litu tert-butylowego lub T-BuLi

Ben Valsler

w tym tygodniu Katrina Krämer rozmawia z naukowcem, który ma nadzieję oswoić niebezpieczny odczynnik słonymi rozpuszczalnikami.

Katrina Krämer

istnieją pewne chemikalia, z którymi naprawdę nie chcesz zadzierać – na przykład dioksygenowy difluorek, który reaguje gwałtownie z wszelkiego rodzaju związkami nawet w temperaturze -180°C; lub azydek rtęci, który nie tylko detonuje przy najmniejszym prowokacji, ale także wypluwa toksyczne związki rtęci, gdy eksploduje. Na szczęście są to ciekawostki chemiczne, coś, co naukowcy zrobili raz, ale jest mało prawdopodobne, aby kiedykolwiek ponownie (nie bez powodu). Jednak inne niebezpieczne związki są tak przydatne, że chemicy nie mogą trzymać rąk z dala od nich. Jednym z nich jest lit tert-butylowy, zwany również t-BuLi: podstawowy dla chemików syntetycznych, który ma raczej piroforyczną stronę.

jako główny chemik organometaliczny grupy, Eva Hevia z Uniwersytetu Strathclyde pracowała nie tylko z T-BuLi, ale także z wieloma innymi związkami alkilowymi litu.

Eva Hevia

związki organiczne są szeroko stosowane na całym świecie i to nie tylko w środowisku akademickim – w maju sytuacje przemysłowe i handlowe te odczynniki są niezbędne. Uważam, że to 90-95% leków produkowanych przez firmy farmaceutyczne wymaga, przynajmniej na jednym etapie ich syntezy, użycia tych odczynników. Implikacje dla społeczeństwa, a także dla gospodarki są ogromne.

Katrina Krämer

związki te pozostają popularne częściowo ze względu na dużą polaryzację wiązania litowo-węglowego, co czyni je niezwykle reaktywnymi.

Eva Hevia

ale oczywiście reaktywność zawsze wiąże się z wymianą. Kompromis polega na tym, że te odczynniki czasami cierpią z powodu niskiej selektywności; czasami bardzo ograniczają rodzaj substratów, z którymi mogą być kompatybilne. Aby przezwyciężyć te ograniczenia, w wielu przypadkach trzeba używać tych odczynników w bardzo niskich temperaturach, z rozpuszczalnikami, które są stosunkowo toksyczne i zawsze trzeba ich używać przy braku powietrza lub wilgoci, ponieważ bardzo szybko się rozkładają. Wiele z nich jest piroforycznych, więc musicie być bardzo ostrożni, jak manipulujecie tymi odczynnikami. Może to być szczególnie trudne, gdy patrzymy na reakcje na większą skalę w scenariuszu przemysłowym.

Katrina Krämer

Lit jest jednym z tych pierwiastków, które naprawdę chcą pozbyć się jednego ze swoich elektronów, który popycha w kierunku sąsiedniego węgla. Ale to, co naprawdę sprawia, że t-BuLi jest reaktywny, w porównaniu z jego znacznie bardziej przyjaznym liniowym kuzynem N-butylowym litem, to fakt, że trzeciorzędowy węgiel nie lubi radzić sobie z nadmiarem elektronu litu. Otoczenie przez trzy grupy metylowe, które są już łagodnie elektronami plus dodatkowy elektron oznacza, że centralny węgiel ma dużo zlokalizowanego ładunku ujemnego. W związku z tym t-BuLi jest wysoce zasadowy i wyrywa protony ze wszystkiego, do czego może dotrzeć: od lekko kwaśnych związków organicznych do zwykłych rozpuszczalników, takich jak tetrahydrofuran lub eter dietylowy, i oczywiście woda.

nawet niewielkie ilości wody (takie jak para wodna w powietrzu) i tlenu wystarczają do wywołania gwałtownej reakcji. Po kontakcie z powietrzem, t-BuLi spontanicznie wybucha w jasnych pomarańczowych płomieniach. Ponieważ t-BuLi reaguje również z większością rozpuszczalników, firmy chemiczne sprzedają go jako rozcieńczony roztwór w niereaktywnym heksanie lub pentanie, z których oba są również łatwopalne. Oznacza to, że w przypadku pożaru organolitu w mieszance znajduje się zwykle łatwopalny rozpuszczalnik.

tragiczny przypadek studentki UCLA Sheri Sangji, która zmarła w 2009 roku z powodu poważnych oparzeń po nieudanym eksperymencie z udziałem dużych ilości t-BuLi, powinien przypomnieć każdemu chemikowi, że związek ten należy traktować z szacunkiem. Naukowcy pracujący z t-BuLi muszą przestrzegać ścisłych środków bezpieczeństwa: używanie tylko małych ilości i Przeprowadzanie reakcji z wyłączeniem powietrza i wilgoci podczas noszenia niepalnej odzieży oraz posiadanie w pobliżu zainteresowanego labmate ’ a i prysznica awaryjnego to minimalne wymagania dotyczące bezpiecznego obchodzenia się z t-BuLi.

podczas gdy Lithium alkilowe są silnymi odczynnikami, są również podatne na reakcje uboczne, tworząc bezużyteczne produkty uboczne. To, oprócz kwestii bezpieczeństwa, dlatego chemicy zwykle przeprowadzają reakcje w temperaturze -78°C i utrzymują atmosferę gazu obojętnego w zbiornikach reakcyjnych, aby utrzymać powietrze i wilgoć.

Eva Hevia

i przypuszczam, że ostatecznym wyzwaniem w tego typu chemii jest to, jak możemy je wykorzystać w normalnej atmosferze, bez obecności argonu lub azotu – pod powietrzem – i jak możemy sprawić, że te odczynniki będą kompatybilne z rozpuszczalnikami, które są przyjazne dla środowiska. Odkryliśmy, że jeśli użyjemy głębokich rozpuszczalników eutektycznych jako nośnika alternatywnego – a głęboki rozpuszczalnik eutektyczny to nowy rodzaj rozpuszczalnika, związany z cieczami jonowymi, które są przyjazne dla środowiska, składające się ze składników ulegających biodegradacji i biorenewable – jeśli użyjemy tego typu rozpuszczalników, możemy aktywować rozpuszczalniki organolitu w taki sposób, że reakcje zachodzą bardzo szybko w temperaturze pokojowej. Ponieważ są one bardzo szybkie, nie trzeba używać obojętnej atmosfery, a te reakcje można dostosować do wody lub wilgoci.

Katrina Krämer

Głębokie rozpuszczalniki eutektyczne są mieszaninami różnych soli, które są płynne w temperaturze pokojowej. Podczas gdy większość związków jonowych ma bardzo wysoką temperaturę topnienia (chlorek sodu na przykład zegary w nieco powyżej 800 stopni), mieszanie odpowiednich soli w odpowiednich ilościach tworzy eutektykę – mieszaninę, która topi się w znacznie niższej temperaturze niż jej poszczególne składniki. Te dość nietypowe rozpuszczalniki są nietoksyczne i dość tanie – jednym ze związków, których używa zespół Hevii, jest chlorek choliny, dodatek do paszy dla kurczaków.

w głębokich rozpuszczalnikach eutektycznych reakcje organolitu są znacznie szybsze niż w jakimkolwiek innym rozpuszczalniku. Sugerowałoby to, że już wysoce reaktywne związki alkilolitu stają się bardziej reaktywne w mieszaninie słonych rozpuszczalników, co wydaje się sprzeczne z intuicją. Dlaczego zespół Hevii nie miał potrzeby kontrolowania reakcji poprzez chłodzenie jej lub prowadzenie w obojętnej atmosferze?

Eva Hevia

kiedy pracujesz w tych systemach, głównym wrogiem Twoich reakcji jest hydroliza lub rozkład twojego odczynnika metaloorganicznego. Więc aktywujemy go w taki sposób, że możemy przezwyciężyć ten szlak rozkładu. W tym samym czasie dostrajamy ich selektywność, więc stwierdzamy, że w reakcjach, na które patrzymy, uzyskujemy lepszą selektywność niż przy użyciu konwencjonalnych rozpuszczalników.

Katrina Krämer

ponieważ składają się z jonów, Głębokie rozpuszczalniki eutektyczne są bardzo dobre w stabilizacji naładowanych lub wysoce polarnych cząsteczek; ale dokładnie jak działają, ich magia nie jest jeszcze jasna. Hevia uważa, że słone rozpuszczalniki mogą również oswoić inne bardziej energiczne odczynniki metaloorganiczne.

Eva Hevia

niektóre z naszych początkowych prac pokazały, że możemy używać odczynników Grignarda, które są również bardzo fundamentalne i bardzo ważne w syntezie. Niektóre prace prowadzone obecnie w naszych grupach badawczych pokazują, że rozpuszczalniki te oferują również duży potencjał dla odczynników cynkowo-organowych, które ponownie są szeroko stosowane w wielu procesach tworzenia wiązań węgiel-węgiel, a także są bardzo reaktywne w obecności powietrza i wilgoci. Więc myślę, że są dwa sposoby, aby spojrzeć na tę pracę: po pierwsze, opracowujemy nowe metody stosowania tych odczynników w przyjaznych dla środowiska warunkach – ale po drugie – i to jest coś, co naprawdę chcę podkreślić-uruchamiamy te odczynniki metaloorganiczne, czy to organiczno-litowe, cynkowe czy magnezowe, aby działały jeszcze lepiej niż w Warunkach obojętnej atmosfery lub lotnych rozpuszczalników organicznych.

Katrina Krämer

chociaż chemicy nadal będą musieli ostrożnie obchodzić się z t-BuLi i jej braćmi, Głębokie rozpuszczalniki eutektyczne mogą pomóc im w kierowaniu reaktywnością kuli armatniej t-BuLi z większą precyzją podobną do strzał.

Ben Valsler

to była Katrina Krämer, rozmawiająca z Evą Hevią z Uniwersytetu Strathclyde o licie tert-butylowym lub t-BuLi. W przyszłym tygodniu Brian Clegg powraca z rodziną związków o pewnych zastosowaniach.

Brian Clegg

są niezwykle konstruktywne – rzadko bezpośrednio stosowane same w sobie, ale każdy z nich jest ważnym składnikiem budulca do innych związków. Niestety, niektóre z tych produktów końcowych można wykorzystać w broni chemicznej.

Ben Valsler

Dołącz do Briana w przyszłym tygodniu, aby dowiedzieć się więcej. Do tego czasu, daj nam znać, jeśli jest coś, co chcesz nam przekazać-e-mail [email protected] lub tweetuj @chemistryworld. Jestem Ben Valsler, dzięki za wysłuchanie.