Litiacija in organolitijeve reakcije

Litiacija se nanaša na proces, s katerim litijev atom nadomesti vodikov atom v organski molekuli. Nastala molekula je opisana kot organolitijska spojina. Vez C-Li je zelo polarizirana, ogljikov atom je bogat z elektroni, zato so organolitijeve spojine močno bazične in nukleofilne. Posledično so litiacije in organolitijeve reakcije med najpomembnejšimi v organski sintezi in so uporabne pri sintezi kompleksnih molekul (npr. Gradnja C-C vezi).

Organolitijevi reagenti se uporabljajo za litij-halogensko izmenjavo, ortometalizacijo in za proizvodnjo drugih nukleofilnih organokovin, kot so borovi reagenti. Organolitijevi reagenti se sami proizvajajo na primer z izmenjavo halogenov in kovin, liticiranjem organskih halogenidov ali deprotonacijo alkilnih ali arilnih molekul.

Organolitijeve spojine imajo vrsto reaktivnosti, vendar so vse občutljive na vodo in kisik, v nekaterih primerih, kot je t-butil litij, pa so piroforne. Strukture organolitijevih reagentov so precej spremenljive, razmerje med strukturo do reaktivnosti in mehanizma v reakcijah pa je zelo odvisno od specifičnega organolitijevega reagenta in spremenljivk, kot sta topilo in temperatura. Ker spadajo v razrede spojin, ki se štejejo za pomanjkljive elektrone, orgnaolitijeve spojine običajno tvorijo agregate in polimere v raztopini.

Na primer, litijev diizopropilamid (LDA) je pogosto uporabljen reagent s strukturo, ki je odvisna od topila in temperature. Je zelo polarna in tvori agregate, ki so strukturno odvisni od vrste raztopine. LDA je solvatirani dimer v tetrahidrofuranu, vendar v nepolarnih topilih tvori temperaturno odvisne oligomere (tj. trimerje, tetramere, pentamere itd.). Kot drug primer, t-butillitij obstaja kot tetramer s kubansko podobno strukturo.

Zaradi občutljive narave organolitijevih reagentov (občutljivih na zrak, vlago in / ali temperaturo) je karakterizacija reakcij, ki vključujejo to vrsto reagentov, težka z metodami analize brez povezave. FTIR spektroskopija v realnem času in situ zagotavlja neposredno metodo za sledenje in spremljanje reakcijske mehanike (iniciacija, vmesna, končna točka in celotna reakcijska kinetika), hkrati pa ohranja zaprto okolje reaktorja in pri temperaturi. 

Organolitijevi reagenti (RLi) so na splošno močne baze, ki so sposobne deprotonirati večino ogljikovodikovih spojin. V tej vlogi so bolj reaktivni kot litijevi amidi ali Grignardovi reagenti. Zaradi svoje izjemne osnovnosti so med najpomembnejšimi reagenti in se pogosto uporabljajo tako v organskih kot anorganskih sintezah. Organolitijevi reagenti zlahka deprotonirajo šibke kisline, kot so aldehidi, ketoni, estri, alkoholi, amini, aromatski in alifatski ogljikovodiki. N-butillitij se običajno uporablja za začetek elastomerne polimerizacije. Pri oblikovanju vezi z ogljikovim atomom organolitijevi reagenti delujejo kot nukleofili. Na primer, reakcija organolitijevih reagentov z elektrofilnimi karbonilnimi skupinami v aldehidih in ketonih povzroči nastanek vezi C-C. Nekateri organolitijevi kompleksi so odlični pri usmerjanju substitucije v sintetizirane spojine, ki so regioselektivne, diastereoselektivne in enantioselektivne.

Na primer, kar zadeva reaktivnost, se s povečanjem alifatske zamenjave ogljikovodikov kislost zmanjša, zato je terc-butillitij veliko močnejša baza kot metillitij. Za te pogosto uporabljene organolitijeve reagente je bazičnost naslednja: fenillitij < metillitij < n-butillitij < s-butillitij < t-butillitij. Na bazičnost alkillitijevih spojin vplivajo druge prisotne molekule. Na primer, medtem ko n-butillitij ni dovolj bazičen za deprotonacijo aromatskih spojin, dodatek tetrametetilendiamina (TMEDA) poveča njegovo bazičnost za tvorbo litiiranih aren.

Litij je močno redukcijsko sredstvo in reagira z organskimi halogenidi, da tvori preproste, vendar široko uporabljene alkillitijeve spojine, kot je n-butillitij.

V primeru, da je reakcija litija prepočasna ali neselektivna, se uporabijo reakcije izmenjave litij - kovina. Te transmetalacije se pojavljajo hitro in se izvajajo pri nizkih temperaturah, saj se pogosto proizvajajo manj stabilni organolitijevi reagenti. Te izmenjevalne reakcije so še posebej učinkovite pri sintezi arilnih litijevih spojin.

Če ima substratna spojina kisli vodik, je liticija učinkovito sredstvo za ustvarjanje organolitijevega reagenta. V bistvu je to reakcija kislinsko-bazičnega tipa. Širok spekter funkcionaliziranih organolitijevih reagentov se lahko sintetizira z liticiranjem z uporabo n-BuLi ali alkilnih litijev z višjo bazičnostjo, s-BuLi in t-BuLi. 

Raziskovalci na Univerzi Cornell * so najprej pokazali uporabo ReactIR za litiacijo s preučevanjem reakcij estro-enolizacije, posredovanih z LDA. Ker organolitijeve reakcije pogosto potekajo pri nizkih temperaturah in so občutljive na zrak in vlago, so se meritve FTIR na kraju samem prek ReactIR izkazale za še posebej dragocene za preučevanje tega pomembnega razreda reakcij. V zadnjih dveh desetletjih so se pojavili številni članki, ki opisujejo uporabo te tehnologije za preiskovanje liticij in drugih organolitijevih reakcij.

Nizkotemperaturni kemični reaktorji omogočajo izvajanje reakcij pri temperaturah do -90 °C. EasyMax LT omogoča avtomatiziran in nenadzorovan nadzor reakcijskih spremenljivk za nizkotemperaturno organolitijsko kemijo. Kombinacija ReactIR in EasyMax LT zagotavlja izjemno dragoceno kemijsko delovno postajo za raziskovanje organolitija in drugih reakcij pod temperaturo okolice.

* Sun, X., Kenkre, S., Remenar, J., Gilchrist, J., & Collum, D. (1997). Mehanizem deprotonacije estrov, posredovanih z litijevim diizopropilamidom: vloga raztopljenih monomerov. J. Am. Chem. Soc., 119, 4765-4766.

Oglejte si e-predstavitev v živo iz službe ali domače pisarne po urniku.

Visoko reaktivni organolitijev reaktant ustvarja priložnost za sintetične kemike, da oblikujejo kompleksne molekule. Vendar pa je izid teh organokovinskih reakcij dovzeten za reakcijske parametre, ki vplivajo na poti, vplivajo na donos in selektivnost. Zato je potreben natančen nadzor reakcijskih parametrov za vodenje sintetičnih reakcij na želene poti.

Z natančnim nadzorom temperature in parametrov delovna postaja EasyMax LT omogoča popolnoma avtomatizirane in nenadzorovane reakcije.

ReactIR 702L je prvi sistem, ki resnično združuje moč FTIR v realnem času  na kraju samem z enakovrednim udobjem delovanja. ReactIR je pripravljen za vsakega kemika in za vsak poskus.

ReactIR je pripravljen za zagon čez noč!
ReactIR 702L uporablja tehnologijo polprevodniškega hlajenja za zagotavljanje najboljše zmogljivosti v razredu - brez potrebe po tekočem dušiku. Z odpravo nevarnih nastavitev in ponavljajočih se Dewarjevih polnjenj lahko znanstveniki enostavno spremljajo kemijo v daljšem obdobju.

ReactIR je pripravljen zgrabiti in oditi!
Majhne, zložljive enote prihranijo dragocen prostor v digestorju in ponujajo prilagodljivost za uvajanje ReactIR na različnih lokacijah v laboratoriju. Detektor "vedno vklopljen" skrajša čas nastavitve in omogoča znanstvenikom, da začnejo zbirati podatke z zaupanjem v trenutku.

ReactIR je pripravljen na vašo kemijo!
Tehnologije vzorčenja na podlagi sond in pretoka omogočajo znanstvenikom preučevanje kemije tekoče in plinske faze v paketnih ali neprekinjenih nastavitvah. Gradbeni materiali, ki ustrezajo namenu, omogočajo enostavno zbiranje podatkov v kislih in korozivnih okoljih v širokem razponu temperatur in tlakov.

Dunn, A. L., Leitch, D. C., Journet, M., Martin, M., Tabet, EA, Curtis, N. R., Williams, G., Goss, C., Shaw, T., O'Hare, B., Wade, C., Toczko, M. A., & Liu, P. (2018). Selektivna jodiranje z neprekinjenim tokom, ki ga vodi neposredno spektroskopsko opazovanje uravnoteženih arilnih litijevih regioizomerov. Organokovine, 38(1), 129–137.

Raziskovalci so razvili selektivni postopek litiranja / jodiranja za razvoj vmesne spojine. Zaradi zahteve po skrbnem nadzoru reakcijskih spremenljivk je bila za metalizacijo C-H uporabljena kemija kontinualnega toka . Ugotovili so, da čeprav je fenil litij v presejalnih poskusih zagotovil zadovoljive donose izdelka 3-jodo, je po povečanju prišlo do neželenega stranskega proizvoda in zmanjšanega donosa izdelka. Zato so uporabili LDA kot liticijsko sredstvo, kar je privedlo do nastanka dveh regioizomernih vrst ArLi. Sposobnost sledenja medsebojni pretvorbi teh dveh izomerov prek ReactIR je omogočila identifikacijo optimalnega nabora reakcijskih spremenljivk, da se zagotovi nastanek termodinamično prednostne vrste 3-Li. Ti vpogledi so omogočili razvoj zelo selektivnega in učinkovitega procesa večjega obsega.

Rao, KS, St-Jean, F., & Kumar, A. (2019). Kvantifikacija enolizacije ketonov in tvorbe stereoizomerov vinil sulfonata z uporabo inline IR spektroskopije in modeliranja. Raziskave in razvoj organskih procesov, 23(5), 945–951.

Raziskovalci poročajo o uporabi ReactIR za raziskovanje sinteze tetrasubstituiranega acikličnega olefina z enolizacijo ketonov in tozilacijo. Ena od spremenljivk, ki je vplivala na količino manjšega, nezaželenega izomera, ki je nastal, je bila baza, ki se je uporabljala v procesu enolizacije. Raziskane baze so vključevale litijev terc-butoksid in značilno je bilo razmerje med hitrostjo nastajanja enolatnega vmesnega produkta in tosilatnim produktom.

Za kvantifikacijo porabe ketona med enolizacijo je bilo uporabljeno univariatno modeliranje, ki temelji na sledenju izgubi ketonskega karbonilnega vrha. S PLS modeliranjem podatkov ReactIR in meritvami HPLC brez povezave je mogoče kvantificirati manjši stereoizomer v mešanici tetrasubstituiranih stereoizomerov vinil sulfonat. Ta metoda je bila osnova za analizo nadaljnjih reakcij, da bi določili količino tega izomera kot funkcijo različnih reakcijskih pogojev.