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Wir präsentieren Ihnen Protokolle für die Isolierung von stabilen heterozyklische Carbene. Die Synthese von einem zyklischen (alkyl)(amino) Carben (CAAC) und eine N-heterozyklische Carben (NHC) zeigt sich mit Filter Kanülen und Schlenk-Technik. Außerdem präsentieren wir die Synthese von Verwandten sauerstoffempfindlichen, elektronenreichen gemischt "Wanzlick Dimer" und die reduzierte stabile organische Radikale.
Protokolle für die Isolierung von der verwendeten zyklische (alkyl)(amino) Carben (CAAC) und N-heterozyklische Carben (NHC) berichtet. Darüber hinaus die Synthese von ihren gemischten CAAC-NHC "Wanzlick" Dimer und die Synthese des damit verbundenen stabilen organischen "Olefin" radikalen vorgestellt. Das Hauptziel dieser Handschrift ist eine detaillierte und allgemeine Protokoll für die synthetischen Chemiker für jede Spielstärke wie kostenlose heterozyklische Carbene durch Deprotonierung mit Filter Kanülen vorzubereiten geben. Aufgrund der Luft-Empfindlichkeit der synthetisierten Verbindungen werden alle Versuche unter inerter Atmosphäre mit Schlenk-Technik oder einer Glovebox Distickstoff gefüllt durchgeführt. Controlling Wanzlicks Gleichgewicht (d. h. die Dimerisierung von freien Carbene), ist eine entscheidende Voraussetzung für die Anwendung des freien Carbene Koordinationschemie oder organische Synthese. So erarbeiten wir auf die elektronischen und sterischen Anforderungen begünstigt die Bildung von Dimeren, Heterodimere oder Monomere. Wir zeigen, wie Proton Katalyse für die Bildung von Dimeren ermöglicht, und wie die elektronische Struktur von Carbene und deren Dimere die Reaktivität mit Luft oder Feuchtigkeit beeinflusst. Die strukturelle Identität der gemeldeten Verbindungen wird diskutiert anhand ihrer NMR-Spektren.
Vor mehr als einem halben Jahrhundert Wanzlick berichtet wohl die ersten Versuche zur Synthese von N-heterozyklische Carbene1,2,3. Jedoch anstatt der freien Carbene zu isolieren, gelang es ihm nur bei der Charakterisierung ihrer Dimere. Diese Beobachtung veranlasste ihn dazu, vorschlagen, ein Gleichgewicht zwischen der Olefin-Dimer und die jeweiligen kostenlosen Carbene, die jetzt allgemein als "Wanzlick Gleichgewicht" bezeichnet wird (Abbildung 1, ich.) 4 , 5 , 6. später wurde argumentiert, dass die Dimerisierung von freien Carbene und natürlich ebenso die umgekehrte Reaktion (d. h. die Dissoziation der zugehörigen Olefin-Dimere), ist katalysiert durch Protonen7,8,9 ,10,11,12. Es dauerte weitere 30 Jahre bis die ersten "bottleable" Carben, die nicht bei Raumtemperatur Dimere, von Bertrand13,14gemeldet wurde. Vor allem N-heterozyklische Carbene (NHC; Imidazolin-2-Ylidenes) wurde der Gegenstand intensiver Forschung, nachdem Arduengo eine stabile kristalline NHC, 1,3-Diadamantyl-Imidazolin-2-Ylidene-15berichtet hatte. Die überraschende Stabilität dieses Carben wurde zuerst durch eine Kombination von sterische Effekte aufgrund der sperrigen Adamantyl Substituenten rationalisiert sowie elektronische Auswirkungen im Zusammenhang mit der aromatischen N- Heterocycle. Aber es zeigte sich später in einer eleganten Studie von Murphy, dass sogar "Monomere" 1,3-Dimethyl-Imidazolin-2-Ylidene-16 (d. h. der freien Carben abgeleitet von N,N- Dimethylimidazolium Salze) mit sehr kleinen Methyl-Substituenten ist stabiler als seine Dimer17. Lavallo und Bertrand zeigte dagegen, dass auch die Entfernung von einem stabilisierenden Stickstoffatom, wie durch die Isolation einer zyklischen berichtet (alkyl)(amino) Carben (CAAC), kann ausgeglichen werden durch Einführung einer sperrigen 2,6-Diisopropylphenyl (Dipp) Substituenten 18.
NHC und CAACs erwies sich außerordentlich fruchtbar für die Koordinationschemie der d und p-Block-Elemente, Übergangsmetall-Katalyse oder Organokatalyse (für Themenbereiche und Bücher auf NHC, siehe19,20,21 , 22 , 23, für Bewertungen auf CAACs, siehe24,25,26,27,28, für die Synthese von CAACs, siehe18,29, 30 , 31). die beeindruckende Erfolgsgeschichte des zyklischen Carben Liganden ist hauptsächlich auf zwei Gründen32. Erstens können die elektronische und sterische Eigenschaften leicht auf die Anforderungen einer bestimmten Anwendung abgestimmt werden. Zweitens bietet die Isolation der stabile Carbene kostenlos eine bequeme Methode, um Metallkomplexe durch einfache Kombination mit Metall Vorläufer zu synthetisieren. Dementsprechend ist es wichtig, die Faktoren zu verstehen, die Steuern, ob eine freie Carben stabil bei oder unterhalb der Raumtemperatur ist oder ob es um ein Olefin bilden dimerizes. Beachten Sie, dass die abgeleiteten Elektron reichen Olefinen in der Regel33 nicht komplexe Behandlung mit Metall Vorläufer, die zumindest teilweise durch ihren stark reduzierenden Charakter ist.
Nicht nur sind kostenlose Carbene Schlüsselfiguren in der synthetischen Chemie heute. In der Tat, ihre Elektronen reichen Olefin Dimere34,35,36 (z. B. Tetraazafulvalenes bei NHC37 oder Tetrathiafulvalenes TTF38,39,40 bei 1,3-Dithiol-2-Ylidenes; Abbildung 1, II.), fanden nicht nur breite Anwendung als Reduktionsmitteln41,42,43, aber umso mehr in der organischen Elektronik.
TTF ist in der Tat die "Ziegel und Mörtel" organische Elektronik44genannt. Dies ist weitgehend auf die besonderen elektronischen Eigenschaften von Elektron reichen Olefinen – vor allem, viele davon zeigen drei stabile Redox-Status auf Oxidation, einschließlich der Open-Shell organischen radikales (Rezensionen Carben organische radikale abgeleitet, finden Sie unter:45 ,46,47, für den letzten Beiträge im Bereich der Carben stabilisiert organische radikale, siehe:48,49,50,51,52 , 53 , 54). Dementsprechend TTF ermöglicht die Herstellung von leitfähigen/halbleitenden Material je nach Bedarf für magnetische Materialien, Bio – Feldeffekt-Transistoren (OFETs), organischen Leuchtdioden (OLEDs) und molekulare Schalter oder Sensoren 55,56,57,58,59.
Hier präsentieren wir Ihnen bequeme Protokolle für die Isolierung von zwei stabile Carbene mit enormen Einfluss auf die Koordinationschemie und homogenen Katalyse (Abbildung 2), nämlich die zyklische (alkyl)(amino) Carben 1 18, und die Dimethylimidazolin-2-Ylidene NHC 2 15. Wir werden diskutieren, warum beide Carbene sind bei Raumtemperatur stabil und nicht Dimere. Wir werden dann auf Proton-Katalyse, die im Zusammenhang mit Wanzlicks Gleichgewicht und die Bildung der gemischten CAAC-NHC Heterodimer 360,61,62eingehen. Spannende elektronischen Eigenschaften von solchen Triaza-Alkenen ist verbunden mit der beeindruckenden Stabilität des damit verbundenen organischen radikalen 4 63.
Methodische Schwerpunkte der Schlenk-Technik mit Filter Kanülen mit einem Glas-Mikrofaser-Filter für die Trennung der einen Überstand von einen Niederschlag unter inerten Bedingungen ausgestattet. Eine Glovebox Distickstoff gefüllt wird für das Material und die Lagerung von empfindlichen Verbindungen Luft wiegen verwendet.
Achtung: Führen Sie alle Synthesen in einem gut gelüfteten Abzug. Tragen Sie geeigneter persönlicher Schutzausrüstung (PSA) einschließlich einen Laborkittel und Sicherheit Schutzbrillen.
Hinweis: Die Ausgangsstoffe synthetisiert wurden laut Literatur: 1-(2,6-diisopropylphenyl)-2,2,4,4-tetramethyl-3,4-dihydro-2H- Pyrrol-1-Ium Tetrafluoroborate (1Prot) (für die Synthese von CAACs, siehe:18 ,30,31,64,65) und 1,3-Dimethyl-4,5-Dihydro-1H- Imidazol-3-Ium Jodid (2Prot)65. Wir empfehlen Ihnen, diese Salze bei 120 ° C im Vakuum über Nacht trocknen, um die Abwesenheit von Wasser oder halogenierte Lösungsmittel zu gewährleisten. Silber triflate und Kalium Hexamethyldisilazide (KHMDS) wurden durch kommerzielle Anbieter erhalten und verwendet, da ohne weitere Reinigung ist. Alle Manipulationen mit Schlenk Techniken durchgeführt wurden oder in einem Distickstoff gefüllt Glovebox (O2 < 0,1 ppm; H2O < 0,1 ppm). Lösemittel wurden durch eine Tabelle mit zwei Spalten, Solid-State-Reinigungssystem getrocknet und gelagert über aktivierte Molekularsieben. Tetrahydrofuran, Diethylether, Hexanes, Pentan, Benzol und Toluol wurden durch drei Gefrier-Pumpe-Tau-Zyklen desoxygeniert. Deuterierte Benzol wurde über Molekularsieben getrocknet, desoxygeniert durch drei Gefrier-Pumpe-Tau-Zyklen und über einen Spiegel von Kalium gelagert, deuterierte Acetonitril war aus Kalzium-Hydrid destilliert und über Molekularsieben gespeichert. Glas wurde Ofen bei 150 ° C für mindestens 12 h vor Gebrauch getrocknet und heiß direkt in das Handschuhfach (Radfahren die Vorkammer mindestens dreimal im Laufe von mindestens 15 min). Microfaser Glasfilter lagerten bei 150 ° C; Kanülen waren Ofen getrocknet oder gründlich gespült mit Luft vor der Verwendung um sicherzustellen das Fehlen der verbleibende organische Lösungsmittel (Wasser, beziehungsweise).
1. Synthese von zyklischen (alkyl)(amino) Carben (Compound 1)
2. Synthese von N-heterozyklische Carben (Compound 2)
3. Synthese von der CAAC-NHC-Salz (Compound 3Prot)
4. Synthese von gemischten Wanzlick CAAC-NHC-Dimer (Compound 3)
5. Synthese der organischen radikalen CAAC-NHC-2 (compound 4)
Kostenlose Carbene reagieren in der Regel leicht mit Wasser66. Daher sorgfältig getrocknet Glaswaren und Lösungsmittel sind erforderliche67. In dem oben beschriebenen Verfahren verwendet wir Kanülen mit einem Glas-Mikrofaser-Filter ausgestattet um einen Niederschlag unter inerten Bedingungen empfindlich Druckluftlösungen trennen. Wir verwendet diese Technik zur Gewinnung von Feststoffen (d. h., das gewünschte Produkt aufgelöst wird) so...
Hier präsentieren wir Ihnen eine allgemeine und anpassungsfähige Protokoll für die Synthese von stabile Carbene (NHC, CAAC) und ihre reiche Dimer-Elektron. Alle Schritte können ohne weiteres mindestens 25 g Maßstab skalieren. Entscheidend für eine gelungene Synthese sind die strengen Ausschlüsse von Feuchtigkeit (bzw. Luft) für die Synthese von der Carbene und Sauerstoff (Luft, beziehungsweise) für das Elektron reichen Olefin. Die hier angewandte Kanüle Filtrationstechnik in Kombination mit einer Schlenk-Linie ...
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Die Autoren danken den Fonds der Chemischen Industrie für ein Liebig-Stipendium und die Hertha und Helmut Schmauser Stiftung für finanzielle Unterstützung. Unterstützung von K. Meyer ist dankbar anerkannt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Equipment | |||
Glass micro fiber filter, 691, 24 mm. Particle retention 1.6 mm | VWR | 516-0859 | |
magnetic stir bar | FengTecEx | various | |
PTFE tape | Sigma-Aldrich | Z148814-1PAK | PTFE tape used in this manuscript was obtained from a local supplier. Tape from Sigma Aldrich should show comparable performance. |
rubber septum | FengTecEx | RS112440 | Joint size: 24/29 |
rubber septum | FengTecEx | RS111420 | Joint size: 14/23 |
rubber septum | FengTecEx | RS111922 | Joint size: 19/26 |
schlenk flasks | FengTecEx | various | 100 mL |
steel cannula | FengtecEx | C702024 | Attachment of a steel joint by a machine shop not required, but facilitates preparation of filter cannula |
syringe cannula | FengtecEx | S380221 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Reactants | |||
1-(2,6-diisopropylphenyl)-2,2,4,4-tetramethyl-3,4-dihydro-2H-pyrrol-1-ium tetrafluoroborate | Synthesized according to: Jazzar, R., Dewhurst, R. D., Bourg, J. B., Donnadieu, B., Canac, Y., Bertrand, G. Intramolecular “Hydroiminiumation” of alkenes: Application to the synthesis of conjugate acids of cyclic alkyl amino carbenes (CAACs). Angewandte Chemie International Edition 46 (16), 2899-2902, (2007). | ||
1,3-dimethyl-4,5-dihydro-1H-imidazol-3-ium iodide | Synthesized according to: Benac, B. L., Burgess, E. M., Arduengo, A. J. 1,3-Dimethylimidazole-2-Thione. Organic Synthesis 64, 92, (1986). | ||
potassium hexamethyldisilazide | Sigma-Aldrich | 324671-100G | CAS 40949-94-8 |
silver trifluoromethanesulfonate | Sigma-Aldrich | 85325-25G | CAS 2923-28-6 |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Solvents | |||
acetonitrile-D3 | Deutero | 00202-10m | distilled from CaH2, stored over activated molecular sieves |
benzene-D6 | Deutero | 00303-100ml | dried over activated molecular sieves, stored over potassium |
diethylether | - | - | dried by two-column, solid-state purification system and degassed by three freeze-pump-thaw cycles, stored over activated molecular sieves |
hexanes | - | - | dried by two-column, solid-state purification system and degassed by three freeze-pump-thaw cycles, stored over activated molecular sieves |
tetrahydrofuran | - | - | dried by two-column, solid-state purification system and degassed by three freeze-pump-thaw cycles, stored over activated molecular sieves |
toluene | - | - | dried by two-column, solid-state purification system and degassed by three freeze-pump-thaw cycles, stored over activated molecular sieves |
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