N-杂环卡宾催化的Stetter反应
N-杂环卡宾催化的Stetter反应
1．引言
1.1 卡宾简介
卡宾又名碳烯,是亚甲基及其衍生物的总称,是有机反应过程中形成的不同于正、负碳离子的另一类缺电子的活性中间体。虽然光谱研究已经证明了游离卡宾的存在,但是由于其在大多数条件下反应活性高、寿命短,因而难以分离和表征。此外,游离卡宾的高活性和低反应选择性也常常限制了其在有机化学中的应用。[1] 而N-杂环卡宾(N-H eterocyclic carbene, NHC)是一类纯有机化合物，碳原子以sp2形式杂化,卡宾碳原子周围只有六个电子，是一个缺电子体系。卡宾碳原子上的一对电子处在σ轨道上。从共轭效应考虑，两个氮原子p轨道上的孤对电子和卡宾碳原子上的空p轨道可以发生给电子的共轭效应，这样可以有效的降低卡宾碳原子的缺电子性。从诱导效应考虑，两个电负性较大的氮原子与卡宾碳原子相连，由于氮原子的吸电子作用能够使卡宾碳原子上的孤对电子趋于稳定，同时，C=C双键参与的共轭作用，也为N-杂环卡宾结构体系的稳定做出了贡献。[2]
在卡宾家族中, NHC由于其结构的特殊性,一直是卡宾化学工作者的关注热点[3]。NHC 具有比普通碳卡宾更稳定的化学结构, 并且具有毒性小、给电子能力强、空间和电子效应很容易通过改变氮原子上取代基进行调控等特点, 其性质类似于富电子的膦配体, 且具有良好的热稳定性、耐水性和耐氧化性, 在许多情况下可以代替不稳定的膦配体应用于催化反应中。[4]
1.2 N-杂环卡宾的发展
20世纪60年代，Wanzlick对N-杂环卡宾已经有所研究，但当时并未成功分离得到N-杂环卡宾。1968 年,Wanzlick等合成了N-杂环卡宾的金属络合物, 但他们并未分离出游离的NHC。
[4] [5] 1991 年, Arduengo[6]等首次成功分离得到了第一个稳定的N-杂环卡宾-咪唑-2-碳烯,推动了NHC化学的迅速发展。1995年Enders小组首次合成了三唑衍生的N-杂环卡宾。1997年首次合成出对空气稳定的N-杂环卡宾。2002年，用四溴化碳处理卡宾得到N-杂环卡宾的溴的类似物的合成方法。2004年，Bertrand利用二-(三甲基硅基)汞产生二胺基卡宾，并合成稳定的六元环N-杂环卡宾。[7]
1.3 N-杂环卡宾催化的反应
近年来, 已成为有机化学家们研究的热点之一, 其在催化反应中的应用也越来越广泛, 如催化安息香缩合反应[8]、酮与安息香类型化合物反应[9]、醇与醛反应[10]、醛与亚胺反应[11]、不饱和醛与酮反应[12]、酯基交换反应[13]、聚合反应[14]、Stetter反应[15]等, 特别是在安息香缩合反应、分子内不对称Stetter反应的催化中取得了很好的效果。而我在这次研究性实验中着重研究NHC催化Stetter反应。
2． N-杂环卡宾催化的Stetter反应
2.1 Sterrer反应简介
醛经过极性反转后所形成的卡宾与α,β-不饱和酮(酯)发生1,4-加成并得出相应的1,4-二羰基化合物的反应通常称为Stetter 反应, 也叫Michael-Stetter 反应(Scheme 1)。
[16] 该反应是由Stetter首先发现的, 其反应机理为：首先是由噻唑盐经碱去质子得到NHC，
噻唑卡宾对醛进行极性反转, 然后再与α,β-不饱和酮、酯和腈发生1,4-加成反应, 分别给出γ-二酮、4-氧代羧酸酯和4-氧代腈等。Stetter 反应通常可以分为分子间的Stetter 反应和分子内的Stetter 反应两种类型。近几年，Stetter 反应已经发展成为有机化学中最重要的有机合成反应之一,并且在很多天然产物、药物以及新型材料合成中起到关键的作用。[17]
2.2 分子间的Stetter 反应
在分子间的Stetter 催化循环反应中, 醛通过卡宾的活化, 得到Breslow 中间体, 随后, 酰基阴离子亲核进攻Michael 受体。对于直链型的醛, 产率通常在60%～80%,σ-取代的脂肪醛产率较低, 含有共轭或孤立双键的不饱和醛和含孤立三键的醛效果一样。大部分σ，β-不饱和酮都可以作为合成1, 4-二酮的受体, 芳香酮和杂环的σ，β-不饱和酮尤为合适。这种方法在有机中间体和各种天然产物的合成中已经得到了广泛的应用。
1989 年, Enders 研究小组[18]首次尝试了不对称的分子间Stetter 反应,并研究了手性噻唑盐(化合物1)等作为催化剂的情况。正丁醛(化合物2)和查尔酮(化合物3)在两相体系中反应得到ee 值为39% 的1,4-二酮(化合物4),但产率很低,仅有4%(图1)。噻唑盐和三唑鎓盐在 Stetter 反应中的催化活性一直都很低。在非对映选择性的Stetter 反应中,三唑鎓盐表现出一定的催化活性。
H 3C H O Ph Ph O 20mol% 1,60mol% K 2CO 3,CHCl 3/H 2O,60℃,2d
4%Ph Ph H 3C O O 23439%ee
H 3H 3Cl
(S )-1
图 1 不对称分子间的Stetter 反应
2.3 分子内的Stetter 反应
1995 年, 首次报道了分子内的Stetter 反应。[19] 2-甲酰基苯氧基巴豆酸酯(化合物6,
n=1)和2-甲酰基苯氧基丙烯酸酯(化合物6, n= 0)被证明是Stetter 反应中反应活性较高的反应物(图2)。这些反应通常在三乙胺作为碱的条件下发生。催化剂的活性常通过DMF 的作用提高。为了比较NHC 催化剂的效率, 由水杨醛的衍生物(化合物6, R1 = H)环化得到相应的苯并二氢吡喃(化合物7),
同时这也成为了一个基准反应。
CO 2R 2
n 5a,DMF
2R 2667
R1= H, 8-MeO, 6-Cl, [5,6]-Ph
R2= Me, Et
n =0:10~40mol% 5a,refiux
n =1:7~14mol% 5a,Et3N,25℃or 120℃
N
S
H3C
HO
Bn
Cl
5a
图2 分子内的Stetter反应
2002 年,化学家们[20]用20%(mol)的氨基酸茚醇派生的三唑鎓盐(化合物8)或苯丙氨酸派生的三唑鎓盐(化合物9)作为催化剂时, 可以得到ee值82%～97% 和产率63%～95%的不同的苯并二氢吡喃及其氮杂、硫代和其它杂环类物质(化合物11)(图3)。
CO2R2
20mol% 8, KHMDS,
Xylole, rt, 24h
63%~95%
2R
2
6
8
1011
82%~97%ee
N
O
N
N
Ar
BF4
(R,S)-8
N
BF4
Ph
(R)-9
R1= H, 6-Me, 8-Me,
R2= Me, Et
X =O, S, CH2, NMe, NCH2CH=CHCO2Me,
Ar = p-MeO-Ph
图 3 立体选择性催化的分子内的Stetter反应
研究发现, 催化剂苯环上的取代基是一个决定性因素。[21] [22] 研究表明,β，β-二取代的底物(化合物13)反应生成相应的环化物(化合物14) ,N-五氟苯基取代的催化剂( R, S) -12 最有效(图4) , ee值达到99%。(E)-构型体与相应的(Z)-构型体作为反应物, 能得到几乎同等的高产率及ee值。
O
R1
X EWG
R2
n
13
20mol% 12,
11~85%
R
14
82%~99%ee
N
O
N
N
Ar
BF4
(R,S)-12
R1 = H, Br,
R2 =Me, Et, n-Pr, CO2Me, Ph, CH2CH2Ph, X = O, S, CH2,
n = 0, 1EWG = CO2Me, CO2Et,COMe, Base = Et3N, KOt-Bu,
Ar = pentafluorophenyl
图 4 四元立体中心的Stetter反应
3. 结束语
综上所述,NHC催化Stetter反应研究近年来已经取得了明显的进步, 并已经成为最有价值的有机合成反应之一, 尤其是催化立体选择性的Stetter 反应已经成为当前有机合成化学的一个热点与前沿领域。随着科学技术的不断发展, Stetter 反应也必将获得进一步的发展, 其应用前景也更加广泛，这类反应必定会对丰富和发展有机化学作出其应有的贡献，发展潜力巨大。
【参考资料】：
1.Brookhart M, Studabaker W B. Cyclopropanes from reactions of transition metal
carbinecomplexes with ol efins[ J] . Chemical Reviews , 1987, 87( 2) : 411-432.
2.Skell P S , San dier S R. Reactions of 1, 1-digalocycl opropanes with elect rophilic reagents.
Synth etic route for inserting a carbonatom between the atoms of a double bond[ J] . Journal of the American Chemical Societ y, 1958, 80( 8) : 2024-2025.
3.Fisch er E O, Maas b l A.On the exist ence of a tungs ten carbonyl carb ene com plex[ J] .
Angew andt e Chemie Int ernat ional Edit ion in English, 1964, 3( 8) : 580-581.
4.Wanzl ick H W, S ch nh err H J .Direct synthesis of a mercury saltcarb ene com plex[ J] .
Angew andt e Chemie Int ernat ional Edit ion in En glish, 1968, 7( 2) : 141-142.
5.fele K. 1, 3-Dimethyl-4-imidazolin yliden-( 2)- pent acarbon ylchrom ein neuerbergangsmet
all- carben-kom pl ex[ J ] . Journal of Organomet allic Ch emistry, 1968, 12( 3) : 42-43.
6.Arduengo A J , Harlow R L, Kline M . Ast able cryst allin ecarbine [ J] . Journal of the Am
erican Chemical Society, 1991, 113( 1) : 361-363.
7.Bourissou D, Guerret O, Gabba F P, etal . Stablecarbenes[ J] .Chemical Reviews , 2000,
100( 1) : 39-92.
8.Enders D, Kall fass U. Anefficient nucleophilic carbene catalyst for the asymmetric benzoin
condensati on [ J] . Angew andte Chemie Intern ational Edit ion , 2002, 41( 10) : 1743-1745.
9.Johnson J S . Catalyzed reactions of acylanion equivalent s[ J] . Angewandte Chemie Int-
ernational Edition, 2004, 43( 11) : 1326-1328.
10.Chan A, S cheidt K A. Conversion of unsaturated aldehydes intosaturated esters: An
umpolung reaction catalyzed by nucleophilic carbenes[ J] . Organic Letters , 2005, 7(5) : 905-908.
11.Mattson A E, Scheidt K A. Cat alytic additions of acylsilanest oimines: An acylanionst rat-
egy for the direct synthesis of aminoketones[ J ] .Organic Letters, 2004, 6( 23) : 4363-4366.
12.Suz uki Y, Yam auchi K, Muramat su K, etal. First example of chiral N-heter ocyclic carbenes
as catalysts for kineti cresolution [ J] . Chemical Communications , 2004, 4( 23) : 2770-2771.
13.Kan o T , Sasaki K, Maruoka K. E nantioselect iveacylation of secondary alcohols catalyzed
by chiral N-heterocyclic carbenes [ J] . Organic Letters , 2005, 7(7) : 1347-1349.
14.Duong H A, Cross M J, Louie J. N-Heter ocyclic carbenesas highl y efficient catalysts for the
cyclot rimerization of isocyanates [ J] . Organic Letters , 2004, 6(25) : 4679-4681.
15.Marion N, D,Nolan S P. N Het erocyclic carbenes as organocat alysts [ J ] . Angewandte
Chemie In t ernational Edition , 2007, 46( 17) : 2988-3000.
16.Stetter H , Kuhlman H . Addition of aliphatic aldehydestoactivated double bonds[ J] . Angew
andte Chemie International Edition in English, 1974, 13( 8) : 539.
17.Chris tmann M. New devel opments in the as ymmetric Stetter re action [ J ] . Angewandte C
hemie International Edition , 2005, 44( 18) : 2632-2634.
18.Enders D, Bockst iegel B, Dyker H , etal. Dechema-Monographies[ C] . VCH : Weinheim,
German y, 1993: 129, 209.
19.Ciganek E. Esters of 2, 3-dihydro-3-oob enzofuran 2-aceticacidan 3,
4-dihydro-4-oxo-2H-1-benzopyran-3-aceticacid by intramolecular Stetter reactions [ J] .
Synthesis, 1995, 1995( 10) : 1311-1314.
20.Kerr M S, de Alaniz J Read, Rovis T . A highly enantioselective catalytic intramolecular Stet-
ter reaction [ J] . Journal of the American C hemical Societ y, 2002, 124( 35) : 10298-10299.
21.Moore J L , Kerr M S , Rovis T . Enantios elective form ation of quaternarys tereocenters
using the catalyticint ramolecular Stetter reaction[ J] . Tetrahedron, 2006, 62( 49) : 11477-11482.
22.Nak amu ra T, Hara O, Tamura T, etal. A facile synthesis of chrom an-4-ones and 2, 3-dih-
ydroquinolin-4-ones with quaternary carbon using int ramolecular Stetter reaction catalyzed by thiazolium salt [ J] . Synlett , 2005, ( 1) : 155-157.
【CN109897190A】一种氮杂环卡宾功能化的共价有机框架材料及其合成方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910154939.6 (22)申请日 2019.03.01 (71)申请人 山西师范大学 地址 041000 山西省临汾市尧都区贡院街1 号 (72)发明人 杨俊娟 王君文 刘佳琦 (74)专利代理机构 北京中索知识产权代理有限 公司 11640 代理人 刘翔 (51)Int.Cl. C08G 83/00(2006.01) (54)发明名称 一种氮杂环卡宾功能化的共价有机框架材 料及其合成方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于氮杂环卡宾功能化 的共价有机框架材料及其合成方法，该材料是由 离子型的氮杂环卡宾二醛为单体和多胺基化合 物通过亚胺键连接构筑城的具有二维或三维网 络结构的有机晶体骨架，所述的离子型的氮杂环卡宾二醛的结构式为： 共价有机框架材料的合成方法为：离子型的氮杂环卡宾二醛与多胺基化合物混合，采用离子热法 或溶剂热法晶化、溶剂洗涤和加热真空干燥，既 得到具有二维或三维网络结构的有机晶体骨架。本发明方法得当的材料具有规则有序的微孔结构，可作为非均相催化剂载体， 用于催化反应。权利要求书1页 说明书5页 附图3页CN 109897190 A 2019.06.18 C N 109897190 A
1.一种氮杂环卡宾功能化的共价有机框架材料，其特征在于所述共价有机框架材料材料是由离子型的氮杂环卡宾二醛为单体和多胺基化合物通过亚胺键连接构筑城的具有二维或三维网络结构的有机晶体骨架。 2.根据权利要求1所述的一种氮杂环卡宾功能化的共价有机框架材料，其特征在于：所 述离子型的氮杂环卡宾二醛单体的结构式为： 其中R1选自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基；X选自氯、溴、碘、六氟磷酸根；Y选自醛基、羧基、氰基、硼酸基、溴。 3.如权利要求1所述的一种氮杂环卡宾功能化的共价有机框架材料的合成方法，其特征在于： 所述共价有机框架材料亚胺键连接的反应方式为： 其中R2选自三胺基苯，三(4-苯胺基)苯，5,10,15,20-四(氨基苯基)卟啉，四(4-苯胺基)金刚烷。 4.根据权利要求3所述的一种氮杂环卡宾功能化的共价有机框架材料的合成方法，其特征在于：共价有机框架材料的合成方法为离子热法或溶剂热法。 5.根据权利要求4所述的氮杂环卡宾功能化的共价有机框架材料的合成方法，其特征在于：所述合成方法为离子热法，具体步骤包括：在100uL离子液体中，氮杂环卡宾为构筑基元的醛2与多胺基取代物3在室温下反应3h，产物用乙腈和甲醇反复洗涤后，真空干燥，即得共价有机框架材料。 6.根据权利要求5所述的一种氮杂环卡宾功能化的共价有机框架材料的合成方法，其特征在于：离子热法中所述的离子液体选自1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐。 7.根据权利要求4所述的氮杂环卡宾功能化的共价有机框架材料的合成方法，其特征在于：所述合成方法为溶剂热法，具体步骤包括：在100uL有机溶剂中，氮杂环卡宾为构筑基元的醛2与多胺基取代物3在室温下反应3h，产物用乙腈和甲醇反复洗涤后，真空干燥，即得共价有机框架材料。 8.根据权利要求7所述的一种氮杂环卡宾功能化的共价有机框架材料的合成方法，其特征在于：溶剂热法中所述有机溶剂选自氯仿、乙腈、冰醋酸的混合溶剂，其体积比为1:1～10:0.1～1。 权 利 要 求 书1/1页2CN 109897190 A
氮杂环卡宾本科生论文.doc
天津师范大学 本科毕业论文（设计） 题目：烷基桥联的N-杂环卡宾金属配合物的合成及其结构的 研究 学院：化学学院 学生姓名：方漪芸 学号：08507018 专业：化学 年级：08级 完成日期：2012年05月 指导教师：柳清湘
烷基桥联的氮杂环卡宾金属配合物的合成及其结构的研究 摘要：N-杂环卡宾及其金属配合物在金属配位化学和有机化学中的应用非常广泛，它不仅能与元素周期表中的许多金属元素发生反应并且其得到的金属配合物所显示出来的优良催化活性使其成为最具潜质的催化剂。除此之外，它也开始广泛地应用于精细化工产品的合成中，成为现代有机化学中必不可少的重要物质之一。因此为了使氮杂环卡宾金属配合物的相关合成方法有新的拓展，本文采用烷基桥联的氮杂环卡宾作配体，合成并且得到了一个N-杂环卡宾镍金属配合物的晶体，并对其结构进行了相关研究。 关键词：N-杂环卡宾；金属配合物；合成；结构研究
Synthesis of N-heterocyclic Carbene Metal Complexes by Alkyl Bridge Linkage Abstract：N-heterocyclic carbene and N-heterocyclic carbene mental complexes are widely used in coordination organometallic chemistry and coordination chemistry. Now, it has became one of the hotest topics in the field of chemistry. The study of N-heterocyclic carbine began in 1991, when first free N-heterocyclic carbene was isolated by Ardengo, this has evoked considerable attention. N-heterocyclic carbine always shows high activity, it can react with almost all elements in periodical table.Besides, the excellent catalytic activity of N-heterocyclic carbene mental complexes makes it beco me the most potential catalyst. What’s more, N-heterocyclic carbine have made signficant progesses in the synthesis of fine chemical products,which makes it occupy an important position in organic chemistry. In order to expand the synthesis of N-heterocyclic carbine mental complexes ,we used N-heterocyclic carbine which bridged by alkyl as ligand and one N-heterocyclic carbene nickel complex was prepared. And we have the structure researched.. Key words : N-heterocyclic carbene; metal complex; prepare; structure research
金属卡宾反应的研究进展及应用
金属卡宾反应的研究进展及应用 东梅 金属卡宾反应，即烯烃复分解反应。2005 年的诺贝尔化学奖由3 位科学家分享：法国人伊万?肖夫(Yves Chauvin)和美国人罗伯特?H?格拉布(Robert H. Grubbs)与理查德?H?施罗克(Richard R.Schrock)。瑞典皇家科学院称他们是以“发展了有机合成中的复分解方法”而获此殊荣的。获奖者的贡献呈现了此方法在化学工业中的意义，开辟了合成分子的一个新机遇，药物、塑料和其它材料的开发与工业生产将会由此得到飞速的发展，产品将变得更便宜，而且对环境也更友好。为使广大国内读者能够进一步了解他们的发现的重要意义。 复分解(Metathesis)这个词来源于希腊的meta(变化)和thesis(位置)，是指两种物质的部分交换。在反应AB+CD→AC+BD 中，B 已经与C 交换了位置。式1 示出了烯烃交换反应，通过两个原料烯烃之间的碳烯(亚烷基)交换，形成了两个新的烯烃。复分解催化剂已经发展成为有机合成中的极其强有力和多才多艺的工具，它所导致的合成变换令人叫绝。下面来叙述由肖夫所揭示的复分解机理和随后由施罗克与格拉布发现的复分解催化剂及其应用。 2 烯烃复分解反应的发现 催化复分解反应是随上世纪50 年代由齐格勒(Ziegler，1963 年诺贝尔化学奖)在乙烯聚合反应中的观察而在工业中发现的。尽管在一系列专利中报道了新的过程，但是对其机理并不了解。其中的一个专利是由杜邦公司的Eleuterio 在1957 年公布的有关不饱和聚合物的形成。此聚合物是由高张力的原料降冰片烯加到负载在与氢化锂铝结合的氧化铝的氧化钼上而获得的。同一年，申请的另一个有关烯烃歧化反应的专利，即用负载于氧化铝上的三异丁基铝和氧化钼处理使丙烯转换成乙烯和丁烯，揭示了另一个似乎是新的转换。
氮杂环卡宾
N?Heterocyclic Carbene-Palladium(II)-1-Methylimidazole Complex-Catalyzed Direct C?H Bond Arylation of(Benz)imidazoles with Aryl Chlorides Zheng-Song Gu,?Wen-Xin Chen,?and Li-Xiong Shao*,?,? ?College of Chemistry and Materials Engineering,Wenzhou University,Chashan University Town,Wenzhou,Zhejiang Province 325035,People’s Republic of China ?College of Chemistry and Life Sciences,Zhejiang Normal University,Jinhua,Zhejiang Province321004,People’s Republic of China *Supporting Information INTRODUCTION C2-arylated(benz)imidazoles are frequently found in various pharmaceuticals,biologically active compounds and materials.1 Recently,the transition metal-catalyzed direct C?H bond arylation of(benz)imidazoles has been noticed as a potentially more e?cient and convenient alternative for the straightfor-ward synthesis of such compounds.2However,during the past years,the scope of the arylating reagents is limited to the more active aryl iodides and bromides.3To the best of our knowledge,only very few examples on the palladium-catalyzed direct C2-arylation of(benz)imidazoles using aryl chlorides in the presence of phosphine ligands were reported to date, despite their lower cost and more easy availability.4Therefore, despite that some progress has been made in the direct C2-arylation of(benz)imidazoles,the research for e?cient methods using the more applicable,while less active,aryl chlorides as the arylating reagents is still in great demand.5 Previously,we have reported that a well-de?ned N-heterocyclic carbene-Pd(II)-1-methylimidazole[NHC-Pd(II)-Im]complex 1can easily activate aryl chlorides in traditional C?C couplings such asα-arylation of carbonyl compounds,6Suzuki?Miyaura coupling,7Mizoroki?Heck reaction,8Hiyama reaction9and C?N coupling.10Furthermore,in a very recent communication,we found that NHC-Pd(II)-Im complex1can also e?ciently catalyze the direct C?H bond arylation of(benzo)oxazoles using aryl chlorides as the arylating reagents.11These results thus prompted us to further investigate its application in activating aryl chlorides toward the direct C2-arylation of (benz)imidazoles.Herein,we report these results in detail.■RESULTS AND DISCUSSION Initially,1-methylbenzimidazole2a(0.49mmol)was chosen as the model substrate for the reaction with chlorobenzene3a(2.0equiv)in the presence of NHC-Pd(II)-Im complex1(2.0mol %)under various conditions.For example,in the?rst round, toluene/H2O(2.0mL/0.5equiv)was chosen as the solvents to evaluate the e?ect of bases.The best result was achieved using KO t Bu as the base to give the desired product4a in89%yield (Table1,entry6),while in the presence of other bases such as K2CO3,KOH,K3PO4·3H2O,LiO t Bu and NaO t Bu,almost no product could be detected(Table1,entries1?5).The replacement of solvents from toluene/H2O to THF/H2O and dioxane/H2O resulted in product4a only being isolated in48 and40%yields,respectively(Table1,entries7and8).In addition,in the presence of other solvents such as DMSO/ H2O,DMF/H2O,CH3CN/H2O and DME/H2O,no desired product could be detected(Table1,entries9?12). Furthermore,after careful investigations,it was found that the amount of H2O dramatically a?ected the reaction.That is,the introduction of0.5equiv of H2O was found to be necessary for such transformation.For instance,only18%yield of product4a was obtained when dry toluene was used as the solvent(Table 1,entry13).When1.0equiv of H2O was added,a signi?cantly higher yield(84%)was achieved(Table1,entry14).However, when the amount of H2O was increased to3.0equiv,the yield of4a drastically decreased to5%(Table1,entry15).These results thus encouraged us to further investigate the e?ect of H2O. It is known that KO t Bu will be partially hydrolyzed to KOH and HO t Bu under the above reaction conditions.Therefore, three more control experiments were carried out:(1)the combination of KO t Bu(1.5equiv),KOH(0.5equiv)and HO t Bu(0.5equiv)was introduced instead of KO t Bu(2.0 Received:May9,2014 Published:May28,2014 ?2014American Chemical https://www.wendangku.net/doc/bc12340946.html,/10.1021/jo5010058|https://www.wendangku.net/doc/bc12340946.html,.Chem.2014,79,5806?5811
含亚磷酸酯和氮杂环卡宾的混配型镍(Ⅱ)配合物的合成、表征及其催化性能的研究
含亚磷酸酯和氮杂环卡宾的混配型镍(Ⅱ)配合物的合成、表征及 其催化性能的研究 本论文设计合成了一系列新的含亚磷酸酯和氮杂环卡宾配体的混配型镍（Ⅱ）配合物,并对它们进行了全面的表征。在此基础上,考察了上述配合物在氯代芳烃、溴代芳烃及苄基氯代烃与联硼酸酯的Miyaura硼化反应中的催化性能。 1、通过二亚磷酸酯二卤化镍Ni[P（OR1） 3]2X2与等摩尔量的氮杂环卡宾配体NHC 的反应合成了含亚磷酸酯和氮杂环卡宾配体的混配型镍（Ⅱ）配合物Ni（NHC）[P（OR1）3]X2{NHC= （R2NH2NH2R2） C,R2=2,4,6-三甲基苯基,SIMes;R2=2,6-二异丙基苯基,SIPr;R2=叔丁基,SItBu;R1=乙基,异丙基;X=溴,氯}1–6和8–10。所有配合物在室温下都是红色（含有SIMes和SIPr）或棕黄色（含有SItBu）固体粉末,对空气不敏感,它们都通过了元 素分析和核磁的表征,其中配合物5、6和9通过了X-ray单晶衍射的表征。 2、考察了混配型镍（Ⅱ）配合物1–6和8–10在氯代芳烃或溴代芳烃与联硼酸酯的Miyaura硼化反应中的催化性能,发现这些配合物具有明显的亚磷酸酯配体和氮杂环卡宾配体之间的协同效应,并且亚磷酸酯配体和氮杂环卡宾配体结构的改变对配合物的催化性能有很大影响。其中,配合物1在氯代芳烃与联硼酸新戊二醇酯（B2nep2）的Miyaura硼化反应中表现出最优的催化活性,而配合物2在溴代芳烃与联硼酸频哪醇酯 （B2pin2）的Miyaura硼化反应中的催化效果最佳。
高等有机化学第十一章 卡宾
第十一章卡宾
11.1 卡宾的定义 C：表示，卡宾(carbene)，又称碳烯，一般以R 2 指碳原子上只有两个价键连有基团，还剩两个未成键电子的高活性中间体。卡宾的寿命远低于1秒，只能在低温下(77K以下)捕集，在晶格中加以分离和观察。它的存在已被大量实验所证明。 卡宾的两个未成键电子既能自旋方向相反，处于单线态，也可自旋方向平行，处于三线态。取哪种状 C：的两种态应视取代基和制备方法而异。下式为H 2 状态： 单线态和三线态卡宾
11.2 卡宾的轨道 1CH2H f=110.856KCAL/MOL3CH2H f=80.809KCAL/MOL 11.3 卡宾的立体结构 烷基卡宾 三线态卡宾的结构，最简单是用中心碳原子sp杂化来描述。两个sp杂化轨道和两个氢原子成键，两个没有杂化的p轨道，每一个容纳一个电子。这是形成两个σ键和最大程度降低所有六个电子的电子与电子之间相互排拒的最有效的形式。
三线态卡宾的分子构型是线性的。由于每一个p轨道只容纳了一个电子，因而可以把三线态卡宾看作是一个双游离基。事实上，它们在许多方面的表现也确是如此。 单线态卡宾最简单是用中心碳原子sp2杂化来描述。在这三个sp2杂化轨道中，有两个和氢原子成键，第三个容纳孤电子对。没有杂化的p轨道保持是空的。这是对三个电子对的最大程度减少电子与电子之间排拒作用的最有效的形式。 单线态的几何构型是弯的，由于孤电子对对C-H 键的排拒作用，键角小于120°。单线态卡宾同时显示了碳负离子的独电子对和碳正离子的空p轨道。
实际上，这样考虑的单线态和三线态的结构是过于简单化的。最近的计算和测定的结果：单线态卡宾的键角约为103°，三线态键角约为136°。单线态和三线态之间的能量差别也曾经见诸报导，三线态比单线态稳定，能量差约为8～9千卡／摩尔。 芳基卡宾 电子自旋共振谱表明芳基卡宾的基态是三线态。反应物光解首先形成单线态卡宾，然后自旋反转，形成三线态卡宾。三线态的esr信号的寿命比较长，在77K长达几小时。 芳基卡宾的esr谱表明芳基卡宾有一个未成对电子和芳香π体系共轭，一个未成对电子和它垂直。
N_杂环卡宾_CO_2加合物的合成及其应用
第22卷第2/3期2010年3月 化 学 进 展 PROGRESS I N CHE M I ST RY Vol .22No .2/3 Mar .,2010 收稿:2009年4月,收修改稿:2009年6月 3国家重点基础研究发展计划(973)项目(No .2007C B714305)资助33Corres ponding author e 2mail:zjli@njut .edu .cn N 2杂环卡宾/CO 2加合物的合成及其应用 3 王燕芹 李振江 33 郭 畅 (南京工业大学生物与制药工程学院材料化学工程国家重点实验室 南京210009) 摘 要 强亲核性的N 2杂环卡宾(N 2heter ocyclic carbenes,NHC )是近年来研究最为活跃的一类小分子 有机催化剂。本文综述了NHC 2CO 2的合成方法和NHC 2CO 2参与的4类重要反应。探讨了NHC 2CO 2作为NHC 转移试剂参与的配位反应;作为CO 2转移试剂和催化剂调控的CO 2固定和碳酸酯合成;作为羧基配体 与过渡金属配位;作为潜在的NHC 催化剂催化环状单体开环聚合反应等应用。最后,展望了其发展前景。 关键词 N 2杂环卡宾 CO 2 加合物 合成 催化 配位中图分类号:O626 文献标识码:A 文章编号:10052281X (2010)02/320433207 The Prepara ti on and Appli ca ti on of N 2Heterocycli c Carbene /CO 2Adducts W ang Yanqin L i Zhenjiang 33 Guo Chang (State Key Laborat ory of Materials 2O riented Che m ical Engineering,College of B i otechnol ogy and Phar maceutical Engineering,Nanjing University of Technol ogy,Nanjing 210009,China ) Abstract The nucleophilic N 2heter ocyclic carbene (NHC )has e merged as a hot t op ic as organocatalyst in recent years .The t w o p reparati on methods and f our i m portant reacti ons are revie wed in this paper .The app licati ons of N 2heter ocyclic carbene /CO 2adducts in metal coordinati on as NHC transfer reagents,in CO 2fixati on and carbonate synthesis as catalysts and CO 2transfer reagents,in transiti on metal comp lexati on as carboxylat o 2ligands,and as latent NHC in catalyzing ring 2opening poly merizati on of cyclic monomers are summarized .The potential devel opment of the research and app licati on of NHC 2CO 2is discussed . Key words N 2heter ocyclic carbene;carbon di oxide;adducts;synthesis;catalysis;coordinati on Con ten ts 1 I ntr oducti on 2 The Preparati on of N 2heter ocyclic carbene /CO 2ad 2 ducts 211 NHC 2CO 2p repared by direct reacti on of free car 2 bene and CO 2 212 NHC 2CO 2p repared by indirect methods 3 The app licati on of N 2heter ocyclic carbene /CO 2ad 2 ducts 311 NHC 2CO 2adducts as NHC transfer reagents 312 NHC 2CO 2adducts as CO 2transfer reagents 313 NHC 2CO 2adducts as carboxylat o ligands 314 NHC 2CO 2adducts as ring 2opening poly merizati on catalysts of cyclic monomers 4 Conclusi on and outl ook 1 引言 自1991年A rdueng o 等[1] 第一次成功分离得到 游离的N 2杂环卡宾(N 2heter ocyclic carbenes,NHC,1)以来,NHC 已成为一类广泛研究和应用的Le wis 碱。它可以替代传统的富电子膦配体与过渡金属元
N-杂环卡宾钯催化剂
2010年，Michael G. Gardiner 和他的同事合成了新型的氮杂环卡宾化合物，A colorless solution of 1 over anhydrous Na2CO3 in dry MeOH was heated at 508C for two hours to give a red solution, from which red crystals of 2 were obtained in 84% yield after filtration and concentration (Scheme 1).[8] Complex 2 has high stability as a solid (more than one year) and in MeOH and THF (several months). The complex is tolerant to moisture, but reacts quickly with atmospheric oxygen in solution and the solid state. Peter D. W. Boyd, Alison J. Edwards, Michael G. Gardiner, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 6315 –6318. 2008年，Takeshi Makino和他的同事得到了具有二齿氮杂环配体的钯配合物，The bidentate NHC-palladium complexes 4a–e were prepared by the reaction of 1-(4-iodoaryl)-3-aryl-4,5-dihydroimidazolinium salt (1)[16] and xanthenediboronic acid (2)[17] in the presence of Pd(PPh3)4 and Ag2O followed by palladation[18] (Scheme 1). The bis(imidazolidene) derivative 6 was also synthesized in a similar way (Scheme 2).
N-杂环卡宾
N-Heterocyclic Carbene Ligands Rapid progress in cross-coupling reactions of unactivated substrates catalyzed by metal compl transformed the chemical marketplace through introduction of an extensive library of achiral an phosphine ligands. The positive effects of phosphine ligands are exemplified in the numerous r highly efficient systems in terms of turnovers and selectivities applied to traditional industrial pro as hydrogenation; however, the disadvantages in the high cost of producing tertiary (especially phosphines and their degradative tendency in converting to phosphine oxides have only now b addressed by the rich field of NHC ligands utilized in homogeneous catalysis.1 The advantages of N-heter ocyclic carbene’s as ancillary ligands are: 1) they are stronger s-don phosphines enabling favorable rates of palladium catalyzed oxidative addition of aryl chlorides, metal-carbenic bond of the NHC complex favors tight binding kinetics, therefore lessening ligan dissociation, 3) the presence of sterically encumbering groups bound to the N-atoms facilitate r elimination of the product from palladium, and 4) the activity of NHC ligands can be modified by introduction of electronic directing substituents remotely, as witnessed in the synthesis of benzim that contain electronically dissimilar groups on the aromatic backbone.2 A wide range of NHC ligands are now commercially available which exhibit high activities in va important organic transformations when combined with metal pre-catalysts. NHC imidazolidine sterically encumbering groups such as mesityl, isopropyl, and adamantyl have been used in the Pd-catalyzed cyclization of anilides,3 amination of aryl chlorides,4arylation with ester enolates to esters,5 Sonogashira reactions of unactivated alkyl bromides,6 and the ruthenium-catalyzed RC (Scheme 1-5).7
N-杂环卡宾的合成和应用【文献综述】
毕业论文文献综述 应用化学 N-杂环卡宾的合成和应用 1 前言 1.1 卡宾 卡宾（carbene）又称碳烯，一般以R2C表示，指碳原子上只有两个键连有基团，还剩有两个未成键电子的高活性中间体。卡宾的寿命远低于一秒，只能在低温下（77K以下）捕获，在晶格中加以分离和观察。卡宾与碳自由基一样，属于不带正负电荷的中性活泼中间体。卡宾只有6个价电子，含有一个电中性的二价碳原子，在这个碳原子上有两个未成键的电子。卡宾是一种强Lewis酸，具有很强的亲电性。 1.2 N-杂环卡宾 最早对N-杂环卡宾的研究起始于1960年，当时Wanzlick[1]等对噻唑-2-碳烯进行了详尽透彻的研究。由于噻唑-2-碳烯类化合物异常的活泼性，尽管在当时Wanzlick并没有成功通过分离技术得到N-杂环卡宾，但是他们意识到咪唑环中邻位氮原子的给电子效应可以稳定2-位上的卡宾中心，这一思想为之后的N-杂环卡宾化学的发展奠定了基础。在这之后，N-杂环卡宾引起了化学家们的广泛的研究兴趣。在近十几年来，N-杂环卡宾的的研究得到了迅速的发展，特别是在金属成键的配位化学这一领域。最近几年，N-杂环卡宾的金属络合物作为一种催化剂，已经在多个领域取得了广泛的应用。 N-杂环卡宾被看作是一种有机膦配体的代替品。在某一些有机金属催化反应方面，N-杂环卡宾被当做配体已经成功取代了应用广泛的膦配体。由于在催化方面的出色表现，N-杂环卡宾配合物的合成及其催化性质的研究受到了国内外化学家的关注。 1.2.1N-杂环卡宾的分类及其应用 常见的N-杂环卡宾根据环上氮原子的数目不同或氮原子位置的不同有咪唑型卡宾，三唑型卡宾等。N-杂环卡宾一般以单线态形式存在，卡宾碳原子采用sp2杂化形式，卡宾碳原子周围有6个电子，是一个缺电子体系，卡宾碳原子上的一对电子处在σ轨道上。从电子共轭效应考虑，2个氮原子p轨道上的孤对电子和卡宾碳原子上的空p轨道可以发生给电子共轭效应，这样降低了卡宾碳原子的缺电子性。从电子诱导效应考虑，2个
N-杂环卡宾催化的Stetter反应
N-杂环卡宾催化的Stetter反应 1．引言 1.1 卡宾简介 卡宾又名碳烯,是亚甲基及其衍生物的总称,是有机反应过程中形成的不同于正、负碳离子的另一类缺电子的活性中间体。虽然光谱研究已经证明了游离卡宾的存在,但是由于其在大多数条件下反应活性高、寿命短,因而难以分离和表征。此外,游离卡宾的高活性和低反应选择性也常常限制了其在有机化学中的应用。[1] 而N-杂环卡宾(N-H eterocyclic carbene, NHC)是一类纯有机化合物，碳原子以sp2形式杂化,卡宾碳原子周围只有六个电子，是一个缺电子体系。卡宾碳原子上的一对电子处在σ轨道上。从共轭效应考虑，两个氮原子p轨道上的孤对电子和卡宾碳原子上的空p轨道可以发生给电子的共轭效应，这样可以有效的降低卡宾碳原子的缺电子性。从诱导效应考虑，两个电负性较大的氮原子与卡宾碳原子相连，由于氮原子的吸电子作用能够使卡宾碳原子上的孤对电子趋于稳定，同时，C=C双键参与的共轭作用，也为N-杂环卡宾结构体系的稳定做出了贡献。[2] 在卡宾家族中, NHC由于其结构的特殊性,一直是卡宾化学工作者的关注热点[3]。NHC 具有比普通碳卡宾更稳定的化学结构, 并且具有毒性小、给电子能力强、空间和电子效应很容易通过改变氮原子上取代基进行调控等特点, 其性质类似于富电子的膦配体, 且具有良好的热稳定性、耐水性和耐氧化性, 在许多情况下可以代替不稳定的膦配体应用于催化反应中。[4] 1.2 N-杂环卡宾的发展 20世纪60年代，Wanzlick对N-杂环卡宾已经有所研究，但当时并未成功分离得到N-杂环卡宾。1968 年,Wanzlick等合成了N-杂环卡宾的金属络合物, 但他们并未分离出游离的NHC。 [4] [5] 1991 年, Arduengo[6]等首次成功分离得到了第一个稳定的N-杂环卡宾-咪唑-2-碳烯,推动了NHC化学的迅速发展。1995年Enders小组首次合成了三唑衍生的N-杂环卡宾。1997年首次合成出对空气稳定的N-杂环卡宾。2002年，用四溴化碳处理卡宾得到N-杂环卡宾的溴的类似物的合成方法。2004年，Bertrand利用二-(三甲基硅基)汞产生二胺基卡宾，并合成稳定的六元环N-杂环卡宾。[7] 1.3 N-杂环卡宾催化的反应 近年来, 已成为有机化学家们研究的热点之一, 其在催化反应中的应用也越来越广泛, 如催化安息香缩合反应[8]、酮与安息香类型化合物反应[9]、醇与醛反应[10]、醛与亚胺反应[11]、不饱和醛与酮反应[12]、酯基交换反应[13]、聚合反应[14]、Stetter反应[15]等, 特别是在安息香缩合反应、分子内不对称Stetter反应的催化中取得了很好的效果。而我在这次研究性实验中着重研究NHC催化Stetter反应。 2． N-杂环卡宾催化的Stetter反应 2.1 Sterrer反应简介 醛经过极性反转后所形成的卡宾与α,β-不饱和酮(酯)发生1,4-加成并得出相应的1,4-二羰基化合物的反应通常称为Stetter 反应, 也叫Michael-Stetter 反应(Scheme 1)。 [16] 该反应是由Stetter首先发现的, 其反应机理为：首先是由噻唑盐经碱去质子得到NHC，
金属卡宾 配合物
过渡金属卡宾配合物 可用通式L n M=CR2表示，它在形式上含有M=C双键。自由状态的卡宾:CR2由于碳原子的形式氧化态为+2价，碳原子周围只有6个价电子因而异常活泼，寿命极短，它们是许多有机化学反应的中间体，仅有少数几例可以分离得到。虽然卡宾不能直接和金属反应，但卡宾能和金属结合形成配合物而稳定。 过渡金属卡宾配合物的分类 过渡金属卡宾配合物有两种不同的键合方式，分为Fischer型的和Schrock型的卡宾配合物。Schrock型卡宾配合物又被称为亚烷基配合物（alkylidene complex）。 Fischer型 Fischer型的特征是： ?金属的氧化态低 ?形成Fischer型配合物的金属一般是中、后期过渡金属比如Fe(0), Mo(0), Cr(0)，W(0) ?形成配合物的配体是π电子接受体（一氧化碳是典型的Fischer型卡宾配体） ?卡宾碳原子上接有π电子给予体取代基R，卡宾碳上的取代基R至少含一个电负性大的杂原子O或N ?这一类的卡宾碳带δ+电荷，具有亲电性，易受亲核进攻 这个卡宾也是其它反应例如D?tz反应的起始原料。这些类型的卡宾均由恩斯特·奥托·菲舍尔发现，连同在有机金属化学的其他成就，他被授予1973年诺贝尔化学奖。[1] Schrock型 Schrock型的特征是： ?金属为高氧化态 ?形成Schrock型配合物的金属一般前过渡金属比如Ti(IV), Ta(V) ?配体不是π电子接受体，而是强δ-或π-电子给予体（比如烷基、茂基）?卡宾碳原子上无π电子给予体R基团 ?这一类的卡宾碳带δ-电荷，具有亲核性，易受亲电进攻
过渡金属卡宾配合物的合成和反应 由于Fischer型和Schrock型卡宾配合物的成键情况不同，所以合成和反应性质有所差异。 Fischer型卡宾配合物的合成 主要通过对金属羰基配合物进行亲核进攻来制备。首例过渡金属卡宾配合物就是由Fischer等人在1964年用烷基锂或苯基锂对六羰基钨进行亲核进攻，接着再进行甲基化反应合成。 因为LiR中的R代表烷基、芳基或甲硅基等多种不同的基团，烷基化试剂也可各不相同，所以该方法具有普适性，用此法可以合成出一系列Mo、W、Mn、Fe、Rh和Ni等不同金属的Fischer型金属卡宾配合物。 若用氨基化合物对羰基羰基配体亲核进攻，然后发生烷基化，则可制备含氮的Fischer型卡宾配合物。 除此以外，Fischer型卡宾配合物还可以通过乙炔的衍生物在乙醇溶液中和酸反应制备。 Schrock型卡宾化合物的合成 Schrock型卡宾配合物主要通过烷基去质子化反应制备。Schrock等人利用此法制备了Nb、Ta等的卡宾配合物。 除了这个方法外，Schrock型卡宾配合物还可利用金属配合物与重氮甲烷的反应来制备。 有机锂化合物对Fischer型卡宾化合物的亲核进攻，还可使之转变为Schrock型卡宾化合物。