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有机镍化学

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有机镍化学是一门研究含有-化学键的化合物(有机镍化合物)的理化性质、合成与反应的学科,是有机金属化学的分支[1][2]四羰基镍是第一个被人类合成的有机镍化合物,被化学家路德维希·蒙德在1890年首度合成。它立刻被用于蒙德法来提炼镍金属。随后有机镍化合物用于不同过渡金属催化反应催化剂

organonickel
organonickel

分类与合成

在镍化合物中,镍的氧化数多为0或者+2。有很多镍的烷基或芳基配合物的化学式都是NiR(X)L2。而NiR2类的镍配合物有时只有12个价电子,而他们会透过溶剂化来增加自己的价电子数,稳定自己。

而镍的烯烃配合物较为常见。例如具备两个环辛二烯配体双(1,5-环辛二烯)镍,它是一个18电子的配合物,其中有去10个电子由镍提供,而剩余的4×2个电子有配体的双键提供。它对空气极为敏感[3],可溶于有机溶剂[4][5]。镍的烯烃配合物有较多实际的用途,例如可以用于壳牌高级烯烃过程英语Shell Higher Olefin Process[6]等烯烃的聚合反应中。

烯丙基型卤代烃可以与四羰基镍反应生成(烯丙基)2Ni2Cl 2[7]。它是一种π-烯丙基配合物,镍的氧化数为+2,是烯丙基亲核试剂的来源。

镍亦可以跟卡宾生成配合物,其中包含碳-镍双键: [8]

Nickel carbenes

是一个常用的试剂[9]

反应

烯烃或炔烃的低聚

镍化合物可以催化烯烃或炔烃的低聚。例如在氰化镍的存在下,乙炔四聚成环辛四烯[10]

Reppe's synthesis of cyclooctatetraene

溴化镍、锌可以成为 [2+2+2]环加成反应的催化剂,反应涉及到苯炔[11]可以把二价镍还原成零价镍。

Alkyne trimerization involving an aryne

在这些实验中,镍配合物的存在可能不太明显,但如果细心地设计实验,镍配合物中间体便可以定量生成[12][13]

Reaction of N-(benzenesulfonyl)benzaldimine with two equivalents of diphenylacetylene

偶联反应

镍配合物可以催化烯丙基或芳基卤代烃的偶联反应

Coupling of 3-Chloro-2-methyl-1-propene to 2,5-dimethyl-1,6-hexadiene

而催化量的镍化合物亦可用于熊田偶联反应[14],机理跟其他很多金属催化的反应一样,经历氧化加成转金属化顺反异构化还原消去几部分:

Kumada偶联反应机理
Kumada偶联反应机理

镍化合物亦可用于根岸偶联反应,其中有机锌试剂卤代烃在镍配合物的催化下发生偶联,生成一个新的C-C键[15][16]

羰基化

镍催化烯烃和炔烃的羰基化反应丙烯酸的工业合成曾经用到溴化镍卤化铜作为催化剂:

Nickel catalyzed carbonylation of acetylene to acrylic acid

参见

参考资料

  1. ^ F.A. Carey R.J. Sundberg Advanced Organic Chemistry 2nd Ed. ISBN 0-306-41199-7
  2. ^ Comprehensive organometallic chemistry III Robert Crabtree, Mike Mingos 2006 ISBN 0-08-044590-X
  3. ^ Wilke, G. Contributions to Organo-Nickel Chemistry. Angewandte Chemie International Edition. 1988, 27 (1): 185–206. doi:10.1002/anie.198801851. 
  4. ^ Schunn, R. A.; Ittel, S. D.; Cushing, M. A. Bis(1,5-Cyclooctadiene)Nickel(0) 28. 1990: 94–98. ISBN 978-0-470-13259-3. doi:10.1002/9780470132593.ch25.  |journal=被忽略 (帮助)
  5. ^ Wender, Paul A.; Smith, Thomas E.; Duong, Hung A.; Louie, Janis; Standley, Eric A.; Tasker, Sarah Z. Bis(1,5-cyclooctadiene)nickel(0). Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis (American Cancer Society). 2015: 1–15. doi:10.1002/047084289x.rb118.pub3 (英语). 
  6. ^ Olivier-Bourbigou, H.; Breuil, P. A. R.; Magna, L.; Michel, T.; Espada Pastor, M. Fernandez; Delcroix, D. Nickel Catalyzed Olefin Oligomerization and Dimerization. Chemical Reviews. 2020, 120 (15): 7919–7983. PMID 32786672. doi:10.1021/acs.chemrev.0c00076. 
  7. ^ Martin F. Semmelhack and Paul M. Helquist (1988). "Reaction of Aryl Halides with π-Allylnickel Halides: Methallylbenzene". Org. Synth. 52: 115; Coll. Vol. 6: 161. 
  8. ^ Danopoulos, Andreas A.; Simler, Thomas; Braunstein, Pierre. N-Heterocyclic Carbene Complexes of Copper, Nickel, and Cobalt. Chemical Reviews. 2019, 119 (6): 3730–3961. PMID 30843688. doi:10.1021/acs.chemrev.8b00505. 
  9. ^ Göttker-Schnetmann, Inigo; Mecking, Stefan. A Practical Synthesis of [(tmeda)Ni(CH3)2], Isotopically Labeled [(tmeda)Ni(13CH3)2], and Neutral Chelated-Nickel Methyl Complexes. Organometallics. 2020, 39 (18): 3433–3440. doi:10.1021/acs.organomet.0c00500. 
  10. ^ Reppe, Walter; Schlichting, Otto; Klager, Karl; Toepel, Tim. Cyclisierende Polymerisation von Acetylen. I. Über Cyclooctatetraen [Ring-forming polymerization of acetylene. I. Cyclooctatetraene]. Justus Liebigs Annalen der Chemie. 1948, 560 (1): 1–92. doi:10.1002/jlac.19485600102. 
  11. ^ Jen-Chieh Hsieh and Chien-Hong Cheng. Nickel-catalyzed cocyclotrimerization of arynes with diynes; a novel method for synthesis of naphthalene derivatives. Chemical Communications. 2005, 2005 (19): 2459–2461. PMID 15886770. doi:10.1039/b415691a. 
  12. ^ Formation of an Aza-nickelacycle by Reaction of an Imine and an Alkyne with Nickel(0): Oxidative Cyclization, Insertion, and Reductive Elimination Sensuke Ogoshi Haruo Ikeda, and Hideo Kurosawa Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 4930 –4932 doi: 10.1002/anie.200700688
  13. ^ Reaction of the imine N-(benzenesulfonyl)benzaldimine with two equivalents of diphenylacetylene with NiCOD2 and tricyclohexylphosphine first to nickelapyrroline and with a second insertion a nickeldihydroazepine and finally on heating a dihydropyridine
  14. ^ Kohei Tamao, Koji Sumitani, Makoto Kumada. Selective carbon-carbon bond formation by cross-coupling of Grignard reagents with organic halides. Catalysis by nickel-phosphine complexes. J. Am. Chem. Soc. 1972, 94 (12): 4374–4376. doi:10.1021/ja00767a075. 
  15. ^ Anthony O. King, Nobuhisa Okukado and Ei-ichi Negishi. Highly general stereo-, regio-, and chemo-selective synthesis of terminal and internal conjugated enynes by the Pd-catalysed reaction of alkynylzinc reagents with alkenyl halides. Journal of the Chemical Society Chemical Communications. 1977: 683. doi:10.1039/C39770000683. 
  16. ^ Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis Laszlo Kurti, Barbara Czako Academic Press (March 4, 2005) ISBN 0-12-429785-4