叔丁基锂或t-BuLi

本Valsler

本周，卡特里娜Krämer采访了一位希望用咸溶剂驯服危险试剂的研究人员。

卡特里娜克莱默

有一些化学物质你真的不想碰，比如二氧二氟，即使在零下180°C，它也会与各种化合物发生剧烈反应;或者叠氮化汞，它不仅在轻微的刺激下爆炸，而且在爆炸时还会喷出有毒的汞化合物。幸运的是，这些都是化学上的奇珍异宝，研究人员曾经制造过，但不太可能再制造出来(有充分的理由)。然而，其他一些危险的化合物非常有用，以至于化学家们对它们爱不释手。其中之一是叔丁基锂，也称为t-BuLi:合成化学家的主要材料，具有相当的燃性。

作为主要的有机金属化学家，来自斯特拉斯克莱德大学的Eva Hevia不仅与t-BuLi合作，还与许多其他烷基锂化合物合作。

伊娃何伟亚

有机锂化合物在世界各地被广泛使用，不仅仅是在学术界-在工业和商业情况下，这些试剂是必不可少的。我相信，在制药公司生产的90% - 95%的药物中，至少在合成的一个步骤中，都需要使用这些试剂。因此，这对社会和经济的影响是巨大的。

卡特里娜克莱默

这些化合物仍然很受欢迎，部分原因是锂碳键的极性很大，这使得它们非常活泼。

伊娃何伟亚

但当然，反应性总是有代价的。这里的代价是这些试剂有时具有低选择性;有时它们限制了它们可以兼容的基板的类型。因此，为了克服这些限制，在很多情况下，你必须在非常低的温度下使用这些试剂，使用相对有毒的溶剂，你必须在没有空气或水分的情况下使用它们，因为它们分解得很快。事实上，它们中的很多都是燃性的，所以你必须非常小心地处理这些试剂。当我们在工业场景中观察更大规模的反应时，这可能特别具有挑战性。

卡特里娜克莱默

锂是一种非常想要摆脱一个电子的元素，它会把电子推向邻近的碳。但真正使t-BuLi反应性强的是，与它友好得多的线性表亲相比n丁基锂，就是叔碳不喜欢处理锂的剩余电子。被三个甲基包围它们已经有轻微的电子供体+多出来的电子意味着中心碳有很多局部负电荷。因此，t-BuLi是高度碱性的，从它能到达的任何东西中提取质子:从微酸性的有机化合物到常见的溶剂，如四氢呋喃或乙醚，当然还有水。

即使是少量的水(如空气中的水蒸气)和氧气都足以引起暴力反应。一旦与空气接触，t-BuLi就会自发地迸发出明亮的橙色火焰。由于t-BuLi也与大多数溶剂发生反应，化学公司将其作为不反应的己烷或戊烷的稀释溶液出售，这两种溶剂也都是易燃的。这意味着如果发生了有机锂火灾，混合物中通常也有某种易燃溶剂。

2009年，加州大学洛杉矶分校的学生Sheri Sangji在一次涉及大量t-BuLi的实验中出了问题，死于严重烧伤，她的悲剧案例应该提醒每一个化学家，这种化合物需要得到尊重。使用t-BuLi的研究人员必须遵守严格的安全措施:只使用少量t-BuLi，在排除空气和水分的情况下进行反应，同时穿着不易燃的衣服，附近有相关的实验室伙伴和紧急淋浴，这些都是安全使用t-BuLi的最低要求。

虽然烷基锂是强大的试剂，但它们也容易发生副反应，形成无用的副产物。这就是为什么化学家通常在-78°C进行反应，并在反应容器内保持惰性气体气氛，以阻挡空气和水分。

伊娃何伟亚

我想这类化学的终极挑战是我们如何在正常的大气中使用它们，没有氩或氮气体-空气下的气体-以及我们如何使这些试剂与环境友好的溶剂兼容。我们发现，如果我们使用深层共晶溶剂作为替代介质——深层共晶溶剂是一种新型溶剂，与离子液体有关，对环境无害，由生物可降解和生物可再生的成分组成——如果我们使用这些类型的溶剂，我们可以激活有机锂溶剂，使反应在室温下发生得非常快。因为反应非常快，你不需要使用惰性的气氛，你可以让这些反应与水或水分兼容。

卡特里娜克莱默

深共晶溶剂是不同盐的混合物，在室温下是液体。虽然大多数离子化合物的熔点都很高(例如氯化钠的熔点略高于800度)，但混合适量的盐会形成共晶——这种混合物的熔点比其单个组分的熔点要低得多。这些不同寻常的溶剂无毒而且相当便宜——海维亚团队使用的化合物之一是氯化胆碱，一种鸡饲料添加剂。

在深共晶溶剂中，有机锂的反应比在任何其他溶剂中都快得多。这表明，已经高度反应的烷基锂化合物在含盐溶剂混合物中变得更加反应，这似乎违反直觉。为什么Hevia的团队不需要通过冷却或在惰性气氛下进行反应来控制反应呢?

伊娃何伟亚

当你在这些系统中工作时，反应的主要敌人是水解或有机金属试剂的分解。所以我们以一种可以克服分解途径的方式激活它。与此同时，我们调整了它们的选择性，所以我们发现在我们正在研究的反应类型中我们得到了比使用传统溶剂更好的选择性。

卡特里娜克莱默

因为它们是由离子组成的，深共晶溶剂非常善于稳定带电或高度极性的分子;但它们究竟是如何发挥魔力的尚不清楚。海维亚认为，咸溶剂也可以驯服其他更活跃的有机金属试剂。

伊娃何伟亚

我们的一些初步工作表明我们可以使用格氏试剂这在合成中也是非常基本和重要的。我们的研究小组目前正在进行的一些工作表明，这些溶剂也为有机锌试剂提供了巨大的潜力，有机锌试剂被广泛应用于许多碳碳键形成过程，它们在空气和水分的存在下也非常活跃。所以我认为有两种方式来看待这项工作:首先，我们正在开发在环境友好的条件下使用这些试剂的新方法，但第二，这是我真正想强调的，我们正在激活这些有机金属试剂，无论是有机锂，-锌还是-镁，使它们比我们使用惰性气氛条件或挥发性有机溶剂时更好地工作。

卡特里娜克莱默

尽管化学家们仍然需要小心地处理t-BuLi及其同类，但深层共晶溶剂可以帮助他们以更精确的箭一样的精度来指导t-BuLi的炮弹反应性。

本Valsler

以上是卡特里娜Krämer，我们采访了来自斯特拉斯克莱德大学的伊娃·赫维亚叔丁基锂或t-BuLi。下周，布莱恩·克莱格将带来一系列化合物，这些化合物的用途令人担忧。

布莱恩·克莱格

它们具有显著的建设性——很少直接使用，但每一种都是其他化合物的重要组成部分。然而不幸的是，其中一些最终产品可能被用于化学武器。

本Valsler

下周和Brian一起了解更多。在那之前，让我们知道如果有什么你想让我们覆盖-电子邮件chemistryworld@rsc.org或推特@chemistryworld．我是本·瓦尔斯勒，感谢收听。