Izocyjanki jako zmiatacze metali

Kompleksy metali przejściowych są katalizatorami wielu reakcji organicznych o kluczowym znaczeniu badawczym i przemysłowym. Jednym z największych problemów związanym z ich stosowaniem, jest konieczność usunięcia pozostałości metali z produktów reakcji. Pozostałości metali mogą powodować rozkład lub izomeryzację pożądanego produktu. Ponadto katalizatory zawierające metale przejściowe są często wykorzystywane w syntezie aktywnych składników farmaceutycznych (API), które podlegają bardzo restrykcyjnym normom dotyczącym dopuszczalnej zawartości metali przejściowych w końcowym API, zwykle poniżej 10 ppm. Z tego powodu rozwijanie wydajnych i ekonomicznych metod oczyszczania ma kluczowe znaczenie. Zbadano trzy izocyjanki zawierające trzeciorzędowy atom azotu jako małocząsteczkowe zmiatacze rutenu Zaproponowane związki są bezwonne, łatwe do otrzymania i wysoce skuteczne w usuwaniu pozostałości rutenu, zwykle obniżając zawartość metalu w produktach metatezy olefin (MO) poniżej 10 ppm. Najlepsze rezultaty uzyskano z 1,4-bis(3-izocyjanopropylo)piperazyną (QA2). Działanie zmiataczy metali porównano z innymi znanymi technikami oczyszczania, takimi jak filtracja na żelu krzemionkowym i użycie katalizatorów samozmiatających. W rezultacie opracowano nową „hybrydową” metodę oczyszczania, która dała lepsze wyniki w porównaniu do użycia samego katalizatora samozmiatającego lub zmiatacza. Ponadto wykazano, że izocyjanek QA2 jest środkiem przerywającym (wygaszającym reakcję) MO. Następnie opracowano ekonomiczną metodę usuwania pozostałości Ru, która nie wymagała stosowania chromatografii kolumnowej. Wykazano, że dodanie izocyjanku QA2 do mieszanin poreakcyjnych, a następnie kwasu i przeprowadzenie prostej filtracji, umożliwia otrzymanie produktów MO z zanieczyszczeniem Ru poniżej 5 ppm, nawet w przypadku związków, które jest bardzo ciężko oczyścić. Ponadto zastosowanie QA2, a następnie dodanie kwasu cytrynowego pozwoliło na jednoczesne usunięcie rutenu i palladu po teleskopowej sekwencji reakcji MO/Suzuki–Miyaura. Na koniec opracowano częściowo heterogeniczny protokół oczyszczania. Opiera się on na niekowalencyjnej immobilizacji QA2 na zwykłym żelu krzemionkowym. Wykazano, że zastosowanie heterogenicznego zmiatacza, otrzymanego in situ podczas procesu oczyszczania daje produkty MO z zanieczyszczeniem Ru zwykle poniżej 5 ppm. W połączeniu z zastosowaniem katalizatora zawierającego czwartorzędową grupę amoniową w ligandzie NHC, ten protokół oczyszczania powoduje zmniejszenie zawartości Ru w produktach MO zwykle poniżej 0,25 ppm, nawet w bardzo trudnych przypadkach. Izocyjanki są szeroko stosowane jako ligandy w syntezie kompleksów metaloorganicznych. Dlatego nowe protokoły oczyszczania mogą znaleźć zastosowanie nie tylko w usuwaniu pozostałości kompleksów Ru oraz Pd, ale również innych metali, takich jak Cu, Au, Ni, Rh oraz Ir.

Transition‐metal complexes are the catalysts of many organic reactions of key research and industrial significance. One of the most important issues related to their use is the removal of metal residues from reaction products. Metal residues can promote the decomposition or isomerization of the desired product. Additionally, transition‐metal catalysts are often utilized in the synthesis of active pharmaceutical ingredients (API), which are subject to strict legal limits on transition metal contamination, typically less than 10 ppm in the final API. For this reason, the development of efficient and economical methods of purification is of critical importance. Three isocyanides containing a tertiary nitrogen atom were investigated as small‐molecule ruthenium scavenging agents. The proposed compounds are odorless, easy to obtain, and highly effective in removing ruthenium residues, usually bringing the metal content in olefin metathesis (OM) products below 10 ppm. The best results were obtained with 1,4-bis(3-isocyanopropyl)piperazine (QA2). The performance of these scavengers was compared with other known purification techniques, such as silica gel filtration and the use of self‐scavenging catalysts. As a result, a new hybrid purification method was devised, which gave better results than using either a self‐scavenging catalyst or a scavenger alone. Additionally, isocyanide QA2 is shown to be a deactivating (reaction quenching) agent for OM. Then, a time-economical, cost-effective, and chromatography-free method of removal of Ru residues was developed. Treatment of post-reaction mixtures with isocyanide QA2 and then with acid followed by a simple filtration is shown to yield OM products with Ru contamination below 5 ppm even in highly challenging cases. Furthermore, the use of QA2 followed by the addition of citric acid allowed the simultaneous removal of ruthenium and palladium species after a telescope MO/Suzuki–Miyaura sequence. Finally, a low-waste and scalable semiheterogeneous purification protocol for the removal of Ru residues after OM was developed. It is based on the non-covalent immobilization of QA2 on unmodified silica gel. The use of the heterogeneous scavenger synthesized in situ during the purification process was shown to yield OM products with Ru contamination usually below 5 ppm. When combined with the use of a catalyst bearing a quaternary ammonium group in the NHC ligand, this purification protocol reduces Ru content in OM products usually below 0.25 ppm, even in highly challenging cases. Isocyanides are widely used as ligands in the synthesis of organometallic complexes. Therefore, new purification protocols can find application not only in removing Ru and Pd complexes residues, but also other metals such as Cu, Au, Ni, Rh, and Ir.