本研究由Gregorio Guisado-Barrios、Jean Bouffard、Bruno Donnadieu和Guy Bertrand*（通讯作者）团队完成，研究机构为美国加州大学河滨分校（University of California, Riverside）化学系UCR-CNRS联合化学实验室（UMI 2957）。研究成果以标题《Crystalline 1H-1,2,3-Triazol-5-ylidenes: New Stable Mesoionic Carbenes (MICs)》发表于《Angewandte Chemie International Edition》2010年第49卷第28期（DOI: 10.1002/anie.201001864）。
学术背景
该研究属于有机化学与配位化学交叉领域，聚焦于稳定卡宾（carbene）配体的开发。传统中性碳基配体（如CO、异氰化物）在催化应用中存在配位能力弱、需过量使用等问题，而氮杂环卡宾（NHCs）虽能形成强金属-碳键，但其稳定性受限于Wanzlick平衡导致的二聚化倾向。2001年后，研究者陆续发现非常规卡宾（如咪唑-5-亚基iii、吡唑-4-亚基iv）具有更高的给电子能力和抗二聚特性，但这类介离子卡宾（Mesoionic Carbenes, MICs）的合成与分离仍具挑战。本研究旨在开发新型稳定的1,2,3-三唑-5-亚基（v）类MICs，并验证其作为配体的潜力。
研究流程
1. 前体设计与合成
- 目标分子：设计含2,6-二异丙基苯基（Dipp）位阻基团的1,2,3-三唑鎓盐（2a,b）作为卡宾前体。
- 合成路线：
- 步骤1：通过铜催化叠氮-炔环加成（CuAAC，”点击化学”）反应，以2,6-二异丙基苯基叠氮与苯乙炔为原料，合成1,2,3-三唑（1），收率83%。
- 步骤2：三唑1与甲基/异丙基三氟甲磺酸酯烷基化，生成三唑鎓盐2a（甲基）和2b（异丙基），收率中等至优异。
2. 卡宾的生成与表征
- 去质子化：选用钾碱（KHMDS或KOtBu）在醚类溶剂中处理2a,b，避免锂碱导致的卡宾-金属加合物问题，成功获得游离MICs va（55%收率）和vb（39%收率）。
- 表征技术：
- 核磁共振：¹H NMR中三唑鎓CH信号消失（2a: δ=8.62 ppm; 2b: δ=8.85 ppm），¹³C NMR出现卡宾碳特征峰（va: δ=202.1 ppm; vb: δ=198.3 ppm）。
- X射线衍射：va晶体结构显示平面杂环及C5键角缩小（从106°降至100°），证实s孤对电子特性。
3. 稳定性与反应性测试
- 热稳定性：va固态-30°C可存数日，室温数小时；vb更稳定（室温3天不分解）。
- 降解机制：va在苯溶液中50°C加热12小时生成三唑3，推测为卡宾孤对电子亲核攻击甲基导致重排（类似iii→i转化）。vb因异丙基位阻效应更稳定。
4. 给电子能力评估
- 金属配合物合成：va与[{Ir(COD)Cl}₂]反应后通CO，制得[(va)Ir(CO)₂Cl]，其CO伸缩振动频率（νₐᵥ₉=2019 cm⁻¹）表明va给电子能力优于经典NHCs（i/ii: 2022-2031 cm⁻¹），但弱于其他MICs（iii/iv: 2002-2006 cm⁻¹）。
主要结果
- 结构验证：X射线衍射确认va的平面结构与键长离域化特征，C5键角变化支持卡宾特性。
- 稳定性突破：vb成为首例室温稳定的游离1,2,3-三唑-5-亚基，其抗二聚性源于介离子特性。
- 电子效应：配合物光谱数据证明MICs v的给电子能力介于经典NHCs与其他MICs之间，为配体设计提供新选择。
结论与价值
- 科学意义：
- 拓展了稳定卡宾的家族，提出”介离子卡宾（MICs）”的命名体系。
- 通过实验与理论计算（B3LYP/6-311G(d,p)）证实三唑-5-亚基的动力学稳定性（单重态-三重态能隙56 kcal/mol）。
- 应用前景：
- 模块化合成路线（点击化学+烷基化）可衍生多种MICs。
- 强给电子性及温和制备条件（如烷氧基碱）使其适用于有机催化与金属配位化学。
研究亮点
- 创新性方法：利用位阻效应与介离子特性协同抑制卡宾二聚化，实现游离态分离。
- 跨学科技术：结合点击化学、X射线晶体学与过渡金属配位化学，系统性表征MICs性质。
- 理论指导实践：通过计算预测卡宾稳定性（如能隙），再经实验验证设计合理性。
其他发现
- 降解路径分析：提出va的分子间亲核攻击机制，为后续稳定性优化提供依据（如N3位取代基电负性调控）。
- 配体多样性：研究表明其他杂环骨架（如吡唑、咪唑）衍生的MICs具有可开发潜力，团队已开展后续研究。
该工作为碳基配体库增添了重要成员，其”稳定化设计策略”对开发新型催化体系具有普遍参考价值。