我们介绍了稳定杂环卡宾的分离方案。利用滤管和施伦克技术，展示了环状（烷基）（氨基）卡宾（CAAC）和N-杂环卡宾（NHC）的合成方法。此外，我们还介绍了对空气敏感、富电子的混合型“万茨利克二聚体”及其还原态稳定有机自由基的合成。
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本文内容
摘要
摘要
本文报道了常用环状（烷基）（氨基）卡宾（CAAC）和N-杂环卡宾（NHC）的分离方案。此外，还介绍了它们的混合CAAC–NHC“Wanzlick”二聚体以及相关稳定有机“烯烃”自由基的合成方法。本论文的主要目标是为任何技能水平的合成化学家提供一份详尽且通用的实验方案，介绍如何使用滤管通过去质子化法制备游离杂环卡宾。由于所合成化合物对空气敏感，所有实验均在惰性气氛下进行，采用Schlenk技术或充满氮气的手套箱操作。控制Wanzlick平衡（即游离卡宾的二聚化）是游离卡宾在配位化学或有机合成中应用的关键前提。因此，我们详细阐述了有利于形成二聚体、杂二聚体或单体的特定电子效应和空间位阻要求。我们将展示质子催化如何促进二聚体的形成，以及卡宾及其二聚体的电子结构如何影响其对水分或空气的反应活性。所报道化合物的结构特征基于其核磁共振（NMR）谱图进行讨论。
引言
半个多世纪前，Wanzlick 报道了 arguably 首次尝试合成N-杂环卡宾的研究1,2,3。然而，他并未成功分离出游离卡宾，而仅能表征其二聚体。这一观察结果促使他提出烯烃二聚体与相应游离卡宾之间存在平衡，该平衡如今通常被称为“Wanzlick 平衡”（图 1，I）4,5,6。此后研究表明，游离卡宾的二聚反应以及其逆反应（即相应烯烃二聚体的解离）均可被质子催化7,8,9,10,11,12。又过了约 30 年，Bertrand 才首次报道了一种在室温下不发生二聚的“可储存”卡宾
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方案
警告：所有合成操作均须在通风良好的通风橱中进行。佩戴适当的个人防护装备（PPE），包括实验服和护目镜。
注意：起始原料根据文献方法合成：1-(2,6-二异丙基苯基)-2,2,4,4-四甲基-3,4-二氢-2H-吡咯-1-鎓四氟硼酸盐（1蛋白）（关于CAACs的合成，参见：18,30,31,64,65) 和 1,3-二甲基-4,5-二氢-1H-咪唑-3-鎓碘化物（2蛋白)65建议在 120 °C 下干燥这些盐 在真空中 过夜干燥以确保无水或卤代溶剂残留。三氟甲磺酸银和六甲基二硅基钾（KHMDS）购自商业供应商，未经进一步纯化直接使用。所有操作均在施伦克技术条件下或充满氮气的手套箱中进行（O₂ < 1 ppm）。2 < 0.1 ppm；H2O < 0.1 ppm）。溶剂通过双柱固态纯化系统....
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结果
游离卡宾通常很容易与水发生反应66。因此，必须使用仔细干燥的玻璃器皿和溶剂67。在上述实验步骤中，我们使用了带有玻璃微纤维滤膜的套管，以便在惰性气氛下将对空气敏感的溶液与沉淀物分离。该技术既可用于固体的萃取（即目标产物为溶解状态），也可用于固体化合物的洗涤（即目标产物为不溶性固体）。
溶剂的选择需额外关注起始原料和游离卡宾的溶解性。在本方案中，环状亚胺盐1prot含有四氟硼酸根阴离子，该阴离子在生成游离卡宾时会以钾盐形式沉淀析出。因此，乙醚、甲苯或苯是合适的溶剂，而极性更强的溶剂（如四氢呋喃）会溶解大量四氟硼酸钾盐（KBF4）。产物中是否残留四氟硼酸根可通过19F NMR波谱法进行验证。需要注意的是，KHMDS在非极性溶剂（如苯甚至己烷）中具有较好的溶解性，而.......
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讨论
本文介绍了一种通用且可调的稳定卡宾（NHC、CAAC）及其富电子二聚体的合成方案。所有步骤均可轻松放大至至少25 g规模。成功合成的关键在于：在卡宾合成过程中严格排除水分（或空气），在富电子烯烃合成过程中严格排除氧气（或空气）。本文所采用的滤管技术结合施兰克线（Schlenk line），是一种在惰性气氛下将溶液与沉淀分离的便捷方法。本文所用滤管通过在不锈钢导管末端缠绕聚四氟乙烯（PTFE）生料带制备而成（参见上文 图3a, b）。我们建议通过机械加工在导管末端加装较大的接头，以节省时间并减少所需PTFE生料带的用量（参见上文 图3b，小导管）。
本实验方案依赖施伦克线提供的轻微氮气正压。该方法可高效防止空气进入反应容器。潜在的缺点包括：(1) 由于滤膜堵塞导致过滤速度缓慢；(2) 因正压过高导致隔膜弹出。这些问题可通过以下方式解决：(1) 在不需要时避免将过滤针插入沉淀物中（如上所述），或在过滤速度变得过慢时更换为另一根预先准备好的过滤针；(.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
作者感谢化学工业基金会提供的利比希奖学金以及赫塔和赫尔穆特·施马泽基金会提供的财务支持。谨此感谢K. Meyer提供的支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| <强>仪器设备 | |||
| 玻璃微纤维滤膜，691，24 mm。颗粒截留能力 1.6 μm | VWR | 516-0859 | |
| 磁力搅拌子 | FengTecEx | 各种 | |
| 聚四氟乙烯胶带 | Sigma-Aldrich | Z148814-1PAK | 本文所用的PTFE胶带购自本地供应商。西格玛奥德里奇（Sigma Aldrich）的胶带应具有相似性能。 |
| 橡胶隔垫 | FengTecEx | RS112440 | 接头尺寸：24/29 |
| 橡胶隔垫 | FengTecEx | RS111420 | 接头尺寸：14/23 |
| 橡胶隔垫 | FengTecEx | RS111922 | 接头尺寸：19/26 |
| 施伦克瓶 | FengTecEx | 各种 | 100 mL |
| 钢制套管 | FengtecEx | C702024 | 无需机械加工车间安装钢制接头，但有助于滤器套管的制备 |
| 注射器套管 | FengtecEx | S380221 | |
| <强>名称 | <强>公司 | <强>货号 | <强>评论 |
| <强>反应物 | |||
| 1-(2,6-二异丙基苯基)-2,2,4,4-四甲基-3,4-二氢-2H-吡咯鎓四氟硼酸盐 | 根据以下文献合成：Jazzar, R., Dewhurst, R. D., Bourg, J. B., Donnadieu, B., Canac, Y., Bertrand, G. 分子内 “氢亚胺化反应” 烯烃的反应：在环状烷基氨基卡宾（CAACs）共轭酸合成中的应用。Angewandte Chemie International Edition 46 (16), 2899-2902, (2007)。 | ||
| 1,3-二甲基-4,5-二氢-1H-咪唑-3-鎓碘化物 | 根据以下文献合成：Benac, B. L., Burgess, E. M., Arduengo, A. J. 1,3-二甲基咪唑啉-2-硫酮。《有机合成》64, 92 (1986)。 | ||
| 六甲基二硅基钾 | Sigma-Aldrich | 324671-100G | CAS 40949-94-8 |
| 三氟甲磺酸银 | Sigma-Aldrich | 85325-25G | CAS 2923-28-6 |
| <强>名称 | <强>公司 | <强>货号 | <强>评论 |
| <强>溶剂 | |||
| 乙腈-D3 | 德特罗 | 00202-10m | 经CaH2蒸馏，储存于活化分子筛中 |
| 苯-D6 | Deutero | 00303-100ml | 经活化分子筛干燥，并在金属钾上储存 |
| 乙醚 | - | - | 通过双柱固态纯化系统干燥，并经三次冻抽解冻循环除气，储存于活化分子筛中 |
| 己烷 | - | - | 通过双柱固态纯化系统干燥，并经三次冷冻-抽气-解冻循环除气，储存于活化分子筛中 |
| 四氢呋喃 | - | - | 通过双柱固态纯化系统干燥，并经三次冷冻-抽气-解冻循环除气，储存于活化分子筛中 |
| 甲苯 | - | - | 通过双柱固态纯化系统干燥，并经三次冻抽解冻循环脱气，储存于活化分子筛中 |
参考文献
- Wanzlick, H. W., Schikora, E. Ein neuer Zugang zur Carben-Chemie. Angewandte Chemie. 72, 494(1960).
- Wanzlick, H. W., Kleiner, H. J. Nucleophile Carben-Chemie. Angewandte Chemie International Edition. 73 (14), 493(1961).
- Wanzlick, H. W., Schikora, E.
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