N-Heterocyclische Carbene

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Strukturmotiv der NHC

N-Heterocyclische Carbene oder abgekürzt NHC (gelegentlich auch Arduengo-Carbene) sind eine Gruppe von organischen chemischen Verbindungen. Es handelt sich hier um elektronenreiche, aromatische oder ungesättigte heterocyclische Verbindungen, die stabile Carbene ausbilden können.

Struktur und Stabilität[Bearbeiten]

Übersicht geläufiger NHCs

Die hohe Stabilität von NHCs im Vergleich zu anderen Carbenen wird vor allem durch die -I und +M -Effekte der benachbarten Heteroatome verursacht. Die Elektronendichte des leeren p-Orbitals am Kohlenstoff wird so erhöht. Neben Stickstoff können auch Schwefel oder Sauerstoff das Carben stabilisieren. NHCs mit Imidazol als Grundgerüst werden zusätzlich durch ihre Aromatizität stabilisiert.

Bildung[Bearbeiten]

Freie Carbene werden meistens durch die Deprotonierung von Imidazolium-Salzen bzw. den entsprechenden kationischen Vorläuferverbindungen erhalten. Typischerweise werden dabei starke Basen wie beispielsweise Natriumhydrid oder Alkoholate verwendet.

Dimerisierung[Bearbeiten]

Manche NHCs dimerisieren zu Tetraaminoethylen-Derivate. Sie stehen in einem chemischen Gleichgewicht, dem sogenannten Wanzlick-Gleichgewicht, mit den entsprechenden Carbenen.[1] Anders als zunächst vermutet spielt dieses Gleichgewicht für die meisten NHCs keine Rolle.

Wanzlick-Gleichgewicht

Anwendung[Bearbeiten]

NHCs spielen eine wichtige Rolle als Liganden für Metallkomplexe. Durch ihre Eigenschaften als starke sigma-Donoren und ihre kinetische Inertheit stellen sie eine beliebte Alternative für Phosphine besonders für Übergangsmetallkatalysen dar. Übergangsmetall-NHC Komplexe sind oft Temperaturstabiler und weniger oxidationsempfindlich als Phosphinkomplexe.

Ein bekanntes Beispiel für die Anwendung von Übergangsmetall-NHC Komplexen in der Katalyse ist der Olefinmetathese-Katalysatoren der zweiten Generation von Robert H. Grubbs.[2][3]

NHC als Ligand in bei einem Metathese-Katalysator der 2. Generation

Eine weitere wichtige Eigenschaft ist die Befähigung der NHC zur Ausbildung von Charge-Transfer-Komplexen.

Literatur[Bearbeiten]

  • N-heterocyclische Carbene. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 29. April 2014.
  • Hahn, F. Ekkehardt. and Jahnke, Mareike C. (2008), Heterocyclische Carbene – Synthese und Koordinationschemie. Angew. Chem., 120: 3166–3216. doi: 10.1002/ange.200703883
  • Silvia Díez-González, Nicolas Marion and Steven P. Nolan Chem. Rev., 2009, 109 (8), pp 3612–3676
  • Dröge, T. and Glorius, F. (2010), Das Maß aller Ringe – N-heterocyclische Carbene. Angew. Chem., 122: 7094–7107. doi: 10.1002/ange.201001865
  • Dieter Enders, Oliver Niemeier, Alexander Henseler Chemical Reviews 2007 107 (12), 5606-5655

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Volker P. W. Böhm, Wolfgang A. Herrmann: The Wanzlick Equilibrium. In: Angewandte Chemie. 2000, 39, S. 4036-4038, doi:10.1002/1521-3773(20001117)39:22<4036::AID-ANIE4036>3.0.CO;2-L.
  2. Grubbs R.H.: Handbook of Metathesis. Wiley-VCH, Germany, 2003.
  3. Grubbs R.H., Trnka T.M.: Ruthenium-Catalyzed Olefin Metathesis. in Ruthenium in Organic Synthesis (S.-I. Murahashi, Ed.), Wiley-VCH, Germany, 2004. doi:10.1002/3527603832.ch6