N_杂环卡宾及其金属络合物的合成

1、 收稿 :2008年 6月 , 收修改稿 :2008年 9月 3国家自然科学基金项目 (N o. 20672016 资助 33通讯联系人 e 2mail :znli ; zhaod fg N 2杂环卡宾及其金属络合物的合成3姜 岚1,2 李争宁233 赵德峰133(1. 大连理工大学精细化工国家重点实验室 大连 116012;2. 大连大学环境与化学工程学院 辽宁省生物有机化学重点实验室 大连 116622摘 要 由于其强给电子能力 、 结构易修饰性和拓扑学特性 , N 2杂环卡宾成为继有机膦配体之后又一类重要的配体 。 其金属络合物在均相及不对称催化领域的催化性能是近期研究的热点 , 已有许

2、多成功的结 果 。 本文综述了近年来 N 2杂环卡宾及其金属络合物以及 N 2杂环卡宾的重要前体咪唑盐的合成方法 。金属 2N 2杂环卡宾络合物的合成方法包括 :(a 游离卡宾与金属化合物直接络合 ; (b 咪唑盐与金属化合物在强碱 作用下络合 ; (c 利用 Ag 2NHC 通过卡宾配体转移方法制备新的金属络合物 。关于 N 途径主要有 :(a 乙二醛 、 伯胺和多聚甲醛的缩合反应 ; (b ; (c 原 甲酸酯与 1,22二胺的成环反应 ; (d ; 用 。关键词 N 2杂环卡宾 金属 2N 2杂环卡宾络合物 中图分类号 :O621. 3; O626. 23; 4 :10052281X (

3、2009 06212292122C arbenes and Metal ComplexesJiang Lan1,2 Li Zhengning233 Zhao Defeng133(1. State K ey Laboratory of Fine Chemicals , Dalian University of T echnology , Dalian 116012, China ; 2. Liaoning K ey Laboratory of Bioorganic Chemistry , C ollege of Environment and Chemical Engineering ,Dali

4、an University , Dalian 116622, China Abstract Due to the strong electronic donor properties and the versatile structures which can be easily m odified , as well as the distinct topography , N 2heterocyclic carbene (NHC is a new class of ligands as an alternative to traditional phosphine ones. Theref

5、ore , it is attractive to use NHC as ligand in catalysis. In fact , the catalytic properties of NHC 2metal (NHC 2M com plexes in hom ogeneous and asymmetric catalysis have been a focused research field and many success ful results have been reported in recent years. In this paper , the syntheses of

6、NHC , NHC 2M com plexes and their major precurs or imidazolium salts are reviewed. The synthetic methods for NHC 2M com plexes include :(a reaction of metal com plexes with pre 2formed NHC ligands ; (b reaction of metal com plexes with NHC precurs ors such as imidazolium salts and a strong base ; (c

7、 interaction between metal halide and NHC 2Ag com plexes. F or the synthesis of NHC precurs ors , there are als o several routes :(a condensation of gly oxal , amines and paraformaldehyde ; (b alkylation of imidazole or m onosubstituted imidazole with alkyl halide ; (c annulation of ortho esters and

8、 1,22diamines ; (d ring closure of hydrazines or amides with acetic anhydride ; (e reduction of thiones with Na K in THF.K ey w ords N 2heterocyclic carbene (NHC ; NHC 2metal com plexes ; imidazolium salts ; synthesis第 21卷 第 6期 2009年 6月化 学 进 展PROG RESS I N CHE MISTRYV ol. 21N o. 6 Jun. , 2009 Conten

9、ts1 Introduction2 The classification and structure of NHC 3 Synthesis of NHC and their metal com plexes 3. 1 Synthesis of NHC3. 2 Synthesis of NHC 2metal com plexes 4 Synthesis of NHC precurs ors 4. 1 Synthesis of imidazolium salts 4. 2 Synthesis of imidazolinyllium salts 4. 3 Synthesis of triazoliu

10、m salts 4. 4 Synthesis of benzoimidazolium salts 4. 5 Synthesis of bis 2NHC precurs ors 5 E pilogue1 引言 卡宾是有机反应中一种重要的活性中间体 离和表征 。 此外 。通过与金属络合 , 可降低卡宾的活性并提高其反应的选择性 。 1964年 ,Fischer 等 1首次合成了过 渡金属卡宾络合物 , 这引起了人们极大的兴趣 。1968年 ,Wanzlick 等 2,3和 ; fele 等 4,5发现了 N 2杂 环卡宾 (N 2heterocyclic carbene , NHC 2金属络合物

11、(式 1 , 但是他们并未分离出游离的 NHC , 这些金属 2NHC 化合物不稳定 , 分解产生的游离卡宾二聚生成 富电子烯烃 。 Wanzlick 一直致力于亲核型卡宾化学 的研究 , 如 1和 2也被称作 Wanzlick 型卡宾 (图式1 。 1991年 ,Ardueng o 等 6开创性地报道了一种稳 定的 NHC 3(图式 1 , 该化合物可分离 , 在无水无氧 的条件下稳定 , 可在室温下存在 , 这立即引起了化学 界极大的关注 。 随后 , 通过结构修饰与改造 , 人们设 计 、 合成了许多 NHC 化合物 。研究结果表明这些 NHC 化合物是优良的配体 , 在有机催化反应中的

12、应 用日益广泛 , 可催化 C C 偶联反应 、 烯烃复分解等 反应 。 作为配体 , 尽管 NHC 的配位方式与传统的有 机膦配体十分相似 , 但是 , 与有机膦配体相比 ,NHC 具有如下优点 :(1 与金属络合时 , 可以形成更稳定 的金属 2卡宾 键 , 不易解离 , 不需要加入过量的配 体 ; (2 NHC 2金属络合物在催化许多反应时具有更 高的催化活性 , 如烯烃复分解反应 、 偶联反应 、 醛酮 的还原反应等 ; (3 对空气 、 水和热稳定 ; (4 结构更加多元化 , 易于修饰等 。 这些优势使得 NHC 在催化领域发挥着越来越重要的作用 。 虽然已有多篇综述论及其反应性能

13、和催化性能 7 14, 然而 , 我们发现 , 有关 NHC 合成方面的内容较为分散 , 本文对其合成 方法予以总结 。1o 报道的 NHC6 NHC and Ardueng o s NHC6NHC 的分类和结构 NHC 根据其结构不同 , 主要可分为以下 4种类型 :咪唑型 NHC ( 、 咪唑啉型 NHC ( 、 三唑型NHC (和苯并咪唑型 NHC ( 。除此以外 , 人们 还合成出了四元环 15,16、 六元环17,18和七元环19的NHC , 其结构如图式 2所示 。图式 2 典型的 NHCs 15 19Scheme 2 T ypical NHCs15 19NHC 由于其结构的特殊性

14、 , 性质比较稳定 , 使得制备 、 保存这类物质的难度大大降低 。 NHC 的电 子结构见图式 3。从图式 3可看出卡宾碳原子为 sp 2杂化形式 , 其孤对电子处于 sp 2杂化轨道上 , 可以与金属形成 键 。 邻近的两个 N 原子 p 轨道上的孤 对电子通过共轭效应对卡宾碳原子的空 p 轨道起 到给电子作用 ; 同时 N 原子上的烷基取代基的推电0321 化 学 进 展第 21卷 子效应也能使其更加稳定 。最典型的两种卡宾 、 的结构区别在于咪唑环 4, 5位有无双键 。 型 卡宾因为有双键参与了共轭 , 形成了环状的共轭结 构 , 电子数为 6, 具有芳香性 , 所以整个体系更为稳

15、定 。 相对而言 , 型卡宾则是更好的 电子给予体 , 碱性更强 , 更容易与金属形成络合物 。图式 3 NHC 的电子结构Scheme 3 The electronic structure of NHC3 NHC 及其金属络合物的合成方法3. 1 NHC 的合成Ardueng o 等 62(如 NaH 、 K H 、K O t 2Bu 的作用下 1,32二金刚烷基咪唑盐的 质子 氢 得 到 NHC 3, 收 率 为 96%。催 化 剂 量 的 DMS O 可提高反应速率 。这种途径被认为是最经典 、 最有效的合成路线 。 NHC 3结构中孤对电子与咪唑环可以形成 2共轭体系 , 降低体系能量

16、 , 达到热力学稳定的目的 。 同 时 , 体积庞大的取代基在卡宾碳的两侧也起到了空 间屏蔽的作用 , 保证了其动力学的稳定性 。除上述Ardueng o 方法之外 , 还可以用其它方法 20 25来合成 NHC (图式 4 。图式 4 合成 NHC Scheme 420 2522金属络合物的方法一般取决于 NHC 。 如果卡宾中间体比较稳定 , 能够游离存 在 , 可以将其分离出来后与过渡金属盐络合 ; 如果卡 宾不稳定或是分离比较困难 , 可以采取咪唑盐直接 与过渡金属盐或金属氧化物络合的方法 。 一般在制 备 NHC 2金属络合物时 , 以后过渡金属或低氧化态过 渡金属为宜 。常用的金属

17、有 Ru ( 、 Rh ( 、 Pd (0 、 Pd ( 、 Cu ( 、 Cu ( 、 Ir ( 等 。 3. 2. 1 游离 NHC 与金属化合物络合将咪唑盐与强碱 (如 NaH 、 K H MDS 、 K O t 2Bu 作 用脱去质子 , 然后再与金属化合物络合 。这种方法 适用于合成稳定的咪唑型 NHC 。1997年 Herrmann 小组 26,27合成了具 C 2对称性的手性咪唑盐 4的氨溶液 , 在碱 NaH 作用下脱去质 子形成游离卡宾后 , 与羰基化合物 M (C O n +1(n =3,5;M =Ni , W 络合生成手性 NHC 2金属配合物 5(图式 5 。图式 5

18、游离的 NHC 与金属络合反应 26Scheme 5 C om plexation of free NHC with metals26 1998年 Herrmann 小组 28把给电子能力比膦配 体更强的 NHC 首次引入到催化烯烃复分解反应中 。1999年 ,G rubbs 等29在液氨和 THF 中 , 将由咪唑盐6去质子化后形成的游离卡宾与 G rubbs 第一代烯烃 1321 第 6期 姜 岚等 N 2杂环卡宾及其金属络合物的合成 复分解催化剂 (PCy 3 2Cl 2Ru CHPh 作用 , 取代其中一个膦配体后得到了络合物 7(图式 6 。 7除了具有 G rubbs 第一代催化剂

19、对空气和水稳定的特点 之外 , 由于咪唑环 1、 3位上引入了位阻大的取代基 团 , 在催化开环复分解聚合反应时活性更高 。与 Herrmann 合成的含有两个 NHC 配体的配合物相比 ,该催化剂只含有一个 NHC 配体 , 在反应中会加速另 一个膦配体的解离 , 从而明显地提高催化性能 。 7与 8、 9称 为 G rubbs 第 二 代 烯 烃 复 分 解 催 化 剂 (图式 7 。图式 6 G rubbs 第二代烯烃复分解催化剂的合成 29Scheme 6 Synthesis of G rubbs s 2nd generation catalyst for olefin matathe

20、sis29 图式 7 G rubbs 第二代烯烃复分解催化剂Scheme 7 G rubbs s 2nd generation catalysts for olefin metathesis3. 2. 2 咪唑盐与金属络合 当利用咪唑盐制备游离的 NHC 不太稳定或难 以分离时 , 可以采用将咪唑盐直接与金属络合的方 法 。 尽管这种方法相比 3. 2. 1中的方法需要更长的 反应时间 , 但是省去了较为繁琐的分离卡宾的步骤 , 所以应用比较广泛 。 2004年 ,N olan 等 30将咪唑盐 10与 CuCl 和 NaO t 2Bu 相作用 , 以 THF 为溶剂 , 在室 温下反应 20

21、h , 得到了 NHC 2Cu 络合物 11(式 3 。 催 化脂肪酮和芳香酮的硅氢化反应 , 得到了较高的收 率 (>90% 。3. 22金属络合物也是一种。 这种方法首先会生成 Ag 2NHC 络 , 再与其它金属络合时 , 生成的不溶性卤化银会 促使反应不断向右进行 , 从而将卡宾配体转移 , 得到 新的络合物 。Burgess 等 31以邻环己二胺 、 氯乙酰氯 、 取代咪 唑等为原料合成了咪唑盐 12, 在室温下以 CH 2Cl 2为 溶剂 , 与 Ag 2O 络合后 , 经过滤得到 Ag 2卡宾化合物 13(图式 8 。 粗产品 13可直接与 Pd (CH 3C N 2Cl

22、2发生转移反应生成新的 Pd 络合物 14 。图式 8 Burgess 的 Ag 2NHC ,Pd 2NHC 的制备31Scheme 8 The preparation of Burgess s Ag 2NHC and Pd 2NHC314 NHC 前体的合成 早期 ,Lappert 将富电子烯烃二聚体与金属配合2321 化 学 进 展第 21卷 物共热得到了 NHC 2金属络合物 。 近年来 , 大量的实验结果表明 ,NHC 可通过咪唑盐或其衍生物等前体 经脱质子而得到 。 常见的前体有咪唑盐 、 咪唑啉盐 、 三唑盐 、 苯并咪唑盐等 , 本文仅列举上述前体的合 成 , 总结如下 。 4.

23、 1 咪唑盐的合成4. 1. 1 以乙二醛 、 伯胺和甲醛为原料通式为 (式 4 :4. 1. 1. 1 “ 一锅煮” 法Herrmann 小组261997年首次报道了 “一锅煮”法 , 以二分子的手性伯胺 、 多聚甲醛 、 乙二醛和盐酸为原料 , 以甲苯为溶剂 , 室温下一锅煮反应生成 1,32二取代的咪唑盐 4, 产率约为 77% 79%(图式 9 。 与碱 NaH 作用后生成的 NHC 可与 Rh 2(C 2Cl 2应形成 Rh 络合物 15, ; 与其 形成对比的是 , , 则最终得 到的具有 C 2R 构 型 。 他们指出在对咪唑盐去质子化制备游离卡宾 时 , 应同时加入液 NH 3

24、以增加溶剂对咪唑盐的溶解 能力 。 实验结果表明 , 液 NH 3与 THF 二者比例为 5 1时为适宜 。图式 9 Herrmann 的 “ 一锅煮” 法合成咪唑盐 26Scheme 9 Herrmann s “ one pot ” synthesis of imidazolium salts262003年 ,Bao 等32采用一锅煮的方法合成了咪唑盐 16(图式 10 。 与 Herrmann 不同的是 ,Bao 利用 氨基酸 、 氨水溶液替代伯胺作为胺源 , 首先与乙二醛 和甲醛形成咪唑环 , 然后再与卤代烷生成咪唑盐 。 由于这种方法合成的咪唑盐 N 原子上连有不同取 代基 , 不具有

25、 C 2对称性 , 所以可以利用该法合成不 对称的咪唑盐 。图式 10 “ 一锅煮” 法合成手性咪唑盐 32Scheme 10 “ One pot ” synthesis of chiral imidazolium salts324. 1. 1. 2 两步法, , 但是却不 。 对于原料之 , , 采用 , 甚至得不到目标产物 , 针对 , 一般改用两步法合成 。即乙二醛与两分 子的胺先在极性溶剂中生成二亚胺 , 再与甲醛和盐 酸反应得到咪唑盐 。 通式为 (图式 11 :图式 11 两步法通式Scheme 11 “ T w o steps ” synthesis of imidazolium

26、图式 12 两步法合成咪唑盐 33Scheme 12 Synthesis of imidazolium salts by tw o steps332005年 Alexakis 小组33报道了采用上述两步法 , 合成了 17和 Hartwig 配体 1834(图式 12 。 反应 中第一步得到的产物可以不经过提纯 , 直接进行下3321 第 6期 姜 岚等 N 2杂环卡宾及其金属络合物的合成 一步反应 。 由 17和 18与 Ag 2O 制备的 Ag 2卡宾络合 物可催化 E t 2Zn 对环己烯酮的 1,42加成反应 , 但是 产物 ee 值较低 (5%左右 。他们认为这很可能是 N原子上连接

27、大位阻基团的原因 。2003年 ,Liu 等35发现 , 采用 Herrmann 小组改进的 “ 一锅煮” 法对于烷基取代咪唑的合成收率较高 , 但对大位阻的芳基取代咪唑的合成 , 产率甚至低于 1%。 即使延长反应时间或提高反应温度也很难提 高产率 。 如果用 2,32丁二酮或 3,42己二酮代替乙二醛 , 结果更差 。 他们采用分步法合成芳基取代咪唑 19, 收到了较为理想的效果 , 产率为 9% 86%(图 式 13 。 而 12取代咪唑可再与伯卤代烷反应 , 得到 不对称的 1,32二取代咪唑盐 。图式 13 两步法合成芳基取代咪唑盐 35Scheme 13 Synthesis of

28、aryl substituted imidazolium salts by tw o steps354. 1. 2 以咪唑为原料 通式为 (图式 14 :图式 14 利用咪唑合成咪唑盐Scheme 14 Synthesis of imidazolium salts from imidazole在强碱作用下 , 利用咪唑和一分子伯卤代烷为 原料 , 首先发生亲电取代反应生成 N 2烷基取代的咪 唑盐 , 然后再与另一分子的伯卤代烷反应 , 即可引入 第二个烷基36。 选用非极性溶剂 , 如甲苯等以减少消除反应的发生 。即使如此 , 仅伯卤代烷能得到较 好的结果 , 而仲 、 叔卤代烷由于更易进行

29、消除反应 , 使期望的反应的收率明显降低 。近年来 , 离子液体作为一种环境友好的有机物 备受关注 。 这种物质具有化学稳定性好 、 液相范围较大 (-30 至室温 、 对空气和水不敏感等优点 , 一 般由含氮 、 磷的有机阳离子和无机阴离子组成 。 1,32二烷基取代咪唑盐是应用最广的一类离子液 体 , 烷基咪唑与卤代烃的烷基化反应合成离子液体 主要有两种途径 :一是常压下在有机溶剂中加热回 流反应物 ; 二是利用微波加热常压敞口容器中的反应物 37, 最后通过离子交换得到目标产物 。而微波 法以其操作简便 、 加热均匀 、 反应速率快成为合成离 子液体的新途径 。2001年 ,Burges

30、s 小组 38合成了一种具有唑啉 结构的 NHC 前体 20, 其金属络合物主要用于催化还原 E 2式三取代烯烃 (图式 15 。随后 G ade 等 39合 成了具有类似结构的 21和 化反应 (16 90%的结果 , 这种双齿配体由于其结构更 , 提供了更多咪唑盐 , 受到了同行的关注 。图式 15 Burgess 手性唑啉 2NHC 的合成38Scheme 15 Synthesis of chiral oxazolinyl 2NHC by Burgess38 图式 16 G ade 手性唑啉 2NHC 的合成 39Scheme 16 Synthesis of chiral oxazoli

31、nyl 2NHC by G ade394321 化 学 进 展第 21卷 最近 ,Arnold 等 40,41采用 “一锅煮” 法在无水乙腈中利用咪唑 、 环氧乙烷衍生物和溴代或碘代烷制备含羟基取代咪唑盐 23, 产率均超过 80%(图式17 。 23与 CuCl 2络合得到 NHC 2Cu ( 络合物 24,并且他们首次将这些化合物应用于催化对 , 2不饱和酮的加成反应 , 其中 24b 催化所得产物的 ee 值为 51% 。图式 17 由环氧乙烷和咪唑合成手性咪唑盐 40Scheme 17 Synthesis of chiral imidazolium salts from ethylen

32、eoxide and imidazole 404. 2 咪唑啉盐的合成通式为 ( 式 5 :4. 2. 1 以对称二胺和原甲酸酯为原料Ardueng o 小组分离出游离的卡 宾 3后 , 又 在1995年首次合成出了咪唑环上不含碳碳双键的NHC 25, 收率达 72%42。 尽管结构上缺少了咪唑芳香共轭体系 , 但在常温下也相当稳定 , 这表明了 2共轭体系的咪唑环结构并不是 NHC 稳定存在的必要条件 , 这也从侧面证明了 Wanzlick 的假设 , 即可能主要是 1,3位两个 N 原子的供电子效应以及 N 原子上的大位阻取代基起到了稳定卡宾碳原子的作用 , 其庞大的体积阻止了二聚体的产生

33、 , 使对应的NHC 在动力学上稳定 。随后 ,Ardueng o 等 43报道了其合成方法 :以乙二醛和两分子的芳香胺为原料生成亚胺 , 再经过 NaBH4还原反应形成对称二胺 , 最后与原甲酸乙酯闭环反应得到咪唑啉盐 。饱和的NHC 可由强碱经去质子氢步骤制得 。以咪唑啉盐为例 , 三步反应收率超过 50%(图式 18 。类似方法还有 Alexakis 等 33的工作 (式 6, 图式 19 , 他们合成了咪唑啉盐 26 30。2006年 , G rubbs 小组 44 在第二代催化剂的基础上 , 又报道了一种以对称二胺和芳卤化合物为起始图式 18 Ardueng o 首次合成咪唑啉型 N

34、HC 43Scheme 18 The first exam ple of imidazolinylidines by Ardueng o 43 图式 19 Alexakis 合成的咪唑啉盐 33Scheme 19 4, 52Dihydroimidazolium salts synthesized by Alexakis 33原料合成的咪唑啉盐 31(图式 20 。将该配体与金 属 Ru 的络合物 32应用于催化闭环烯烃复分解反 应 , 产物光学纯度大于 90%。Wilhelm 等 45利用二当量的手性氨基醇与 1,22二溴乙烷合成了咪唑啉盐 33, 这种具有 C2对称性 的含有两个羟基的手性配

35、体 , 可催化芳醛 、 酮的 1,42加成反应 , 产物的 ee 值小于 70%(图式 21 。 4. 2. 2 以不对称二胺和原甲酸酯为原料为了制备结构更独特的配体 , 同时更有利于和 金属络合 , 制备活性更高的催化剂 , 以不对称二胺为 原料的合成方法逐渐兴起 , 如 H oveyda 第三代催化 剂 34的合成 (图式 22 46,47。该配合物对空气和水 比较稳定 , 在开环烯烃复分解反应和交叉复分解反 应中表现出良好的催化性能 , 且经多次循环使用 , 性 能基本不变 。这种含有双萘环结构催化剂的前 5 321第 6期 姜 岚等 N 2杂环卡宾及其金属络合物的合成 图式 20 G

36、rubbs 合成的咪唑啉盐 44Scheme 20 Synthesis of 4,52dihydroimidazolium salts by G rubbs 44 图式 21 由手性氨基醇合成咪唑啉盐 45Scheme 21 Synthesis of 4, 52dihydroimidazolium salts withchiral amino alcohol 45体 35可经手性氨基醇来制备 , 35再与 H oveyda 第一代催化剂 36络合后 , 即得到化合物 34。2005年 , G rubbs 小组 48采用了更为简便的途径来合成结构更多样的催化剂前体咪唑啉盐 (图式23 。 以氯氧

37、代乙酸乙酯为原料 , 控制加料量 , 利用两个羰基不同的亲核反应能力的特点 , 分两步与不同的芳胺反应得到不对称的二胺 , 再与原甲酸三乙酯成环合成了一系列两个 N 原子连有不同基团的咪唑 啉 盐 。咪 唑 啉 盐 在 碱 K H MDS 作 用 下 生 成NHC , 再与 (PR 3 PdMeCl 2(R =E t , Ph 形成金属络合物 。同年 Mauduit 小组 49,50也报道了利用类似的方法 , 与 G rubbs 稍有差异的是 , 他们将第二步中的芳胺替换成为脂肪族的氨基醇 , 也得到了比较好的结果 , 收率达 59% 83%(图式 24 。图式 22 H oveyda 第三代

38、烯烃复分解反应催化剂的合成 46 Scheme 22 Synthesis of H oveyda s 3rd generation catalyst for olefin matathesis 46 图式 23 由氯氧代乙酸乙酯和芳胺合成咪唑啉盐 48 Scheme 23 Synthesis of 4, 52dihydroimidazolium salts from chloro 2ox o 2acetic acid ethyl ester and aryl amine 486321 化 学 进 展 第 21卷 图式 24 由氯氧代乙酸乙酯、 氨基醇和芳胺合成咪唑啉盐 50Scheme 24

39、Synthesis of 4, 52dihydroimidazolium salts fromchloro 2ox o 2acetic acid ethyl ester , chiral amino alcohol and arylamine 504. 3 三唑盐的合成1995年 ,Enders 等 20成功合成了 1,2,42三唑类NHC 37(图式 25 。他们首先将 1,3,42三苯基 21,2, 42三唑高氯酸盐与甲醇钠的甲醇溶液反应 , 再加热 至 80 脱去一分子甲醇可得到卡宾 , 产率为 63%。 2001年 ,Enders 等 51又报道了以肼或苯肼和酸酐为 原料 , 合成 1

40、,42二取代 21,2,42三唑高氯酸盐 38(图 式 26 。 反应经缩合 、 闭环 、 取代三步反应 , 总产率 为 8% 60%。 同时报道的还有 3,42二取代 212烷基 2 1,2,42三唑盐的合成方法 。图式 25 Enders 20Scheme 25 of the synthesis of 20 图式 26 Enders 合成的三唑盐 51Scheme 26 The triazolium salts synthesized by Enders 514. 4 苯并咪唑盐的合成Hahn 等 23于 1999年报道了合成首例苯并咪唑型的 NHC 39(图式 27 。值得注意的是 ,

41、这种卡宾并不是简单地由苯并咪唑盐的去质子化反应来制备的 。 他们发现 , 由苯并咪唑 (特别是 N 原子连有大的取代基 制备相应的苯并咪唑盐几乎不可能 , 即使是成功制备了小体积取代基取代的苯并咪唑盐 , 也会因去质子化后的卡宾不稳定最后得到富电子烯烃二聚体 40。 所以 , 他们另辟蹊径 , 采用邻苯二胺 、 硫酰氯等原料经三步反应得到卡宾 39, 最终产率超过40%。 Hahn 小组利用 13C 2NMR 、 X 射线单晶衍射分析了卡宾 39的结构 , 发现其与咪唑啉型卡宾的结构更为相似 , 但比咪唑型卡宾更易于形成烯烃二聚体(如化合物 40 , 尤其是取代基较小时 , 在相同条件图式 2

42、7 Hahn 首次合成的苯并咪唑型 NHC 23Scheme 27 The first exam ple of benzimidazolylidene synthesized by Hahn 23下得不到游离的卡宾 。而 39的形成则完全应归因 7321第 6期 姜 岚等 N 2杂环卡宾及其金属络合物的合成 图式 28 由邻二溴苯合成苯并咪唑盐 52Scheme 28 Synthesis of benzimidazolium salts and C 222substituted benzimidazolium from o 252 图式 29 由 1,102菲咯啉合成苯并咪唑盐 53Schem

43、e 29 The benzimidazolium salts synthesized from 1,102phenanthroline 53于取代基的位阻较大 , 把卡宾碳屏蔽起来的结果 。Diver 小组 52于 2000年成功地合成了苯并咪唑盐 41并分离得到了游离的卡宾化合物 (图式 28 。他们认为尽管从结构上看苯并咪唑类卡宾和咪唑啉型卡宾更相似 , 但是从 13C 2NMR (d 82THF 的数据 (=224. 0ppm 显示其性质应介于咪唑型卡宾 (=215ppm 和咪唑啉型卡宾 (=238ppm 之间 。他们利用邻二溴苯 、 手性伯胺 、 NaO t 2Bu 为原料 , Pd2

44、dba 3为催化剂 , 合成了不对称的邻 N 2取代苯二胺 , 再与等当量的 HX 和 HC (OE t 3反应得到 41。游离的苯并咪唑型卡宾可在无水 THF 中 , 强碱 K O t 2Bu 作用下得到 。 同时合成的还有咪唑环 2位取代的苯并咪唑盐 42。 2004年 ,Metallinos 等 53在前人基础之上 , 经还原 2环化 2去质子化三个步骤 , 利用 1,102菲咯啉制备苯并咪唑盐 43和游离卡宾 44(图式 29 。 在还原步骤中 , 他们采用 NaBH3C N 为还原剂 ,MeOH AcOH =1 1为溶剂 , 代替了传统的甲硼烷 (产率低 和 RaneyNi (条件苛

45、刻 , 收率达 42%。由于卡宾的不稳定性 , 在去质子化后 , 他们利用 S8来捕捉生成的游离卡宾得到化合物 45, 这表明卡宾之间形成二聚体的 趋势较小 。图式 30 Rajanbabu 首次合成的双 NHC 2Pd 络合物 54Scheme 30 The first exam ple of a bis 2NHC 2Pd palladium com plex synthesized by Rajanbabu 544. 5 双 NHC 前体的合成2000年 , Rajanbabu 等 54首 次 报 道 合 成 了 双 NHC 前体咪唑盐 46及其 Pd 络合物 47(图式 30 。 这种以

46、 1,1 2联萘为基本骨架的手性 NHC 可耐高 温 , 对空气和水不敏感 。 2003年 ,Shi 等 55以 (S 21, 1 2联萘 22,2 2二苯胺 (BI NAM 和邻硝基溴苯等原料 8321 化 学 进 展 第 21卷第6期 5 结束语 认识和了解 ,成为一类新型的配体。作为一种良好的 电子给体 ,NHC 与金属配位的能力强 ; 其金属络合 NHC 合成方法的发展 ,产生更新、 更简洁的合成方法 , 合成了与 46 结构相似的苯并咪唑盐 48 , 并在 2007 56 年利用同样的方法合成了联苯类苯并咪唑盐 49 (图式 31 。类似的还有 Douthwaite 小组 57 ,5

47、8 的工 作 ,利用 ( 1 R ,2 R 2反2环己二胺和 22甲基丙醛制备 了手性咪唑盐 50 ( 图式 32 。 图式 31 合成的苯并咪唑型双 NHC 配体 55 ,56 Shi by Shi 55 ,56 57 图式 32 Douthwaite 合成的双咪唑盐 NHC 以其独特的结构和性质 , 正在逐渐被人们 物在有机合成领域尤其是在催化不对称合成中具有 广阔的发展前景。对不同结构 NHC 的需求将推动 为这类化合物家族拓展更大的发展空间。 参 考 文 献 1 Fischer E O , Maasb l A. Angew. Chem. Int . Ed. Engl . , 1964

48、, Scheme 31 The bis2NHC of benzimidazolylidene synthesized Scheme 32 The bis2imidazolium synthesized by Douthwaite 57 姜 岚等 N2杂环卡宾及其金属络合物的合成 3 : 580 581 1968 , 7 : 141 142 113 : 361 363 961 2004 , 33 : 619 636 5606 5655 2004 , 10 : 715 722 126 : 10198 10199 338 340 241 242 12 : 2083 2086 1021 1023 20

49、19 2028 1239 2 Wanzlick H W. Angew. Chem. Int . Ed. Engl . , 1962 , 1 : 75 80 3 Wanzlick H W , Sch nherr H J . Angew. Chem. Int . Ed. Engl . , 4 ; fele K. Angew. Chem. Int . Ed. Engl . , 1969 , 8 : 916 917 5 ; fele K. J . Organomet . Chem. , 1968 , 12 : 42 43 6 Arduengo A J , Harlow R L , K line M.

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