te veroorzaken. Bij contact met lucht barst t-BuLi spontaan uit in fel oranje vlammen. Aangezien T-BuLi ook met de meeste oplosmiddelen reageert, verkopen chemische bedrijven het als verdunde oplossing in niet-reactieve hexaan of pentaan, die beide ook ontvlambaar zijn. Dit betekent dat als er een organolithiumbrand is, er meestal ook een soort brandbaar oplosmiddel in de mix zit.

het tragische geval van De UCLA student Sheri Sangji, die stierf in 2009 uit grote brandwonden na een experiment waarbij grote hoeveelheden t-BuLi ging het mis, moet herinneren aan elke apotheek dat deze verbinding moet met respect worden behandeld. Onderzoekers die met t-BuLi werken moeten zich houden aan strenge veiligheidsmaatregelen: het gebruik van slechts kleine hoeveelheden en het uitvoeren van reacties onder uitsluiting van lucht en vocht tijdens het dragen van niet-brandbare Kleding en het hebben van zowel een betrokken labmate en een nooddouche in de buurt zijn de absolute minimumvereisten om t-BuLi veilig te hanteren.Hoewel alkyllithiums krachtige reagentia zijn, zijn ze ook vatbaar voor nevenreacties, waardoor nutteloze bijproducten ontstaan. Dit, bovenop de veiligheidskwesties, is waarom chemici gewoonlijk reacties bij -78°C uitvoeren en een inert gasatmosfeer binnen de reactievaten handhaven om lucht en vocht buiten te houden.

Eva Hevia

en ik veronderstel dat de ultieme uitdaging in dit type chemie is hoe we ze kunnen gebruiken in een normale atmosfeer, zonder de aanwezigheid van argon of stikstofgas – onder lucht – en hoe we deze reagentia compatibel kunnen maken met oplosmiddelen die milieuvriendelijk zijn. En wat we hebben ontdekt is dat als we diepe eutectische oplosmiddelen gebruiken als alternatieve media – en een diepe eutectische oplosmiddel is een nieuw soort oplosmiddel, gerelateerd aan Ionische vloeistoffen, die milieuvriendelijk zijn, bestaande uit componenten die biologisch afbreekbaar en biorenewable zijn – als we dit soort oplosmiddelen gebruiken, kunnen we organolithiumoplossingen zo activeren dat de reacties extreem snel gebeuren bij kamertemperatuur. Omdat ze erg snel zijn, hoeft u geen inerte atmosfeer te gebruiken, en u kunt deze reacties compatibel maken met water of vocht.

Katrina Krämer

diepe eutectische oplosmiddelen zijn mengsels van verschillende zouten die vloeibaar zijn bij kamertemperatuur. Terwijl de meeste ionverbindingen een zeer hoog smeltpunt hebben (natriumchloride bijvoorbeeld klokt in bij iets meer dan 800 graden), maakt het mengen van de juiste zouten in de juiste hoeveelheden een eutecticum – een mengsel dat smelt bij een veel lagere temperatuur dan de afzonderlijke componenten. Deze vrij ongebruikelijke oplosmiddelen zijn niet giftig en vrij goedkoop – een van de verbindingen die Hevia ‘ s team gebruikt is cholinechloride, een kippenvoeradditief.

in diepe eutectische oplosmiddelen zijn organolithiumreacties veel sneller dan in enig ander oplosmiddel. Dit zou erop wijzen dat reeds zeer reactieve alkyl lithiumverbindingen reactief worden in het zoute oplosmiddelmengsel, dat contra-intuïtief lijkt. Waarom had Hevia ‘ s team geen behoefte om de reactie te beheersen door het af te koelen of onder inerte atmosfeer uit te voeren?

Eva Hevia

wanneer u in deze systemen werkt, is de belangrijkste vijand van uw reacties hydrolyse of afbraak van uw organometaalreagens. Dus we activeren het op een manier dat we dit afbraakpad kunnen overwinnen. Tegelijkertijd stemmen we hun selectiviteit af, dus vinden we in het soort reacties dat we bekijken dat we betere selectiviteit krijgen dan wanneer we conventionele oplosmiddelen gebruiken.

Katrina Krämer

omdat ze uit ionen bestaan, zijn diepe eutectische oplosmiddelen zeer goed in het stabiliseren van geladen of zeer polaire moleculen; maar hoe ze precies werken is nog niet duidelijk. Hevia denkt dat de zoute oplosmiddelen ook andere meer pittige organometallische reagentia kunnen temmen.

Eva Hevia

sommige van ons eerste werk heeft aangetoond dat we Grignard-reagentia kunnen gebruiken, die ook zeer fundamenteel en zeer belangrijk zijn in de synthese. Een deel van het werk dat momenteel in onze onderzoeksgroepen wordt uitgevoerd, toont aan dat deze oplosmiddelen ook een groot potentieel bieden voor organo-zinkreagentia die opnieuw op grote schaal worden gebruikt in vele koolstof-koolstofbindingsprocessen, en ze zijn ook zeer reactief in aanwezigheid van lucht en vocht. Ik denk dat er twee manieren zijn om naar dit werk te kijken: ten eerste ontwikkelen we nieuwe methoden om deze reagentia onder milieuvriendelijke omstandigheden te gebruiken, maar ten tweede – en dat wil ik echt benadrukken – activeren we deze organometallische reagentia, of het nu gaat om organolithium, zink of magnesium, om ze nog beter te laten werken dan wanneer we gebruik maken van inerte atmosfeer of vluchtige organische oplosmiddelen.

Katrina Krämer

hoewel chemici t-BuLi en zijn broeders nog steeds zorgvuldig moeten behandelen, kunnen diepe eutectische oplosmiddelen hen helpen om de reactiviteit van t-BuLi met meer pijlachtige precisie te leiden.

Ben Valsler

dat was Katrina Krämer, die met Eva Hevia van de Universiteit van Strathclyde sprak over tert-butyl lithium of T-BuLi. Volgende week, Brian Clegg is terug met een familie van verbindingen met een aantal met betrekking tot toepassingen.

Brian Clegg

ze zijn opmerkelijk constructief-zelden direct van nut zelf, maar elk is een belangrijke bijdrage van bouwstenen aan andere verbindingen. Helaas kunnen sommige van deze eindproducten echter in chemische wapens worden gebruikt.

Ben Valsler

ga volgende week naar Brian om meer te weten te komen. Tot die tijd, laat het ons weten als er iets is dat u wilt dat we te dekken-e-mail [email protected] of tweet @chemistryworld. Ik ben Ben Valsler, bedankt voor het luisteren.