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精確化學(xué)展現(xiàn):微波技術(shù)下的惰性反應(yīng)環(huán)境

時(shí)間:2024-6-20閱讀:171
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01 引言


微波加熱技術(shù)在眾多合成轉(zhuǎn)化中得到了應(yīng)用,這些轉(zhuǎn)化包括納米材料組裝、聚合反應(yīng)以及小分子合成。1-3幾乎任何傳統(tǒng)的加熱轉(zhuǎn)化都可以適應(yīng)微波輻射,包括那些使用敏感的合成單元和過(guò)渡金屬催化劑的反應(yīng)。4微波加熱的好處包括減少?gòu)U物產(chǎn)生、提高產(chǎn)品純度以及縮短反應(yīng)時(shí)間。




圖1:從二芐基取代的醛亞胺(或二苯甲酮取代的酮亞胺)生成2-氮雜烯丙基陰離子


微波輻射所帶來(lái)的提高的反應(yīng)速率使得快速反應(yīng)優(yōu)化和化合物庫(kù)篩選成為可能。當(dāng)與自動(dòng)進(jìn)樣器配件配合使用時(shí),如 CEM 的 Discover® 2.0 配備 12 位或 48 位自動(dòng)進(jìn)樣器,可以同時(shí)準(zhǔn)備多個(gè)實(shí)驗(yàn)并排隊(duì)依次運(yùn)行,從而進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率。然而,對(duì)于使用敏感試劑的實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō),自動(dòng)進(jìn)樣器的成功應(yīng)用依賴于反應(yīng)容器在排隊(duì)等待和反應(yīng)后保持惰性氣氛的能力。



為了證明 Discover® 2.0 的 10 毫升和 35 毫升容器保持惰性氣氛的能力,進(jìn)行了一項(xiàng)使用2-氮雜烯丙基陰離子的研究。2-氮雜烯丙基陰離子是通過(guò)二芐基取代的醛亞胺(和二苯甲酮取代的酮亞胺)去質(zhì)子化生成的(圖1),由于其在胺組裝中的實(shí)用性而受到了廣泛關(guān)注。5-8 形成后,2-氮雜烯丙基陰離子呈現(xiàn)出鮮艷的顏色(通常是紫色),并且在淬滅后變?yōu)闊o(wú)色透明(圖2)。這種顯著的顏色變化使得可以方便地觀察容器的氣氛條件。


圖2:2-氮雜烯丙基陰離子溶液在形成時(shí)呈現(xiàn)鮮艷的顏色(通常為紫色),在淬滅后變?yōu)闊o(wú)色透明



02 材料與方法


試劑


雙(三甲基硅基)氨基鉀(KHMDS)和無(wú)水四氫呋喃(THF)均購(gòu)自西格瑪奧德里奇(Sigma Aldrich,密蘇里州圣路易斯)。α-苯基-N-(亞芐基)苯甲胺(醛亞胺)根據(jù)已建立的文獻(xiàn)步驟制備5,所用到的二芐胺、苯甲醛、硫酸鈉、二氯甲烷和己烷均購(gòu)自西格瑪奧德里奇(Sigma Aldrich,密蘇里州圣路易斯)。


程序5


暴露于大氣中

在預(yù)熱至 180°C 的干燥 10 毫升反應(yīng)容器中,配備攪拌磁子,加入α-苯基-N-(亞芐基)苯甲胺(亞胺,27.1毫克,0.100毫摩爾,1.00等量)和雙(三甲基硅基)氨基鉀(KHMDS, 21.9毫克,0.110毫摩爾,1.10等量)。然后,向反應(yīng)容器中加入無(wú)水四氫呋喃(THF, 2.0毫升),并將溶液在室溫下攪拌,直至深紫色溶液變?yōu)闊o(wú)色(使用35毫升反應(yīng)容器的實(shí)驗(yàn)操作相同,但反應(yīng)規(guī)模加倍)。


穿刺硅膠帽

在預(yù)熱至 180°C 的干燥 10 毫升反應(yīng)容器中,配備攪拌磁子,加入α-苯基-N-(亞芐基)苯甲胺(亞胺,27.1毫克,0.100毫摩爾,1.00等量)和雙(三甲基硅基)氨基鉀(KHMDS, 21.9毫克,0.110毫摩爾,1.10等量)。然后,用一個(gè)帶有聚四氟乙烯襯墊的硅膠帽密封小瓶,并用氮?dú)鉀_洗。迅速用一個(gè)新的、未被針刺的聚四氟乙烯襯墊硅膠帽替換原來(lái)的帽子,并通過(guò)注射器(20G)向反應(yīng)容器中加入無(wú)水四氫呋喃(THF, 2.0毫升)。將溶液在室溫下攪拌,直至深紫色溶液變?yōu)闊o(wú)色(使用35毫升反應(yīng)容器的實(shí)驗(yàn)操作相同,但反應(yīng)規(guī)模加倍)。


未穿刺的硅膠帽

在預(yù)熱至 180°C 的干燥 10 毫升反應(yīng)容器中,配備攪拌磁子,加入α-苯基-N-(亞芐基)苯甲胺(亞胺,27.1毫克,0.100毫摩爾,1.00等量)和雙(三甲基硅基)氨基鉀(KHMDS, 21.9毫克,0.110毫摩爾,1.10等量)。然后,用一個(gè)帶有聚四氟乙烯襯墊的硅膠帽密封小瓶,并用氮?dú)鉀_洗。在氮?dú)鉀_洗的同時(shí),通過(guò)注射器向反應(yīng)容器中加入無(wú)水四氫呋喃(THF, 2.0毫升),并迅速用一個(gè)新的、未被針刺的聚四氟乙烯襯墊硅膠帽替換原來(lái)的帽子。將溶液在室溫下攪拌,直至深紫色溶液變?yōu)闊o(wú)色(使用35毫升反應(yīng)容器的實(shí)驗(yàn)操作相同,但反應(yīng)規(guī)模加倍)。


帶穿刺硅膠帽的微波加熱

在預(yù)熱至 180°C 的干燥 10 毫升反應(yīng)容器中,配備攪拌磁子,加入α-苯基-N-(亞芐基)苯甲胺(亞胺,27.1毫克,0.100毫摩爾,1.00等量)和雙(三甲基硅基)氨基鉀(KHMDS, 21.9毫克,0.110毫摩爾,1.10等量)。然后,用一個(gè)帶有聚四氟乙烯襯墊的硅膠帽密封小瓶,并用氮?dú)鉀_洗。迅速用一個(gè)新的、未被針刺的聚四氟乙烯襯墊硅膠帽替換原來(lái)的帽子,并通過(guò)注射器(20G)向反應(yīng)容器中加入無(wú)水四氫呋喃(THF, 2.0毫升)。然后將容器放入Discover 2.0微波腔體中,將溶液加熱至 100°C。加熱 20分 鐘后,讓溶液冷卻至室溫并繼續(xù)攪拌,直至深紫色溶液變?yōu)闊o(wú)色(使用 35 毫升反應(yīng)容器的實(shí)驗(yàn)操作相同,但反應(yīng)規(guī)模加倍)。


未穿刺硅膠帽的微波加熱

在預(yù)熱至 180°C 的干燥 10 毫升反應(yīng)容器中,配備攪拌磁子,加入α-苯基-N-(亞芐基)苯甲胺(亞胺,27.1毫克,0.100毫摩爾,1.00等量)和雙(三甲基硅基)氨基鉀(KHMDS, 21.9毫克,0.110毫摩爾,1.10等量)。然后,用一個(gè)帶有聚四氟乙烯襯墊的硅膠帽密封小瓶,并用氮?dú)鉀_洗。在氮?dú)鉀_洗的同時(shí),通過(guò)注射器向反應(yīng)容器中加入無(wú)水四氫呋喃(THF, 2.0毫升),并迅速用一個(gè)新的、未被針刺的聚四氟乙烯襯墊硅膠帽替換原來(lái)的帽子。然后將容器放入 Discover® 2.0 微波腔體中,將溶液加熱至 100°C。加熱 20 分鐘后,讓溶液冷卻至室溫并繼續(xù)攪拌,直至深紫色溶液變?yōu)闊o(wú)色(使用35毫升反應(yīng)容器的實(shí)驗(yàn)操作相同,但反應(yīng)規(guī)模加倍)。



03 結(jié)果


2-氮雜烯丙基陰離子溶液在形成后 4-6 分鐘內(nèi)暴露于大氣中攪拌時(shí)會(huì)被淬滅。正如所預(yù)期的,當(dāng)2-氮雜烯丙基陰離子溶液在惰性氣氛(無(wú)水無(wú)氧)下攪拌時(shí),2-氮雜烯丙基陰離子的壽命大大延長(zhǎng)(表1)。雖然使用了穿刺硅膠帽,但在室溫下,35 毫升容器中的2-氮雜烯丙基陰離子持續(xù)了 1 小時(shí),而在 10 毫升容器中則持續(xù)了 4 小時(shí)。在 100°C 加熱 20 分鐘后,使用穿刺硅膠帽的兩個(gè)容器都能夠使2-氮雜烯丙基陰離子溶液維持更長(zhǎng)時(shí)間:35 毫升容器為 1.5 小時(shí),而 10 毫升容器則超過(guò) 6 小時(shí)。當(dāng)使用未穿刺的硅膠帽時(shí),尤其成功,無(wú)論加熱程序和容器大小如何,2-氮雜烯丙基陰離子都被維持了 6 小時(shí)以上。


表1:不同大氣和溫度條件下2-氮雜烯丙基陰離子的壽命

實(shí)驗(yàn)

微波加熱時(shí)間

陰離子猝滅:

10 ml 容器

陰離子猝滅:

35 ml 容器

暴露于大氣中

N/A

6 min

4 min

穿刺

硅膠蓋

N/A

4 h

1 h

未穿刺硅膠蓋

N/A

6+ h

6+ h

穿刺硅膠蓋

+微波

20 min,

100℃

6+ h

1.5 h

未穿刺硅膠蓋

+微波

20 min,

100℃

6+ h

6+ h


























04 結(jié)論


Discover® 2.0 10 毫升和 35 毫升容器能夠維持惰性氣氛超過(guò) 6 小時(shí)。雖然使用穿刺硅膠帽的容器在室溫下靜置和/或攪拌時(shí)可能會(huì)降低效果,但在微波輻射后,這種影響被抵消了。然而,使用未穿刺硅膠帽的容器能夠保持敏感合成子和試劑的壽命,無(wú)論加熱程序如何。這種能力促進(jìn)了敏感反應(yīng)條件與自動(dòng)進(jìn)樣技術(shù)的配合使用,從而提高了工作流程效率和生產(chǎn)力。


參考文獻(xiàn)

(1)Zhu, Y.-J.; Chen, F. Chem. Rev. 2014, 114, 6462–6555.

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(6)Wu, Y.; Hu, L.; Li, Z.; Deng, L. Nature 2015, 523, 445–450.

(7)Zhu, Y.; Buchwald, S. L. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136,4500–4503.

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