Chất xúc tác Grubbs thế hệ thứ hai (GII) là một công cụ mạnh mẽ trong hóa học hữu cơ, đặc biệt trong phản ứng metathesis olefin. Bài viết này đi sâu vào ảnh hưởng của các loại dung môi khác nhau đến động lực học và đặc tính điện hóa của GII, cung cấp thông tin chi tiết quan trọng để tối ưu hóa các phản ứng metathesis. Nghiên cứu này rất hữu ích vì nó giúp các nhà hóa học lựa chọn dung môi phù hợp để tăng hiệu suất và hiệu quả của phản ứng.
Chất xúc tác Grubbs thế hệ thứ hai (GII) nổi tiếng với khả năng chịu đựng các nhóm chức và tính ổn định cao, đã trở thành lựa chọn hàng đầu cho nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong phản ứng metathesis acrylate. Khả năng này cho phép các nhà hóa học tạo ra các sản phẩm giá trị gia tăng với nhiều lợi ích cho sức khỏe, chẳng hạn như ethylhexyl methoxycinnamate, một thành phần hoạt chất trong kem chống nắng.
Để chất xúc tác GII hoạt động hiệu quả, ligand phosphine (PCy3) cần phải phân ly khỏi phức chất. Quá trình này tạo ra trung tâm hoạt động xúc tác, nhưng đồng thời cũng có thể dẫn đến các phản ứng phụ không mong muốn và sự tái liên kết của PCy3, làm giảm hiệu suất của chất xúc tác.
Các nghiên cứu quang phổ, cụ thể là sử dụng ATR-FTIR và UV-Vis, đã được thực hiện để đánh giá sự ổn định của GII trong các dung môi khác nhau như dichloromethane (DCM), chloroform (CLF), dichloroethane (DCE), tetrahydrofuran (THF) và toluene (TOL). Sự thay đổi đáng kể trong tần số kéo dài C-N và C-P, tùy thuộc vào dung môi, cho thấy sự tương tác giữa GII và các dung môi khác nhau.
Phân tích UV-Vis cho thấy các dải hấp thụ đặc trưng liên quan đến quá trình chuyển điện tích kim loại-ligand (MLCT) của Ru-CHPh, với các dung môi khác nhau ảnh hưởng đến cường độ và vị trí của các dải này. Đặc biệt, sự dịch chuyển màu xanh trong dải MLCT khả kiến cho thấy sự thay đổi độ bền của liên kết Ru=Cene tùy thuộc vào dung môi.
Quá trình phân ly/kết hợp của ligand PCy3 đã được theo dõi bằng quang phổ UV-Vis theo thời gian. Hằng số tốc độ quan sát được (kobs) khác nhau đáng kể giữa các dung môi, cho thấy tốc độ chuyển đổi của chất xúc tác bị ảnh hưởng bởi bản chất của dung môi. Mối quan hệ tuyến tính giữa kobs và tần số kéo dài C-P cho thấy sự tương tác mạnh hơn giữa ligand phosphine và Ru dẫn đến tốc độ phân ly chậm hơn.
Các thí nghiệm Cyclic Voltammetry (CV) cung cấp những hiểu biết sâu sắc về các đặc tính điện hóa của GII trong các dung môi khác nhau. Trong các dung môi clo hóa (DCM, DCE và CLF), GII cho thấy hành vi oxi hóa khử thuận nghịch, với các điện thế khử tăng lên khi độ phân cực của dung môi tăng lên. Tuy nhiên, trong THF, chỉ phát hiện thấy quá trình oxi hóa GII, cho thấy sự phối hợp của THF với trung tâm Ru, dẫn đến một hợp chất không hoạt động về mặt điện hóa.
Các dữ liệu điện hóa tương quan chặt chẽ với hiệu suất xúc tác của GII trong phản ứng metathesis chéo. Dung môi càng dễ oxi hóa GII thì tốc độ cân bằng phân ly/kết hợp PCy3 càng nhanh. Tuy nhiên, THF là một ngoại lệ, vì khả năng phối hợp cao của nó ức chế hoạt động xúc tác, mặc dù có hằng số tốc độ phân ly cao.
Hiệu suất của các phản ứng metathesis chéo do GII xúc tác chịu ảnh hưởng lớn bởi dung môi. Các dung môi clo hóa như DCM cho thấy hiệu suất cao nhất, tương quan với số cho Gutmann của dung môi. Đáng chú ý, không thể phát hiện thấy phản ứng metathesis nào trong THF, phù hợp với dữ liệu điện hóa cho thấy sự phối hợp THF làm cho GII không hoạt động.
Nghiên cứu này làm nổi bật vai trò quan trọng của các hiệu ứng dung môi đối với động lực học xúc tác và các đặc tính điện hóa của chất xúc tác Grubbs thế hệ thứ hai. Quá trình phân ly ligand phosphine, khả năng oxi hóa khử và hiệu suất phản ứng metathesis chéo đều bị ảnh hưởng sâu sắc bởi dung môi. Những phát hiện này cung cấp những cân nhắc có giá trị để lựa chọn dung môi và tối ưu hóa điều kiện phản ứng trong các phản ứng metathesis do GII xúc tác.
Dữ liệu hỗ trợ các phát hiện của nghiên cứu này có sẵn từ tác giả tương ứng theo yêu cầu hợp lý.
Bài viết liên quan