N-杂环卡宾
nhc分子量
nhc分子量分子量是指物质中所有原子的相对质量之和。
而NHC,即氮杂环卡宾(N-heterocyclic carbene),是一种重要的有机化合物,具有广泛应用于催化剂、配体和有机合成等领域的特性。
因此,了解NHC的分子量对于研究和应用都具有重要意义。
NHC的化学结构中,氮原子与两个碳原子形成一个五元杂环,并且该杂环中的两个空轨道电子被认为是NHC的特征性质。
根据NHC的分子式C₃H₄N₂,我们可以得到其分子量。
在计算分子量之前,我们需要了解不同元素的相对原子质量。
根据国际标准,碳的相对原子质量为12.01,氢的相对原子质量为1.008,氮的相对原子质量为14.01。
根据NHC的分子式C₃H₄N₂,我们可以分别计算出碳、氢和氮的相对原子质量。
因为NHC中有3个碳原子,所以将碳的相对原子质量乘以3;因为NHC中有4个氢原子,所以将氢的相对原子质量乘以4;因为NHC中有2个氮原子,所以将氮的相对原子质量乘以2。
然后将这三部分的结果相加,即可得到NHC的分子量。
具体计算过程如下:碳的相对原子质量:12.01 × 3 = 36.03氢的相对原子质量:1.008 × 4 = 4.032氮的相对原子质量:14.01 × 2 = 28.02NHC的分子量:36.03 + 4.032 + 28.02 = 68.082因此,NHC的分子量约为68.082。
这个数值对于研究和应用NHC 具有重要意义。
在催化剂领域,NHC通常与过渡金属形成复合物催化剂,其催化性能与分子量相关。
此外,分子量也与化合物的物理性质和反应特性相关。
值得注意的是,NHC是一类化合物的统称,而不仅仅指代某一个具体化合物。
因此,不同的NHC化合物可能具有不同的分子量。
对于特定的NHC化合物,我们需要根据其分子式来计算分子量。
通过对NHC分子量的计算,我们可以更好地理解和掌握这类化合物的特性和应用。
在实际科研和工程应用中,准确的分子量信息对于确定化合物的纯度、计算反应物的摩尔数等问题都具有重要意义。
N杂环卡宾毕业论文
天津师范大学本科毕业论文(设计)题目:烃基桥联N-杂环卡宾金属配合物的合成和荧光性能的研究学院:化学学院学生姓名:赵丽轩学号:08507051专业:化学年级:2008级完成日期:2012年5月指导教师:柳清湘烃基桥联N-杂环卡宾金属配合物的合成和荧光性能的研究摘要:N -杂环卡宾配体由于其给电子能力强、易于制备而且对环境友好等特点而成为金属有机化学领域的研究热点,其在催化、新型材料、抗菌药物及液晶材料等方面均有令人瞩目的应用。
N-杂环卡宾是具有优良的给电子特性且能与金属形成反馈键。
它的反应活性高,几乎能够与周期表中的所有元素反应。
本文采用了烃基桥联的氮杂环卡宾作为配体,得到了一个N-杂环卡宾金属Co (Ⅱ)的配合物晶体。
用X-单晶衍射、核磁共振表征其结构,并对配合物荧光性能进行了研究。
关键词:N-杂环卡宾;金属配合物;晶体结构;荧光性能N-heterocyclic Carbene Metal Complexes by Alkyl Bridge Linkage: Synthesis and Fluorescent Properties StudiesAbstract:N-heterocyclic carbene ligands have electron-donating ability, easy preparation and environmentally friendly characteristics. Due to these characteristics, this field became a research hot spot of organometallic chemistry. It has compelling applications in homogeneous catalysis, new materials, antibacterial agents and liquid crystal materials. N-heterocyclic carbene has excellent electrical characteristic,and it can form back donating bonds with metal. It has high reactivity which is able to react with almost all elements in the periodic table.In this paper, we obtained a crystal of Co(Ⅱ) with the alkyl-bridged heterocyclic carbene as a ligand. And its structure was characterized by NMR and X-ray diffraction. And the fluorescent properties were studied.Keywords : N-heterocyclic carbene, metal complexes, crystal structure, fluorescent properties目录1 前言 (1)2N-杂环卡宾的研究进展 (2)2.1卡宾及N-杂环卡宾的定义及其分类 (2)2.1.1 卡宾及N-杂环卡宾的定义 (2)2.1.2 N-杂环卡宾的分类 (2)2.2 N-杂环卡宾的电子结构及稳定性 (3)2.2.1 N-杂环卡宾的自旋多重性 (4)2.2.2 N-杂环卡宾的电子效应 (5)2.2.3 N-杂环卡宾的体积效应 (5)2.2.4 N-杂环卡宾的电子结构及稳定性 (5)2.3 N-氮杂环卡宾的合成 (6)2.3.1 1,3-二取代咪唑盐的一般合成方法 (6)2.3.2 N-杂环咪唑鎓盐强碱脱质子法 (7)2.3.3 环硫脲去硫法 (8)2.4 N-杂环卡宾的反应性能 (8)2.4.1 N-杂环卡宾与路易斯酸生成的加合物 (8)2.4.2 N-杂环卡宾的质子化 (9)2.4.3 N-杂环卡宾与氮族、氧族、卤族元素生成的加合物 (9)2.4.4 N-杂环卡宾与路易斯碱生成的加合物 (10)2.5 N-杂环卡宾金属配合物的催化性能 (11)2.6 N-杂环卡宾金属配合物的荧光性能 (11)3 选题意义和设计思路 (12)3.1选题意义 (12)3.2设计思路 (12)4 实验部分 (13)4.1配体的合成 (14)4.1.1 1-(2’-亚甲基吡啶基)苯并咪唑 (14)4.1.2 1,3-二[1-(2’-吡啶亚甲基)-3-苯并咪唑]正丙烷溴化物(2) (14)4.1.3 1,3-二[1-(2’-吡啶亚甲基)-3-苯并咪唑]正丙烷六氟磷酸盐(3) (15)4.2配合物[Co(L3).2Cl]的合成(4) (15)5 结果与讨论 (16)5.1 环状N-杂环双卡宾Co配合物的晶体结构 (16)5.2 配合物4的晶体结构参数及选择的键长键角 (18)5.3 配体3及配合物4的荧光性质 (20)5.4 小结: (20)参考文献 (21)致谢 (23)1前言随着科学技术的发展,N-杂环卡宾金属配合物的研究现已成为金属有机化学的前沿领域之一[1]。
氮杂环卡宾 化学
氮杂环卡宾化学氮杂环卡宾是一类重要的有机化合物,具有独特的结构和化学性质。
本文将从氮杂环卡宾的定义、合成方法、反应性质以及应用领域等方面进行介绍,以便读者更好地了解和认识这一化合物。
我们来了解一下氮杂环卡宾的定义。
氮杂环卡宾是指具有含氮的环状结构,并且带有一个孤对电子的中间体。
它们通常具有高度的反应性和活性,可以与其他分子发生共价键形成新的化合物。
氮杂环卡宾的合成方法有多种途径。
其中最常用的方法是通过在反应体系中引入碱金属和相应的氮杂环前体来生成氮杂环卡宾。
例如,可以通过将相应的氨基化合物与碱金属反应,生成氮杂环卡宾的碱盐,然后再通过酸处理得到纯净的氮杂环卡宾。
氮杂环卡宾的反应性质非常丰富,可以进行多种不同类型的反应。
其中最重要的反应是与亲电试剂发生加成反应,形成新的碳-氮键。
此外,氮杂环卡宾还可以与自由基、亲核试剂等发生反应,生成各种不同的有机化合物。
这些反应使得氮杂环卡宾在有机合成化学领域中有着广泛的应用。
氮杂环卡宾在有机合成中的应用非常广泛。
它们可以作为中间体参与到复杂有机分子的合成中,例如用于合成天然产物、药物、高分子材料等。
此外,氮杂环卡宾还可以作为催化剂参与到有机反应中,促进反应的进行,提高反应的效率和选择性。
总结起来,氮杂环卡宾是一类重要的有机化合物,具有独特的结构和化学性质。
通过合适的合成方法可以得到纯净的氮杂环卡宾,并可以利用其丰富的反应性质进行有机合成和催化反应。
氮杂环卡宾在有机合成化学领域中有着广泛的应用,对于研究和开发新型有机化合物具有重要的意义。
希望通过本文的介绍,读者能够对氮杂环卡宾有一个更全面的了解。
氮杂环卡宾催化的极性转换
1.学习制备N-杂环卡宾催化剂【1,3-(2,4,6-三甲基苯基)氯化咪唑嗡】。 2.学习安息香缩合反应的原理和利用N-杂环合成卡宾催化剂安息香的实验方法。 3.进一步掌握回流、冷却、抽滤等基本操作。
2.实验原理
噻唑盐 i1 在碱性条件下失质子生成卡宾 2,2 作为亲核试剂进攻苯甲醛生成中间体 3,再 经过质子转移形成更稳定的噻唑-烯胺中间体 4 (又叫 Breslow中间体),此时醛羰基碳由 原来的亲电性变为亲核性(极性反转,umpolung 或 polarity inversion),接下来再与另 一分子苯甲醛发生加成反应最终生成安息香。
氮杂环卡宾催化的极性转换 反应在安息香缩合中的应用
2017301040207 郭怡业
目录
1.实验背景与实验目的 2.实验原理 3.实验过程
4.产率计算、结果与讨论、问题
5.参考文献
1.实验背景与实验目的
自1943年Ukai发现维生素B。能像氰根负离子一样催化苯甲醛的安息香缩合反 应以来,氮杂环卡宾作为一类仿生有机催化剂引起了化学家的极大关引。氮杂 环卡宾作为有机催化剂可使羰基化合物,尤其是醛类化合物的反应极性发生翻 转,使其由亲电性转化为亲核性,从而发生各种亲核反应。1903 年, Lapworth提出了该反应的机理,认为氰离子首先进攻一分子苯甲醛,然后去 质子化生成碳负离子中间体,再进攻另一分子苯甲醛,最终完成反应。对这种 现象,Seebach 小组提出了极性反转的概念。1943 年,Ukai 等发现维生素 B1 也可以催化苯甲醛的安息香缩合反应,可以避免使用髙毒氰化物作为反应 的催化剂。随后,化学家经过深入研究发现维生素 B1 是噻唑盐类化合物, 1958 年 Breslow对该反应提出了催化机理。(见实验原理部分)
常见的氮杂环卡宾催化剂
常见的氮杂环卡宾催化剂嘿,朋友们,今天咱们来聊聊一个在化学界闪闪发光的明星——氮杂环卡宾催化剂!别担心,听起来可能有点高大上,但其实它们跟咱们生活中的很多东西都有关系。
想象一下,在你的厨房里,你的妈妈用调料来提味,这些催化剂就像化学反应中的调味料,能让反应变得更加美味可口。
好,咱们开始吧!1. 什么是氮杂环卡宾?1.1 卡宾的来历首先,咱们得了解一下什么是卡宾。
简单说,卡宾就是一种比较神秘的化合物,它的结构中有一个碳原子上只挂着两个基团,哦,对了,还有一个孤立的电子!这让它变得非常活跃,像个小火箭,随时准备去参与各种化学反应。
而氮杂环卡宾,顾名思义,里面多了个氮原子,形成了一个小环,这样的结构让它更加稳定,反应也更顺畅。
1.2 重要性与应用那么,这些小家伙有什么用呢?哎呀,别小看它们哦,氮杂环卡宾在有机合成中可谓是“神兵天将”。
比如,在药物合成、材料科学等领域,它们都能大显身手。
就像是超级英雄出场,能够加速反应、提高选择性,让复杂的反应变得简单易行。
说到底,这可不是一件小事,化学界需要这样的小助手来推动科学进步呢!2. 常见的氮杂环卡宾催化剂2.1 N杂环卡宾(NHC)谈到氮杂环卡宾,N杂环卡宾(NHC)可是当仁不让的明星。
它们的结构简单,通常由一个氮原子和两个碳原子组成,像个小小的三角形。
这些NHC可不止长得好看,它们在催化反应中的表现更是让人刮目相看。
用它们催化的反应速度简直飞起,谁还敢说化学难呢?2.2 其他类型的催化剂除了NHC,咱们还有其他类型的氮杂环卡宾催化剂,比如叫做“吡咯烷卡宾”的那种。
这些小家伙的结构稍微复杂一点,但它们的活性同样不容小觑。
在某些特殊的反应中,吡咯烷卡宾能表现出极好的催化效果,简直是“有备而来”,让科学家们兴奋不已。
3. 如何使用氮杂环卡宾?3.1 实际操作说到这儿,很多人可能会问,那我该如何使用这些氮杂环卡宾呢?其实,使用起来并没有想象中那么复杂。
大多数情况下,研究人员会先合成出这种催化剂,然后在反应体系中添加进去,调节温度和时间,让它们尽情发挥。
N_杂环卡宾及其金属络合物的合成
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 2杂环卡宾前体的合成途径主要有:(a )乙二醛、伯胺和多聚甲醛的缩合反应;(b )卤代烷与咪唑或取代咪唑的烷基化反应;(c )原甲酸酯与1,22二胺的成环反应;(d )肼或酰胺与酸酐的环化反应;(e )用Na ΠK 对环硫脲化合物的还原反应。
关键词 N 2杂环卡宾 金属2N 2杂环卡宾络合物 咪唑盐 合成中图分类号:O621.3;O626.23;O641.4 文献标识码:A 文章编号:10052281X (2009)0621229212Synthesis of N 2H eterocyclic C 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 ,Dalian 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.Therefore ,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 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 )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 1,22diamines ;(d )ring closure of hydrazines or amides with acetic anhydride ;(e )reduction of thiones with Na ΠK 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.,2009Contents1 Introduction2 The classification and structure of NHC3 Synthesis of NHC and their metal com plexes3.1 Synthesis of NHC3.2 Synthesis of NHC2metal com plexes4 Synthesis of NHC precurs ors4.1 Synthesis of imidazolium salts4.2 Synthesis of imidazolinyllium salts4.3 Synthesis of triazolium salts4.4 Synthesis of benzoimidazolium salts4.5 Synthesis of bis2NHC precurs ors5 E pilogue1 引言 卡宾是有机反应中一种重要的活性中间体,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。
氮杂环卡宾对亚胺的加成反应
氮杂环卡宾对亚胺的加成反应氮杂环卡宾是一类非常有趣的中间体,由于其不对称的C-N-C 结构,使其可以对各种受体进行选择性的化学加成反应,具有很高的化学活性。
最常见的应用场景是作为原子经过单电子还原的亚胺的加成试剂,这种反应可以产生高陈旧度的化合物,是现代合成有机化学的一个非常重要的反应类型。
在氮杂环卡宾与亚胺的反应中,它们之间的电子互补性是十分关键的。
亚胺是由一个含氮五元环Furan结构变形而来,其分子内含有弱Lewis碱性的两个氮原子,能够与卡宾部分上的烯电子形成非常强的共价键,于是产物中的新化学键的形成过程就是通过这种方式来实现的。
当卡宾向亚胺中的一个氮原子附加时,另一个氮原子上存在的孤对电子会对其形成的配位关系产生影响。
这场配位与亚胺的各个官能团之间的相互作用也是这个体系中一个非常重要的环节。
在获得正确的反应条件后,接受有效磁性受体的卡宾将容易地加成到亚胺上。
最近的研究显示出,氮杂环卡宾的选择性与它们的手性有很大关系。
通过使用手性配体来调节氮杂环卡宾的立体结构,可以使反应选择性得到进一步提高,这对于一些需要采取特定配置的化学领域例如药物设计,也是非常重要的。
需要注意的是,氮杂环卡宾与亚胺的反应可能具有一些化学风险。
在实验条件下,应该遵循适当的安全程序,并确保在操作时对氮杂环卡宾与亚胺进行充分缓冲以避免出现意外情况。
同时,在进行反应时也应使用适合的溶剂,以减少化学风险。
总之,氮杂环卡宾对亚胺的加成反应是现代合成化学中具有广泛应用的一种反应类型。
它的高选择性与手性特征使其在新颖医药化学、生物化学以及小分子药物设计等领域具有非常重要的作用。
在以后的研究中,我们可以继续探索这种不对称的分子结构所带来的有趣化学特性,并努力推动其更广泛的应用。
nhc分子量
NHC分子量什么是NHC?NHC,全称为N-杂环卡宾(N-Heterocyclic Carbene),是一类具有高度活性和广泛应用的有机化合物。
它们是一种特殊的卡宾化合物,具有带正电荷的碳原子和带负电荷的氮原子。
NHC分子结构中的碳原子上带有两个孤对电子,使得它们具有很强的配位能力。
这种特性使得NHC成为一种非常重要的配体,广泛应用于有机金属化学和催化反应中。
NHC分子量的计算方法NHC的分子量可以通过计算每个原子的质量,并将它们相加来得到。
NHC分子的结构通常由碳、氮和氢原子组成,因此我们可以使用相应的原子质量来计算分子量。
NHC分子的常见结构如下:R1-R2|C/ \N R3其中,R1、R2和R3分别代表不同的基团。
根据不同的基团,可以计算出NHC分子的分子量。
以简单的NHC分子(R1 = R2 = R3 = H)为例,计算其分子量如下:C: 12.01 g/molN: 14.01 g/molH: 1.01 g/mol根据以上原子质量,可以计算出NHC分子的分子量为:12.01 + 14.01 + 1.01 + 1.01 + 1.01 = 29.05 g/mol所以,简单的NHC分子的分子量为29.05 g/mol。
NHC分子量的影响因素NHC分子的分子量受到多种因素的影响,包括分子结构、基团选择和配体的取代基等。
以下是影响NHC分子量的主要因素:1. 分子结构NHC分子的结构对其分子量有着直接的影响。
不同的结构会导致不同数量的原子,从而改变分子量。
例如,简单的NHC分子(R1 = R2 = R3 = H)相对较小,因此其分子量较低。
2. 基团选择NHC分子的基团选择也会对其分子量产生影响。
不同的基团具有不同的原子组成,从而导致不同的分子量。
一些常见的基团包括甲基(CH3)、乙基(C2H5)等。
3. 配体的取代基NHC分子作为配体在有机金属化学和催化反应中发挥重要作用。
配体的取代基可以改变NHC分子的分子量。
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。
氮杂环卡宾 化学
氮杂环卡宾化学
氮杂环卡宾是一种具有特殊化学性质的有机分子,其中氮原子取代了环状分子中的一个碳原子,从而形成了含有一个孤对电子的中性分子。
氮杂环卡宾在化学研究中具有广泛的应用和重要的地位。
氮杂环卡宾的结构与性质使其成为有机合成中的重要中间体。
由于氮杂环卡宾具有高度的亲电性和核磁共振活性,它可以与非常不活泼的亲电试剂发生反应,形成各种有机化合物。
例如,氮杂环卡宾可以与醇、醛、酮等化合物反应,形成氧杂环化物。
另外,它还可以与酯、酰胺等进行加成反应,生成相应的酰胺和酯。
这些反应不仅可以用于有机化学的合成,还可以用于制备药物、农药和其他有机功能材料。
氮杂环卡宾还可以作为配体在有机金属催化反应中发挥重要作用。
氮杂环卡宾具有较强的配位能力和电子给体性质,可以与过渡金属形成稳定的配合物。
这些配合物在有机合成中广泛应用于催化剂的设计和合成,可以促进各种有机反应的进行,提高反应的选择性和效率。
例如,氮杂环卡宾配体能够与钯金属形成配合物,催化苯乙烯的烯烃化反应,生成具有高附加值的有机化合物。
氮杂环卡宾还具有重要的理论价值。
通过对氮杂环卡宾的合成、结构和性质的研究,可以揭示有机分子的电子结构和反应机理,为有机化学的发展提供理论基础。
氮杂环卡宾的研究也为新型有机反应和新型有机材料的设计和开发提供了思路和方法。
氮杂环卡宾在有机化学中具有重要的地位和广泛的应用。
它不仅可以作为有机合成中的重要中间体,参与各种有机反应的进行,还可以作为配体在有机金属催化反应中发挥作用。
氮杂环卡宾的研究不仅具有重要的应用价值,还有深远的理论意义,对有机化学的发展具有重要的推动作用。
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。
N-杂环卡宾为配体的金属配合物催化Suzuki偶联反应
N-杂环卡宾为配体的金属配合物催化Suzuki偶联反应郭孟萍;张翘楚;郭辉瑞【期刊名称】《宜春学院学报》【年(卷),期】2008(030)004【摘要】综述了近年来以N-杂环卡宾(NHC)为配体的金属配合物催化的Suzuki 偶联反应.由于N-杂环卡宾独特的富电子和位阻特性,在催化反应中能紧密的与金属Pd配位,防止钯黑的产生,Pd-NHC键热稳定性高,避免了过量配体的加入.而且这些配体的富电子性提高了偶联反应的氧化加成速率,其大的空间位阻提高了还原消除速率,N-杂环卡宾成为钯催化的Suzuki偶联反应中最重要的配体之一.【总页数】6页(P1-5,78)【作者】郭孟萍;张翘楚;郭辉瑞【作者单位】宜春学院,化学与生物工程学院配位催化研究所,江西,宜春,336000;宜春学院,化学与生物工程学院配位催化研究所,江西,宜春,336000;宜春学院,化学与生物工程学院配位催化研究所,江西,宜春,336000【正文语种】中文【中图分类】O621.25+8【相关文献】1.N-杂环卡宾钯配合物高效催化杂环类铃木偶联反应的研究 [J], 陆冬冬;胡立群;刘丰收;蒋艳云;张飞意;申东升;;2.新型含N-杂环卡宾二硫化碳配体的锰铼金属双核化合物的合成、表征及电化学性质 [J], 赵甲;孙华冰;柳凌艳;常卫星;李靖3.N-杂环卡宾钯配合物高效催化杂环类铃木偶联反应的研究 [J], 陆冬冬;胡立群;刘丰收;蒋艳云;张飞意;申东升4.N-杂环卡宾为配体的金属络合物的合成及其在催化领域的应用 [J], 南光明;罗新泽5.邻-酚羟基取代N-杂环卡宾[C,O]螯合双配体镍/MAO催化降冰片烯加成聚合的研究 [J], 李立辉;冯燕;闫卫东;任鸿平;王佰全因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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).Takeshi Makino, Hyuma Masu, Kosuke Katagiri, Ryu Yamasaki, Isao Azumaya,and Shinichi Saito,Eur. J. Inorg. Chem. 2008, 4861–4865.There are many examples of monodentate NHCs, but only a few examples of alkane-bridged chelating biscarbene ligands. Chelated carbenes are expected to be more stable since one possible decomposition pathway, reductive elimination of the carbene, should be slower for this conformationally restricted case. A chelating coordination is one way to obtain highly stable catalysts capable of tolerating harsher reaction conditions than traditional phosphine catalysts. Sebastian Ahrens 和他的同事化合物长链烷烃桥联配体的钯配合物,Sebastian Ahrens, Alexander Zeller, Maria Taige, and Thomas Strassner Organometallics, Vol. 25, No. 22, 2006N-Heterocyclic carbenes (NHCs), first prepared independently by Wanzlick and Schnherr[1] and fele[2] in 1968, attracted little interest from the chemical community until 1991, when Arduengo et al. revealed the first stable, crystalline NHC(1, IAd).[3] The potential of this class of compounds to serve as spectator ligands in transition-metal complexes was recognized in 1995 by Herrmann et al.[4] Soon thereafter, the exploitation of the remarkable potential of NHC ligands in catalysis began. The above seminal works led to the development of a variety of other NHC platforms (see right column)[5] and their transition-metal complexes for catalytic applications. However, only NHCs derived from imidazolium or 4,5-dihydroimidazolium salts have found wide-spread use in homogeneous catalysis to date. The most important example is the ruthenium metathesis catalyst developedby Grubbs and co-workers, for which the Nobel Prize was awarded. Replacement of one of the two tricyclohexyl phosphane ligands in the generation I Grubbs catalyst with the bulky carbene SIMes (3) led to significant improvements in terms of catalyst stability, activity, and substrate range in subsequent generations.[6] Palladium is another transition metal capable of directing a wide range of useful transformations,[7] in particular C-C and C-heteroatom cross-coupling and carbopalladation reactions.[8] The use of bulky carbenes, in particular IPr (4) and SIPr (5), as ligands in these transformations has also resulted in significant improvements in catalyst performance compared to the more traditional phosphane ligands.[1] H.-W. Wanzlick, H.-J. Schnherr, Angew. Chem. 1968, 80, 154; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1968, 7, 141– 142.[2] K. fele, J. Organomet. Chem. 1968, 12, P42– P43.[3] A. J. Arduengo III, R. L. Harlow, M. Kline, J. Am. Chem. Soc.1991, 113, 361– 363.[4] W. A. Herrmann, M. Elison, J. Fischer, C. Kchter, G. R. J. Arthus, Angew. Chem. 1995, 107, 2602– 2605; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1995, 34, 2371– 2373.[5] F. E. Hahn, Angew. Chem. 2006, 118, 1374–1378; Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 1348–1352.[6] M. Scholl, S. Ding, C.-W. Lee, R. H. Grubbs, Org. Lett. 1999, 1,953–956.[7] Handbook of Organopalladium Chemistryfor Organic Synthesis (Ed.: E. Negishi), Wiley, New York, 2002.[8] Metal-catalyzed cross-coupling reactions, 2nd ed. (Eds.: A.de Meijere, F. Diederich), Wiley, New York, 2004.In terms of catalysis, the activity of these complexes has been scarcely examined, that is, only in the Heck, the Suzuki-Miyaura, and the Buchwald-Hartwig reactions. Compound 1 was found to catalyze the coupling of 4-bromoacetophenone and butyl acrylate at low catalyst loadings but was only studied for limited examples.22 On the other hand, 6 showed only poor activity in the Heck reaction, probably because of the lack of steric pressure from the thiazolydene ligand.17b In 2004, Glorius reported the outstanding activity of 2 and 3 in the Suzuki-Miyaura reaction.16c These complexes, possessing an NHC of the IBiox family, allowed for the formation of a tetra-ortho-substituted biphenyl in high yield. Tested as well in the Suzuki-Miyaura coupling, complex 7 was found to be efficient for the coupling of aryl bromidesand chlorides in water,16e while 8 coupled only bromides but with a larger scope, involving unactivated and sterically hindered substrates.16dIn 2002, we studied the activity of 5 in the N-aryl amination reaction.20 This complex was found to be highly efficient for the coupling of aryl bromides and chlorides. A variety of amines could be coupled with activated, unactivated, encumbered, and heteroaromatic halides in high yields and in short reaction times (Scheme 2). Interestingly, due to the robustness of 5, reactions could be carried out on the benchtop under aerobic conditions without loss of activity. Recently 5 has been shown as excellent precatalysts in the Suzuki-Miyaura reaction.20b22 McGuinness, D. S.; Cavell, K. J. Donor-Functionalized Heterocyclic Carbene Complexes of Palladium(II): Efficient Catalysts for C-C Coupling Reactions. Organometallics 2000, 19, 741–748.17(b) Yen,S. W.; Koh, L. L.; Hahn, F. E.; Huynh, H. V.; Hor, T. S. A. Convenient Entry to Mono- and Dinuclear Palladium(II) Benzothiazolin-2-ylidene Complexes and Their Activities Toward Heck Coupling. Organometallics 2006, 25, 5105–511216(c) Altenhoff, G.; Goddard, G.; Lehmann, C. W.;Glorius, F. Sterically Demanding Bioxazoline-Derived N-Heterocyclic Carbene Ligands with Restricted Flexibility for Catalysis. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126,15195–15201.(d) Shi, M.; Qian, H.-X. A Stable Dimeric Mono-Coordinated NHCPd(II) Complex: Synthesis, Characterization, and Reactivity in Suzuki-Miyaura CrossCoupling Reaction. Appl. Organometal. Chem. 2005, 19, 1083–1089.(e) Huynh, H. V.; Han, Y.; Ho, J. H. H.; Tan, G. K. Palladium(II) Complexes of Sterically Bulky, Organometallics 2006, 25,3267–3274.20(b) Diebolt, O.; Braunstein, P.; Nolan, S. P.; Cazin, C. S. J. Room temperature activation of arylchlorides in Suzuki-Miyaura coupling using a [PdCl2(NHC)]2 complex (NHC ) N-heterocyclic carbene). Chem. Commun., 2008,3190–3192.Typically, NHC-containing palladacycles are synthesized in high yields by addition of a nucleophilic carbene to an acetate- or halogen-bridged palladacycle dimer. In 2003, Iyer described the synthesis and applications of palladacyles 9-11.25 These precatalysts were tested in the Heck reaction where they displayed good to high activity. With aryl bromides, TONs between 40 000 and 90 000 were observed, whereas the use of chlorides was less successful. The activity of compound 10 was further studied in the Suzuki-Miyaura reaction where, as observed in the Heck, aryl bromides were easily coupled and aryl chlorides were found to be more reluctant partners. A large series of NHC-containing phosphapalladacycles, including 12-15, was reported by Herrmann.26 Their catalytic activity in the Heck reaction was investigated,showing promising results for further improvement. Notably, the use of 15 allowed for the coupling of aryl chlorides without the need for additives. Bedford and co-workers reported the formation of phosphite palladacycles 16-19 and studied their activity in the Suzuki-Miyaura reaction.27 Overall, these catalysts performed quite poorly (17 being the most efficient) and could only couple unhindered and activated aryl bromides.2825 Iyer, S.; Jayanthi, A. Saturated N-Heterocyclic Carbene Oxime and Amine Palladacycle Catalysis of the Mizoroki-Heck and the Suzuki Reactions. Synlett 2003, 1125–1128.26 Frey, G. D.; Schu ¨ tz, J.; Herdtweck, E.; Herrmann, W. A. Synthesis and Characterization of N-Heterocyclic Carbene Phospha-Palladacycles and Their Properties in Heck Catalysis. Organometallics 2005, 24, 4416–4426.27 Bedford, R. B.; Betham, M.; Coles, S. J.; Frost, R. M.; Hursthouse, M. B. An Evaluation of Phosphine and Carbene Adducts of Phosphite- and Phosphinite-Based Palladacycles in the Coupling of Alkyl Bromides With Aryl Boronic Acids. Tetrahedron 2005, 61, 9663–9669.28 Bedford, R. B.; Betham, M.; Blake, M. E.; Frost, R. M.; Horton, P. N.; Hursthouse, M. B.; Lo ´ pez-Nicola ´ s, R.-M. N-Heterocyclic Carbene Adducts of Orthopalladated Triarylphopshite Complexes. Dalton Trans. 2005, 2774–2779.在近期的研究中,钯基催化剂被大量的应用于有机合成反应体系,并且发挥了巨大的作用.钯基催化剂的最主要优势是在形成C-C键,C-O键,C-N键,甚至 C-S键的同时,不会影响反应物的其他官能团,并且反应条件温和$这样的催化过程不仅符合绿色环保的主题,又经济高效,在生态环境保护愈来愈重要的今天,钯基催化剂因为不会产生严重的环境污染问题,所以在工业上具有较高的经济价值[1]1.1钯催化偶联反应相对于传统的均相催化体系,钯催化体系应用于偶联反应可以解决催化剂重复使用性差,反应产物分离困难等问题.其中最具有代表性的就是是heck反应和suzuki反应[2]这两类反应在有机反应中对于构建碳碳键十分重要,自被发现以来,它们已经被广泛地应用于医药合成,新型材料合成以及天然产物的合成中.heck和 Mirozoki 最早于20世纪中后期发现了heck反应,并且由 heck通过的深入的研究逐渐发展起来.heck 反应的主要过程是在钯的催化下,使活化的不饱和烃和卤代烃发生反应,生成的主要产物为反式取代物,反应中较常使用的是芳基卤代烃,反应的常用温度在20-180o C[3].最初,heck 反应并没有得到化学研究者们足够的重视,但是随着化学工业的发展,heck 反应可以通过一步反应就得到碳碳键的特点更符合现代工业高效%环境友好的要求,因此近年来引起了一股研究热潮.Dr.Herrmann等[4]发明了最早的环钯催化剂,并将应用于heck 反应中,反应15h,可以达到90%的转化率,同时该催化剂对含有吸电子基团的氯代苯也有很好的活性。
常见的氮杂环卡宾催化剂
常见的氮杂环卡宾催化剂氮杂环卡宾催化剂是有机化学领域中一类非常重要的催化剂,它们在众多有机反应中发挥着关键作用。
氮杂环卡宾是一类含有氮原子和碳负离子的有机分子。
其结构特点赋予了它们独特的催化性能。
常见的氮杂环卡宾催化剂包括咪唑啉-2-亚基类、噻唑啉-2-亚基类、三唑啉-5-亚基类等。
咪唑啉-2-亚基类氮杂环卡宾催化剂具有较高的稳定性和催化活性。
它们在醛酮的亲核加成反应中表现出色。
例如,在与格氏试剂的反应中,能够高效地促进反应进行,提高反应产率和选择性。
其结构中的氮原子和碳原子形成的共轭体系有助于稳定卡宾中心,从而增强了催化效果。
噻唑啉-2-亚基类氮杂环卡宾催化剂在一些交叉偶联反应中有着广泛的应用。
这类催化剂能够有效地活化底物,促进碳碳键的形成。
在Suzuki 偶联反应中,它们可以提高反应的效率,减少副反应的发生。
三唑啉-5-亚基类氮杂环卡宾催化剂则在一些不对称催化反应中展现出独特的优势。
通过对其结构的精细调控,可以实现对反应立体选择性的精准控制,得到具有特定构型的产物。
氮杂环卡宾催化剂之所以能够发挥如此重要的作用,主要归因于它们的强亲核性和良好的给电子能力。
这使得它们能够与底物形成稳定的中间体,从而降低反应的活化能,加速反应的进行。
在实际应用中,氮杂环卡宾催化剂的选择取决于具体的反应类型和要求。
例如,对于一些对选择性要求较高的反应,可能需要选择具有特定结构和取代基的氮杂环卡宾催化剂,以实现理想的反应结果。
此外,氮杂环卡宾催化剂的制备方法也是研究的一个重要方面。
常见的制备方法包括从相应的咪唑盐、噻唑盐等前体通过脱质子化反应得到。
制备过程中的条件控制和试剂选择对于获得高活性和纯度的催化剂至关重要。
氮杂环卡宾催化剂的发展为有机合成领域带来了诸多便利和创新。
它们使得一些原本难以进行的反应能够在温和的条件下高效地完成,为药物合成、材料科学等领域的发展提供了有力的支持。
然而,氮杂环卡宾催化剂也存在一些局限性。
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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
This last example shows the power of NHC ligands to stabilize the metal active species in solut imparts the ability of the catalyst to effect RCM on highly substituted and electron-poor olefinic yield tetrasubstituted products. Such pronounced reactivity was the exclusive domain of the Sh alkylidene catalysts.8 However, use of these imidazolidines leads to a vast improvement in perfo early ruthenium metathesis catalysts and provides additional stability features versus the Shroc Our goal at Sigma-Aldrich is to accelerate cutting-edge research projects in NHC ligand mediat To this end we are the first to offer a ligand kit composed of a diverse set of sterically demandin ligands.
Product Name Pro
6 NHC Ligand Kit I
6 1,3-Diisopropylimidazolium tetrafluoroborate 96%
6 1,3-Bis(1-adamantanyl)imidazolium tetrafluoroborate
6 1,3-Bis-(tert-butyl)-4,5-dihydro-1H-imidazolium tetrafluoroborate
6 N,N'-(2,4,6-Trimethyl)dihydroimidazolium chloride
6 N,N'-(2,6-Diisopropylphenyl)dihydroimidazolium chloride
References
1. Herrmann, W. et al. Angew. Chem. Int. Ed.2002, 41, 1290.
2. Organ, M. G. et al. Org. Lett.2005, 7, 1991.
3. Hartwig, J. F. et al. J. Org. Chem.2001, 66, 3402.
4. Hartwig, J. F. et al. Org. Lett.2000, 2, 1423.
5. Hartwig, J. F. et al. J. Am. Chem. Soc.2002, 124, 12557.
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(b) Schrock R. R. Top. Organomet. Chem.1998, 1, 1.。