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 | Quelltext 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 | Quelltext 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 | Quelltext bearbeiten]

Manche NHCs dimerisieren zu Tetraaminoethylen-Derivaten. 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 | Quelltext 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-Katalysator 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 | Quelltext bearbeiten]

  • Eintrag zu N-heterocyclische Carbene. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 29. April 2014.
  • Matthew N. Hopkinson, Christian Richter, Michael Schedler, Frank Glorius: An Overview of N-Heterocyclic Carbenes. In Nature 510, 2014, S. 485–496, doi:10.1038/nature13384
  • F. Ekkehardt Hahn, Mareike C. Jahnke: Heterocyclische Carbene – Synthese und Koordinationschemie. In: Angew. Chem. 120, 2008, S. 3166–3216, doi:10.1002/ange.200703883.
  • Silvia Díez-González, Nicolas Marion, Steven P. Nolan: Chem. Rev. 109, Nr. 8, 2009, S. 3612–3676.
  • T. Dröge, F. Glorius: Das Maß aller Ringe – N-heterocyclische Carbene. In: Angew. Chem. 122, 2010, S. 7094–7107, doi:10.1002/ange.201001865.
  • Dieter Enders, Oliver Niemeier, Alexander Henseler: Chemical Reviews. 107, Nr. 12, 2007, S. 5606–5655.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext 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. R. H. Grubbs: Handbook of Metathesis. Wiley-VCH, 2003.
  3. R. H. Grubbs, Trnka T.M.: Ruthenium-Catalyzed Olefin Metathesis. In: Ruthenium in Organic Synthesis (S.-I. Murahashi, Ed.), Wiley-VCH, 2004. doi:10.1002/3527603832.ch6.