论文总字数：15783字

摘 要

本文以苯并咪唑和碘代异丙烷为原料首先合成出碘化-1,3-二异丙基-苯并咪唑化合物，并通过循环伏安法研究其电化学行为，然后在电化学条件下还原生成咪唑卡宾，并在在二氧化碳氛围下生成卡宾-CO₂加合物，即咪唑羧酸内鎓盐，最后通过¹HNMR及¹³CNMR表征产物结构。

咪唑类鎓盐具有良好的稳定性、独特的带电荷结构、可应用于离子液体等多种优良性能，因而成为一类备受关注的功能性基团。咪唑鎓碳二位氢（C²-H）的活性高，在一定条件下失去一个质子后变成咪唑卡宾，几乎能够与所有过渡金属形成配位化合物。作为N-杂环卡宾中最典型的1,3-二取代咪唑卡宾，取代基多，每个取代基都可引入不同的官能团，因而成为研究最多，应用最广的一类N-杂环卡宾。本文以碘化-1,3-二异丙基-苯并咪唑为研究对象，电还原生成咪唑卡宾进而生成咪唑羧酸内鎓盐固体，在室温下可以稳定存在，并能在适当的温度下释放NHC和CO₂。

关键词：苯并咪唑 苯并咪唑衍生物 NHC NHC-CO₂加合物 咪唑卡宾

Abstract

In this paper, 1,3-diisopropyl-benzimidazole iodide was synthesized from benzimidazole and iodo isopropane, and its electrochemical behavior was studied by cyclic voltammetry. Then, imidazolium carbene was reduced under electrochemical conditions, and carbene-CO₂ adduct, i.e. imidazolium salt in imidazolium carboxylic acid, was formed under the atmosphere of carbon dioxide. Finally, the structure of the product was characterized by ¹HNMR and ¹³CNMR.

Imidazolium onium salts have good stability, unique charged structure, and can be applied to ionic liquids and other excellent properties, so they have become a class of functional groups that have received much attention. Imidazolium carbon-dihydrogen (C²-H) has a high activity, and after losing a proton under certain conditions, it becomes imidazole carbene and can form coordination compounds with almost all transition metals. As the most typical 1,3-disubstituted imidazole carbene in N-heterocyclic carbene, there are many substituents, and each substituent can introduce different functional groups, so it has become the most studied and most widely used class of N-heterocyclic carbene. This article takes iodide-1,3-diisopropyl-benzimidazole as the research object, electroreduction produces imidazole carbene and then produces imidazole carboxylic acid onium salt solid, which can be stable at room temperature and can be used at an appropriate temperature Release NHC and CO₂.

KEYWORDS：Benzimidazole；Benzimidazole derivatives；NHC；NHC-CO2 adduct；Mizocarb

目录

摘要 I

Abstract II

目录 I

第一章 绪论 1

1.1 咪唑鎓盐 1

1.2 苯并咪唑衍生物的合成 1

1.3 离子液体 2

1.3.1 离子液体的发展 2

1.3.2 离子液体种类 3

1.3.3 离子液体的合成 3

1.3.4 离子液体的性质 3

1.4 1,3-二取代咪唑卡宾 4

1.5 N-杂环卡宾-CO₂加合物 4

1.5.1 卡宾前体 4

1.5.2 卡宾加合物 6

1.5.3 卡宾-CO₂加合物的合成 6

1.5.4 卡宾-CO₂加合物的应用 8

1.6 苯并咪唑类季铵盐的电化学还原 8

1.7 本课题研究方法 9

1.6.1 苯并咪唑季铵盐电化学行为研究 9

1.6.2产物的表征 9

第二章 苯并咪唑类季铵盐的合成及其表征 10

2.1 实验试剂和仪器 10

2.1.1 实验试剂 10

2.1.2 实验仪器 10

2.2 实验方法 11

2.2.1 碘化-1,3-二异丙基-苯并咪唑鎓盐的合成 11

2.3 结果与讨论 12

2.3.1 产物表征 12

第三章苯并咪唑类季铵盐电化学行为研究 14

3.1 实验试剂与仪器 14

3.1.1 实验试剂 14

3.1.2 实验仪器 14

3.2 电化学行为研究 15

3.2.1 循环伏安 15

3.2.3 CO₂气氛下生成咪唑羧酸内鎓盐 16

3.3 电流效率 17

3.4 咪唑羧酸内鎓盐结构及其表征 17

3.4.1 咪唑羧酸盐核磁共振氢谱图 17

3.4.2 咪唑羧酸盐核磁共振碳谱图 18

第四章 结论 19

参考文献 20

致谢 23

第一章 绪论

1.1 咪唑鎓盐

咪唑类鎓盐在化学领域是一类具有优良性能的功能性基团，大都由有机阳离子基团与卤素等阴离子构成，因其具有特殊的带电荷结构和自身较好的稳定性，长期以来一直是人们的重点研究对象之一，在诸多领域备受关注。咪唑环2号位碳原子上的氢原子活性很高，在碱性条件下失去质子形成的咪唑卡宾，是N-杂环卡宾中最最重要的一种，在催化领域，咪唑卡宾是比传统的磷配体更好的替代品，可以形成更多种类的金属配合物，极大地丰富了催化剂的种类和应用。咪唑环上含有C=C不饱和键，对应生成的不饱和咪唑卡宾具有更高的配位性，衍生出的卡宾配合物稳定性也更好。由咪唑类鎓盐合成的离子液体，具有低蒸气压、低熔点、不可燃、可回收、稳定性好、传导率高等众多优点，广泛应用与有机合成、聚合化学、新材料、电化学等领域。

1.2 苯并咪唑衍生物的合成

1872年Hoebrecker等人成功合成出2,5-二甲基苯并咪唑[1]。他们将N-乙酰基-2-硝基-4-甲基苯胺与盐酸反应，Sn做还原剂，最终得到2,5-二甲基苯并咪唑，这也是历史上合成的第一个苯并咪唑化合物。

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