지식나눔

유기 합성 중 prucedure에 의한 실험이 잘 안되는 이유(n-buthyllithium)



Procedure

(2). To a solution of 2.20 g (4.14 mmol) of 7 in 50 mL of THF was added 5.7 mL (9.1 mmol) of 1.6 M n-butyllithium (caution!) in hexane at –-78 ?C. This was allowed to warm to room temperature and stirred at this temperature for 1 hour leading to the formation of a thick suspension. This was then susbsequently cooled to –78 도, where a solution of 2.00 g (10.3 mmol) of trimethyltin chloride in 25 mL of THF was added dropwise. The reaction was warmed to room temperature and stirred overnight. The mixture was poured into a
separation funnel containing 200 mL DI water. To this was added 300 mL of hexane and the organic layer was separated. The organic layer was further washed with 5 x 100 mL DI water. The organic layer was dried over anhydrous MgSO4 and decolorized with activated charcoal. The mixture was filtered and the solvent was removed via rotary evaporation. The product was further dried by pulling vacuum on a high vac line for 48 hours yielding 3.4 g (95.7 %) of pale green oil. Attempts to further purify via chromatography with silica or alumina led to significant decomposition.


반응이 계속 실패해서 어떤 점을 더 감안해야 할지 조언을 구하고자합니다.
일전에도 올린 바 있습니다.
실험 과정을 자세히 설명드리겠습니다.
코센님들의 조언에 따라서  구입한지 얼마 안된 HPLC grade THF를
Na/benzophenone 을 이용하여 지시약이 파란색 용액일때 distillation 하여 깨끗한 THF를 얻었고, 이를 조금 덜어서 Vial에 담고, sodium을 넣어도 기포가 나지 않고,
sodium의 은갈치색이 사라지지 않았습니다. (물과 Oxyhen이 완전히 잡혔다고 봅니다.)
그리고 N-benzylbenzamide를 이용하여 -40도 하에서 1.6M n-buthyllithium solution을 적정해서
1.48M의 적정 값을 얻었습니다.

이 후 Vacuum을 오래 걸어 수분을 많이 제거한 starting material을 THF에 녹여
-78도 하에서 n-buthyllithium을 2.2당량 넣고, 꽤 오랜 시간 -78도로 둔 후
R.T까지 서서히 올려서 그대로 1시간 ~2시간 두었습니다.

이 때 이미 문제가 발생했다고 보는데요. 몇 가지 포인트와 시행착오를 적어보겠습니다.

1. Thick suspension이 생기지 않습니다.
2. TLC에 starting material이 그대로 남아있습니다.

3. 이 후 -78도로 낮추어 1M trimethyltin chloride in THF solution을 dropwise 해도 NMR상에서 원하는 product 가 얻어지지 않았고, 색깔도 진한 적갈색이 빠지지 않는 색으로 나옵니다.

4. n-buthyllithium 을 add 했을 때 더 과량을 넣어주어도 (3당량 이상 넣어봤습니다. )
    TLC 상에 starting material이 사라지지 않습니다.

5. Aldrich anhydrous THF를 구매하여 해봐도 실패했습니다.

6. -78도에서 고체가 되는 product가 THF에 녹지 않고, 제대로 된 lithium화 이온이 되지 않는
것이 아닐까 해서 용매량을 2배로 늘려서 반응을 걸어도 TLC, suspension 등이 시원치 않습니다.
 (논문: 2.2g를 thf 50ml에 녹인다.
  본인: (1) 0.29g을 THF 5ml에 녹인다, (2) 0.44g을 THF 30ml에 녹인다.)
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

자신 있었는데 잘 안되서 매우 답답한 상황입니다.

향후 계획이나 추가적인 단서는 이렇습니다.

1. THF의 양이 중요하다고 판단하고, 양을 줄인다.
(양을 줄이는게 안전하거나 key point라고 생각한다)
 또는 철저하게 논문에 맞게 소숫점까지 완벽하게 넣는다.
( 제 지인에 따르면 THF양이 중요하다고 하면서도
    같은 용매량으로도 어떨때는 되고 어떨때는 안됐다고 어물쩡하게 답변을 해주었습니다.)
2. starting material의 NMR 상의 물 peak를 계산해서
   부틸리튬을 정확히 2 eq를 넣고자 노력한다. (n-buthyllithium을 너무 많이 넣었다고 생각하기)

3. TLC를 관찰해가면서 Starting material이 사라질 때까지 add한다.

4. starting material의 TLC가 없어질 때까지 -78도 와 R.T를 오가며 부틸리튬 add를 반복한다.

5. 더 안전하게 하기 위해 NBS를 이용해서 bromination 시킨 후 tin을 단다.

6. scheme 대로 완전히 해도 안됬으므로 starting material과 다른 시약들을 의심한다.
   ( starting material은 TLC one spot, H-NMR, C-NMR 확인하였음)

7. 미처 몰랐던 방법.


시간이 촉박한 상황인데요. 어떤 방법이 가장 효과적일지 여쭙고 싶습니다.
(최후의 보루는 5번으로 생각하고 있습니다. )


 
  • procedure
  • buthyllithium
  • tin
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답변 2
  • 답변

    이재영님의 답변

    Stannylation을 반응이 실현 않되는 것 같아 몇자 적습니다.
    Stille coupling에 사용할 Organo stannane을 만드시는것으로 예상되고요.
    1) THF의 무수작업과 n-BuLi의 정량작업은 잘 하신것 같습니다.
    2) Lithiation 후 TLC를 확인 하였다는 이야기이신가요?
       유기-Li 화합물은 TLC확인해 봤자 Starting 그대로 인데, 확인하신거 아니시죠.
       Lithiation이 잘 되었는지는 Electrophil을 넣고 TLC 확인하세요.
       ex.) NBS를 넣고 Bromination되었다면 TLC에서 조금 달라지겠죠.
            Aldehyde류를 넣고 Addition반응이 일어나면 alcohle이 생성되니까 TLC확인 가능.
    3) n-BuLi이 Deprotonation하지 못할 수 있음. 더 강한 Base를 사용 해 보세요.
       ex) n-BuLi + tBuOK, sec-BuLi + TMEDA 등등
    4) Stannylation반응의 변경을 고려해 보세요. (단, Lithiation이 잘된다면)
       - Bromination 후 분리 & Bromide와 Tin시약과의 반응.
       - Me3SnCl 이 제대로 반응하였는지를 점검
         실험방법에 Work-up을 하셨다고 하셔서 product가 안정하다고 생각하시면 안됨니다.
            ; Column중 Decompose되었다고 하니까 조금은 주의하세요.
         Me3SnCl 대신 Bu3SnCl을 사용해 보세요.
            ; 저의 경험상 Bu3Sn이 조금 더 안정 합니다.
    5) 논문에 나온 실험 방법은 최적화된 조건이긴 하지만, 그 반응에 대해 어느정도 숙련의 기간을
       가진 사람이 작성한 것으로 되는것도 중요하지만, 반응이 않되는 것이 어느 부분인지를
       알아내는것도 중요합니다.

    두서 없이 적었습니다. 
    수고하시고 성공하세요. 
    Stannylation을 반응이 실현 않되는 것 같아 몇자 적습니다.
    Stille coupling에 사용할 Organo stannane을 만드시는것으로 예상되고요.
    1) THF의 무수작업과 n-BuLi의 정량작업은 잘 하신것 같습니다.
    2) Lithiation 후 TLC를 확인 하였다는 이야기이신가요?
       유기-Li 화합물은 TLC확인해 봤자 Starting 그대로 인데, 확인하신거 아니시죠.
       Lithiation이 잘 되었는지는 Electrophil을 넣고 TLC 확인하세요.
       ex.) NBS를 넣고 Bromination되었다면 TLC에서 조금 달라지겠죠.
            Aldehyde류를 넣고 Addition반응이 일어나면 alcohle이 생성되니까 TLC확인 가능.
    3) n-BuLi이 Deprotonation하지 못할 수 있음. 더 강한 Base를 사용 해 보세요.
       ex) n-BuLi + tBuOK, sec-BuLi + TMEDA 등등
    4) Stannylation반응의 변경을 고려해 보세요. (단, Lithiation이 잘된다면)
       - Bromination 후 분리 & Bromide와 Tin시약과의 반응.
       - Me3SnCl 이 제대로 반응하였는지를 점검
         실험방법에 Work-up을 하셨다고 하셔서 product가 안정하다고 생각하시면 안됨니다.
            ; Column중 Decompose되었다고 하니까 조금은 주의하세요.
         Me3SnCl 대신 Bu3SnCl을 사용해 보세요.
            ; 저의 경험상 Bu3Sn이 조금 더 안정 합니다.
    5) 논문에 나온 실험 방법은 최적화된 조건이긴 하지만, 그 반응에 대해 어느정도 숙련의 기간을
       가진 사람이 작성한 것으로 되는것도 중요하지만, 반응이 않되는 것이 어느 부분인지를
       알아내는것도 중요합니다.

    두서 없이 적었습니다. 
    수고하시고 성공하세요. 

    Litaion이 TLC에서 그대로인지를 몰랐습니다..
    감사합니다
    Bu3sn cl 을 사용했을시 조금 더 vacuum 이나 workup에 신경써야한다고 생각했는데
    크게 상관없나요
    Workup시에 emersion이많은데 최대한 긴시간 들여서 emersion내의 유기층을 분리해내는게 맞는지요

    이재영(larock) 2014-11-05

    반응에 따라 조금씩 틀린 경우가 있습니다.
    우선 Lithiation이 잘 되면 반응후 정제가 쉬워지는데요...
    Work-up에 사용되는 유기용매의 종류가 궁금 하네요.(주로 Et2O, EtOAc, MC 경우에 따라 Hexane). 층분리하는데 최대한 시간 보다는,여러번 추출하는데 Clear한 유기층을 분리하는 쪽으로 하는것을 추천 합니다.

    논문상에는 Hexane 으로 되어있습니다.
    그리고 리튬이온이 2.2당량이거나또는 excess일때 r.t까지 온도를 올리면서두는데 이때의nbutyllithium 0.2당량이 어떤 영향을 미칠지 견해를 여쭙고 싶습니다

    이재영(larock) 2014-11-06

    nBuLi을 과량 쓴다고 영향을 크게 미치는 것은 아닌것 같습니다.(2곳을 Deprotonation하니까
    0.1 당량 더 쓴것이구요.) 촉매 반응이 아니니까 실험적으로는 최적의 수율을 위한 조건일겁니다. 그리고, 아마 Tin 시약도 2당량 이상 사용 하였을 겁니다. Deprotonation 하고 남아 있는 BuLi은 과량의 tin과 반응하였을 겁니다. 그러면 Isolation된 Oil에 남아 최종 Purity에 영향을 주고, Stille coupling반응에 사용할때 Purity를 감안하여 당량 조절 할것 같네요.
    그리고 상온까지 올렸을때 상황은,유기-리튬 Complex의 열역학적 안정도는 case by case이니까, 최적의 조건에 대해 실험이 잘 안되면 2.2당량에서 +0.1 또는 -0.1당량 조절하여 실험하면 됩니다. 우선 Deprotonation 잘되어 product가 잘 얻어지면 그다음에 당량계산을 적용해 보세요.

    한치형(chhan4) 2014-11-06

    thiophene 유도체에 trimethyltin을 도입한 경험이 있는데, 화합물에 따라 다르겠지만, 저같은 경우는 일반 TLC에서는 화합물이 다시 starting으로 깨지는 현상이 있었습니다. RP-18이나 Aluminum oxide TLC로 확인해보세요

    혹시나해서 확인해보는데요
    유기ㅡLi salt의 starting이 그대로 남아있다는 것은, 즉 확인이 안된다는 것은
    TLC의 base라인을 의미하는것이 아니고
    Starting material의 TLC spot의 RF 값이 그대로라는것을 의미하지요?

  • 답변

    안상범님의 답변

    이 반응의 가장 중요한 것은 온도조절, trimethyltin chloride 순도, 비활성기체분위기 일듯합니다.

    경험상 먼저 스타팅 물질을 진공-아르곤이나 질소기체로 치환하여 수분이나 산소가 없어야 합니다.

    그 다음 THF로 용해, 드라이아이스-에탄올로 -78도로 만들고 온도계로 측정해보시거나 점도가 생길 정도로... 한 30분정도 반응기 내부가 유지대로록 한후
    부틸리튬을 드롭펀넬로 적하합니다. 이때도 질소나 아르곤 조건 천천히 첨가후
    (부틸리튬은 2~2.5당량 정도 넣습니다. 예전에는 리튬의 활성 측정하였으나 요새는 경험상 투명에서 조금 불투명해지면 활성도가 떨어지므로 조금 더 넣습니다.)
    첨가 후 상온으로 온도 올려 리튬화시킵니다. 온도는 급하게 상온으로 올리면 반응성이 갑자기 증가하여 실패하게 됩니다. 천천히...저의 경우는 드라이 아이스의 덩어리를 조금씩 빼면서 온도를 올려줍니다. 
    리튬화는 30분에서 1시간이내로 해주고 다시 온도를 -78도로 내려줍니다. 
    냉각기에 드라이아이스를 넣어주고 한 30분간 온도가 유지되도록 해줍니다.

    그리고 trimethyltin chloride를 드롭펀넬로 천천히 첨가합니다.
    저의 경우는소량의 trimethyltin chloride를 삽니다. 한번에 반응시킬 것만 
    왜냐하면 대량으로 사두면 활성도 떨어지고 반응이 잘 가질 않습니다.

    첨가후 그대로 오버나이트 합니다. 바로 냉각기를 빼거나 하지는 않습니다.

    그리고 나머지 반응은 퀜칭-분액-건조-컬럼으로 마무리....



     
    이 반응의 가장 중요한 것은 온도조절, trimethyltin chloride 순도, 비활성기체분위기 일듯합니다.

    경험상 먼저 스타팅 물질을 진공-아르곤이나 질소기체로 치환하여 수분이나 산소가 없어야 합니다.

    그 다음 THF로 용해, 드라이아이스-에탄올로 -78도로 만들고 온도계로 측정해보시거나 점도가 생길 정도로... 한 30분정도 반응기 내부가 유지대로록 한후
    부틸리튬을 드롭펀넬로 적하합니다. 이때도 질소나 아르곤 조건 천천히 첨가후
    (부틸리튬은 2~2.5당량 정도 넣습니다. 예전에는 리튬의 활성 측정하였으나 요새는 경험상 투명에서 조금 불투명해지면 활성도가 떨어지므로 조금 더 넣습니다.)
    첨가 후 상온으로 온도 올려 리튬화시킵니다. 온도는 급하게 상온으로 올리면 반응성이 갑자기 증가하여 실패하게 됩니다. 천천히...저의 경우는 드라이 아이스의 덩어리를 조금씩 빼면서 온도를 올려줍니다. 
    리튬화는 30분에서 1시간이내로 해주고 다시 온도를 -78도로 내려줍니다. 
    냉각기에 드라이아이스를 넣어주고 한 30분간 온도가 유지되도록 해줍니다.

    그리고 trimethyltin chloride를 드롭펀넬로 천천히 첨가합니다.
    저의 경우는소량의 trimethyltin chloride를 삽니다. 한번에 반응시킬 것만 
    왜냐하면 대량으로 사두면 활성도 떨어지고 반응이 잘 가질 않습니다.

    첨가후 그대로 오버나이트 합니다. 바로 냉각기를 빼거나 하지는 않습니다.

    그리고 나머지 반응은 퀜칭-분액-건조-컬럼으로 마무리....



     

    그리고 증류한 용매나 BuLi의 경우는 질소나 아르곤으로 치환해주시는게 좋습니다