W chemii, N-heterocykliczne karbeny (NHC) spełniają podwójną rolę liganda i organokatalizatora1. W pierwszym przypadku wprowadzenie NHC zaowocowało zaprojektowaniem katalizatorów przemian metalowych o ulepszonej aktywności i stabilności2. W tym drugim przypadku NHC okazały się lepszymi katalizatorami dla różnorodnych reakcji organicznych3,4. Pomimo tej wszechstronności, obsługa gołych NHC jest nadal poważnym wyzwaniem5, a produkcja tych wysoce reaktywnych związków tak, aby były uwalniane in situ i "na żądanie" jest bardzo atrakcyjnym celem. W związku z tym opracowano kilka strategii uwalniania NHC w pożywkach reakcyjnych, które w większości opierają się na użyciu termolabilnych progenitorów6,7,8. Co zaskakujące, podczas gdy może to wyzwolić nową generację reakcji inicjowanych światłem, przydatnych w syntezie makromolekularnej lub preparatywnej chemii organicznej6, generacja wykorzystująca światło jako bodziec jest prawie nie zbadana. Niedawno zaprezentowano pierwszy system generowania zdjęć zdolny do wytwarzania NHC9. Składa się z 2 składników: 2-izopropylotioksantonu (ITX) jako substancji światłoczułej oraz tetrafenyloboranu 1,3-dimesitylimidazolu (IMesH+BPh4-) jako formy chronionej NHC. W związku z tym w poniższych akapitach przedstawiamy metodę generowania 1,3-dimesitylimidazol-2-ylidenu NHC (IMes) pod wpływem promieniowania UV przy 365 nm, charakteryzujemy go i określamy mechanizm fotochemiczny. Następnie opisujemy protokół przeprowadzania polimeryzacji metatezy z otwarciem pierścienia (ROMP) w roztworze i miniemulsji przy użyciu tego systemu fotogenerującego NHC.
W pierwszej części raportujemy protokół syntezy, aby uzyskać IMesH+BPh4-. Protokół ten opiera się na metatezie anionów między odpowiednim chlorkiem imidazolu (IMesH+Cl-) a tetrafenyloboranem sodu (NaBPh4). Następnie, aby zademonstrować powstawanie NHC in situ, opisano dwa protokoły obejmujące napromieniowanie roztworem IMesH+BPh4-/ITX w fotoreaktorze przy 365 nm. Pierwsza polega na monitorowaniu deprotonacji kationu imidazolu IMesH+ za pomocą spektroskopii 1H NMR. Bezpośrednie dowody na powstawanie pożądanego NHC (IMes) są dostarczane w drugiej metodzie, w której addukt IMes-CS2 jest z powodzeniem izolowany, oczyszczany i charakteryzowany.
Druga sekcja opisuje dwa protokoły, które rzucają światło na mechanizm fotochemiczny z udziałem dwuskładnikowego systemu fotogenerującego NHC IMesH+BPh4-/ITX. Po pierwsze, oryginalny eksperyment fotolizy w stanie ustalonym w czasie rzeczywistym ujawnia, że transfer elektronów jest indukowany przez fotowzbudzenie ITX w obecności tetrafenyloboranu. Właściwości donorowe elektronów tego aniona boranu10 napędzają fotoredukcję 3ITX* trypletowego stanu wzbudzonego do anionu rodnikowego ITX● poprzez tak zwaną reakcję światłoczułą. Powstanie NHC potwierdza, że gatunki ITX●- mogą dalej abstrahować proton z IMesH+ w celu wytworzenia pożądanego NHC. W oparciu o miareczkowanie kwasowo-zasadowe przy użyciu wskaźnika pH czerwieni fenolowej jako titranta, wdrażany jest drugi oryginalny protokół, który umożliwia określenie wydajności uwolnionego NHC.
W trzeciej sekcji opisujemy protokół, w którym wyżej wymienione fotogenerowane IMy mogą być wykorzystywane w fotopolimeryzacji. Głównym przedmiotem zainteresowania jest polimeryzacja metatezy z otwarciem pierścienia (ROMP), ponieważ reakcja ta jest wciąż na wstępnym etapie rozwoju w odniesieniu do fotoinicjacji11,12. Początkowo ograniczony do źle zdefiniowanych i bardzo czułych kompleksów wolframu, fotoindukowany ROMP (photoROMP) został rozszerzony na bardziej stabilne kompleksy oparte na metalach przejściowych W, Ru i Os. Pomimo różnorodności prekatalizatorów, prawie wszystkie procesy fotoROMP opierają się na bezpośrednim wzbudzeniu pojedynczego fotoaktywnego prekatalizatora13. W przeciwieństwie do tego, używamy promieniowania do wytworzenia ligandu imidazolidenu NHC (IMes), który może następnie reagować z niefotoaktywnym prekatalizatorem Ru [RuCl2(p-cymene)]2 dimer9. W tej metodzie fotogeneracja ligandu NHC napędza tworzenie in situ wysoce aktywnego kompleksu ruten-aren NHC znanego jako RuCl2(p-cymene)(IMes) (katalizator Noelsa)14,15. Korzystając z tej pośredniej metodologii, przeprowadza się dwa odrębne eksperymenty fotoROMP z norbornenem (Nb): 1) w roztworze (dichlorometan) i 2) w wodnym układzie zdyspergowanym z monomeru miniemulsion16.