论文总字数：13874字

摘 要

氮杂环卡宾及其金属配合物广泛的应用于有机化学，并在金属配位化学方面具有很深的实际应用影响，它能与元素周期表中的许多金属元素发生反应，并且其得到的金属配合物能够显示出十分优良的催化活性，这使其成为最具潜质的催化剂。除此之外，它也开始广泛地应用于精细化工产品的合成中，成为现代有机化学中必不可少的重要物质之一。一般合成氮杂环卡宾采用化学方法，但是该方法在比较不同侧链基团对咪唑形成卡宾难易程度即计算收率时，不易处理计算。所以本文采用电化学方法合成氮杂环卡宾，并探究不同侧链基团对咪唑鎓盐还原生成氮杂环卡宾的影响。

关键词：氮杂环卡宾 电化学 合成

Electrochemical Synthesis of Azacyclocarbene

Abstract

N-heterocyclic carbene and its metal complexes are widely used in organic chemistry, and have deep practical application effects in metal coordination chemistry. They can react with many metal elements in the periodic table, and the obtained metals The complex exhibits excellent catalytic activity, making it the most promising catalyst.In addition, it has also been widely used in the synthesis of fine chemical products, becoming one of the essential substances in modern organic chemistry. The general synthetic N- heterocyclic carbene adopts a chemical method, but this method is difficult to handle calculation when comparing the degree of difficulty in forming a carbene with different side chain groups, that is, calculating the yield.Therefore, the electrochemical method was used to synthesize N- heterocyclic carbene, and the effect of the amount of Pi electrons in the imidazolium salt matrix on the reduction of N- heterocyclic carbene was investigated.

Key words:N-heterocyclic carbene；Electrochemistry；Synthesis

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 N-杂环卡宾的基本研究概述 1

1.2 N-杂环卡宾的定义 2

1.3 N-杂环卡宾的电子结构及稳定性 2

1.4 典型的N-杂环卡宾 2

1.5 N-杂环卡宾的应用前景 3

1.6 研究分析方法 4

1.6.1 核磁共振谱 4

1.6.2 开路电位法 5

1.6.3 循环伏安法 5

第二章 选题意义及设计思路 6

2.1 选题的意义 6

2.2 设计思路 6

2.2.1第一条线路 6

2.2.2第二条线路 7

2.2.3第三条线路 7

第三章 咪唑鎓盐的合成及其表征 8

3.1 实验试剂及实验仪器 8

3.1.1 实验试剂 8

3.1.2 实验仪器 8

3.2 实验方法 9

3.2.1 碘化1-甲基-3-异丙基-咪唑鎓盐的合成 9

3.2.2 碘化1，3-二异丙基-咪唑鎓盐的合成 9

3.3 合成物质的表征 9

3.3.1 碘化-1-甲基-3-异丙基-咪唑鎓盐 9

3.3.2 碘化-1，3-二异丙基-咪唑鎓盐 10

第四章 咪唑鎓盐的电化学行为研究 11

4.1 实验试剂与仪器 11

4.1.1 实验试剂 11

4.1.2 实验仪器 11

4.2 实验方法 11

4.2.1 金电极的预处理 11

4.2.2 开路电位（OCP） 12

4.2.3 循环伏安法（CV） 12

4.2.4 电解及内盐的合成 12

4.3 实验数据及处理分析 12

4.3.1 开路电位数据 12

4.3.2 循环伏安曲线 13

4.3.3 内盐核磁共振谱图 14

第五章 实验结果与讨论分析 20

5.1 实验数据记录与处理 20

5.2 实验结果分析与讨论 20

第六章 结束语 21

参考文献 22

致谢 24

第一章 绪论

1.1 N-杂环卡宾的基本研究概述

在上个世纪五十年代以前，关于卡宾这一领域的研究还是一个空白的阶段，最早是Skell开始了对卡宾的探索，做了相当量的探索性研究，并根据实验结果发表了相关的文章，为卡宾的后续发展奠定了坚实的基础^[1]。在此之后Fischer^[2]等人在前人的基础之上，经过不断探索研究，使得卡宾的研究方向在二十世纪六十年代初开始慢慢向有机化学和无机化学方向转变^[3]。这一巨大的转变使得卡宾开始广泛应用于高分子化学方面，在前人研究者的不断探索和实践后，N-杂环卡宾及其金属配合物的相关研究也慢慢深入到金属有机化学方面，其性能也受到了越来越多的关注。

N-杂环卡宾的研究并不是一开始就十分热门的，虽然Ofele^[4]和Wanzlick^[5]早在1968年就先后研究得到了N-杂环卡宾的金属络合物，但是当时很少有人关注这个研究成果。关于N-杂环卡宾的研究转变是在二十世纪九十年代，当第一个可以在室温下游离态稳定存在的N--杂环卡宾（NHC）被分离出来并发表相关文章后，关于这一方面的研究探索方向开始慢慢发生改变。准确的来说，是Arduengo及其研究小组打开了N-杂环卡宾研究领域新的大门，关于N-杂环卡宾的研究才真正开始发展起来。在分离出N-杂环卡宾之后，Arduengo又与其领导的研究小组利用反应物为二-（1-金刚烷基）咪唑盐和氢化钠，反应溶剂为四氢呋喃，同时加入少量的DMSO作为催化剂的反应，得到了另一种游离的氮杂环卡宾^[6]。该反应所得到的产品表现为晶体，并且具有良好的热稳定性。若想要了解其关于所得产品的结构，我们一般采用X-单晶衍射分析的方法来获得。后来，他们又利用1,3-位连有较小体积取代基的咪唑盐制得了其它类型的稳定NHC^[7]。这些研究都使得N-杂环卡宾在有机化学研究领域得到了迅速的发展。

杂环卡宾带有两对孤电子，它主要作为配体应用于金属有机领域中。虽然其他强给电子配体例如膦配体与杂环卡宾一样，与金属键有很强的结合能力，但是杂环卡宾在催化反应中还具有一些特殊的优势，例如结构类型更加多样化、制备更为简单以及对热、水和空气的稳定性更好等等，最重要的是杂环卡宾在催化反应中能够表现出更高的活性，同样的，杂环卡宾在其他方面的优势也十分明显，例如杂环卡宾相对于其他配体来说，在实际操作中，不需要过量这一条件^[8]。这一优势主要是因为杂环卡宾具有不易发生分解的特殊性质。这些特殊的优势都使得杂环卡宾广泛的应用于催化反应中。N-杂环卡宾目前主要应用在催化领域，随着科学的不断发展进步，N-杂环卡宾也开始应用在材料科学和光物理领域^[9]

1.2 N-杂环卡宾的定义

一个含易离去集团的分子，然乎再消去一个中性分子便能生成卡宾。N-杂环卡宾是属于比较稳定和较为典型的一种卡宾，它本身是一种中心碳原子为二价，并且最外层包围六个电子的的分子，所以N-杂环卡宾表现为电中性。^[10,11]

1.3 N-杂环卡宾的电子结构及稳定性

N-杂环卡宾中心碳原子周围有6个电子，使得其表现出强大的缺电子性。通过研究其化学式结构，我们可以发现N-杂环卡宾的中心碳原子的两侧分别都连接着两个氮原子。根据有机化学知识，我们都知道氮原子的电负性比碳原子的电负性要大，并且具有吸电子作用。同时研究其电子结构，我们可以发现，此结构上的氮原子的P轨道上存在着一对孤对电子，而中心碳原子存在一个空P轨道。它们原来本身都没有什么影响，但是当氮原子与碳原子相连时，它们便可以形成一个离域大π键体系。这些性质都使得卡宾中心碳原子的缺电子性降低，使得整个结构更趋于稳定；除此之外，C=C双键的存在同样使得共轭体系更加的稳定。总之，基于上述各种因素，咪唑基的N-杂环卡宾是一种比较稳定的卡宾体系（如图1-1所示）^[12-23]。

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