苯基桥联双氮鎓盐的双芳基化反应以及双氮唑的四芳基化反应，用于制备对称和非对称的CCC-aNHC钳形配体前体

《Tetrahedron》：Bis-arylation of Phenylene-bridged Bis-azolium Salts and Tetra-arylation of Bis-azoles to Access Symmetrical and Unsymmetrical CCC-aNHC Pincer Ligand Precursors

铜介导芳基化方法合成对称和非对称N-杂环卡宾前体双取代盐，并通过一锅Domino反应利用碘盐作为嵌入式电负性减少废物。此外，成功制备了异常N-杂环卡宾金属配合物。

　　

艾伦·C·塞西尔（Alan C. Cecil）|埃文斯·福苏（Evans Fosu）|布鲁诺·多纳迪厄（Bruno Donnadieu）|T·基思·霍利斯（T. Keith Hollis）

美国密西西比州立大学化学系，密西西比州，39762

摘要

铜介导的方法用于双偶氮盐和双偶氮分子的芳基化，是获得对称和非对称N-杂环卡宾前体的有效途径。通过使用各种芳基卤化物对双偶氮盐进行芳基化，可以以中等产率获得多种C2-芳基化的双偶氮盐。此外，还利用碘鎓盐作为嵌入型亲电试剂，通过一步多米诺反应从双偶氮分子制备了C2-芳基化的双偶氮盐。这种方法利用N-芳基化步骤产生的芳基碘化物副产物进行C-H活化，从而减少了废物产生和循环利用的需求。我们还展示了这些偶氮盐在金属化反应中的应用，并成功合成了含有异常N-杂环卡宾的金属配合物。

引言

人们对偶氮盐的兴趣日益增长，这归因于它们易于合成、稳定性高、可调性强以及独特的物理和化学性质。1, 2, 3 与对空气和湿气敏感的膦基配体不同，偶氮盐更易于处理和调节。4 通过引入电子给予能力较强的偶氮（如咪唑、三唑和苯并咪唑），或通过烷基化和芳基化反应引入各种官能团，可以调节偶氮盐的性质。偶氮盐的特性使其在药物化学、离子液体和催化领域具有广泛应用前景。5, 6, 7

偶氮盐是合成N-杂环卡宾（NHC）及其金属配合物的关键试剂。NHC是通过偶氮盐与外部碱或金属发生脱质子反应得到的。1, 2 自阿杜恩戈（Arduengo）首次分离出稳定的咪唑亚氮NHC以来，NHC在有机发光二极管（OLED）、光伏和电致变色器件等领域的研究中发挥了重要作用。9, 10, 11, 12, 13 诺兰（Nolan）首次报道了膦基配体和NHC金属配合物在催化活性上的差异。14 NHC配体相比类似的膦基配体具有更强的σ-供电子能力、更高的稳定性和更少的催化解离行为。4, 15, 16, 17, 18, 19

要获得NHC，通常首先需要合成相应的偶氮盐。20, 21 一般通过将烷基或芳基卤化物与咪唑、三唑或苯并咪唑等偶氮化合物进行碳-氮（C-N）偶联来实现这一目标。22, 23, 24 然后使用烷基卤化物或碘鎓盐等亲电试剂对偶氮化合物进行N-烷基化反应。25, 26, 27, 28, 29, 30 偶氮盐在C2（正常NHC）或C4/C5（aNHC）位置脱质子后形成自由卡宾，该卡宾可与过渡金属原子或离子配位形成有机金属配合物。NHC配体的C2碳原子优先与金属中心结合，形成所谓的正常NHC（nNHC）金属配合物（图1A）。31 NHC配体通过C4/C5碳原子结合时则形成异常NHC（aNHC）金属配合物（图1B）。32 克拉布特里（Crabtree）及其同事在2001年首次报道了aNHC配合物，但直到2009年伯特朗德（Bertrand）团队才成功分离出稳定的自由aNHC。33, 34 aNHC前体及其金属配合物的合成因其更强的电子供体能力而受到广泛关注。35

获得aNHC前体的最典型方法是C2位置的芳基化，因为偶氮盐的电子结构使得C2位置的质子更具酸性，更容易发生脱质子反应。36 卡维尔（Cavell）等人最初使用Ni和Pd催化剂将烯基和芳基取代基引入偶氮盐的C2位置。37, 38, 39, 40, 41, 42 尤（You）团队开发了Cu催化的咪唑盐与芳基卤化物的直接C2芳基化方法。43 他们还使用Cu2O催化剂和多种碱实现了咪唑盐的多芳基化（方案1a）。44 高（Gao）团队通过CuI氧化物催化的芳基化反应合成了阳离子π-扩展型咪唑盐。其中一位作者使用二芳基碘鎓盐实现了1,3-双偶氮苯的N-芳基化；然而，这种方法会产生两分子芳基碘化物作为副产物。45 自2003年开发出苯基桥联双偶氮盐作为nNHC前体以来，由于前体合成和所需金属化反应的挑战，C2-芳基化的苯基桥联双偶氮盐及其金属配合物的合成尚未取得进展。本文报道了双偶氮盐的C2芳基化以及苯基桥联偶氮分子的C-/N-四芳基化，以制备aNHC配体前体（方案1c）。这些C2-芳基化的双偶氮盐可作为合成CCC-aNHC钳形配合物的前体。

部分内容摘录

双偶氮盐的C2-芳基化

之前已有报道了合成苯基桥联的对称和非对称双偶氮盐的方法，这些双偶氮盐可作为正常的CCC-NHC钳形配体前体。46, 47 然而，使用类似方法制备异常CCC-NHC钳形配体前体仍然具有挑战性。铜催化的1,3-二溴苯（1）与2-苯基咪唑（2）的偶联反应（方案2）产率为47%，生成了目标产物1,3-双(2-苯基咪唑)苯（3）。A

安全说明

注意！ 在封闭储存瓶中加热偶氮盐时，如果未充分排出氧气（O2），可能会使瓶内压力过高而导致瓶子剧烈破裂。破裂时会产生尖锐的玻璃碎片，可能伤及通风橱。所有偶氮盐的芳基化反应在加热前都应用氮气（N2）进行10分钟的充分置换。在通风橱内进行加热时，应使用二级防护装置。

结论

总之，铜催化的C-H官能化成功实现了多种双偶氮盐的合成，获得了中等至高产率的对称和非对称双C2-芳基化双偶氮盐。通过使用二芳基碘鎓盐对苯基桥联双偶氮盐进行一步四芳基化（N-/N-和C-/C-），成功得到了四芳基化的双偶氮盐。二芳基碘鎓盐的para位上的吸电子或供电子基团对其反应结果没有显著影响。

通用方法

所用化学品和溶剂均为市售产品，无需进一步纯化即可使用。反应在氮气氛围下进行，采用标准Schlenk管线技术。所有核磁共振（NMR）数据均使用Bruker AVANCE III 300 MHz和500 MHz光谱仪采集。¹H NMR（300 MHz和500 MHz）的化学位移以百万分之一（ppm，δ）为单位表示，相对于CDCl3或DMSO-d6作为内标（CDCl3：δ = 7.26 ppm；DMSO-d6：δ = 2.50 ppm）。¹³C NMR（125 MHz）

CRediT作者贡献声明

埃文斯·福苏（Evans Fosu）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法研究、数据分析、概念构建。T·基思·霍利斯（T. Keith Hollis）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、监督、资源协调、项目管理、方法研究、资金申请、数据分析、概念构建。艾伦·塞西尔（Alan Cecil）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法研究、数据分析

利益冲突声明

作者声明与本文内容相关的专利已获授权或正在申请中。

致谢

我们衷心感谢美国国家科学基金会（NSF）提供的OIA 1539035、PFI-TT 1827686、CHE-2319939、CHE-2304919、DBI-2215258等奖项，以及密西西比州立大学化学系的财政支持。本研究还得到了ACS石油研究基金（PRF# 68133-ND3）的资助。最后，感谢BD协助进行X射线样品制备并解析X射线晶体结构。