背景介绍
氮杂环卡宾是一类具有强σ-供电子能力和立体电子效应可调控的有机配体。1991年，Arduengo等人成功分离出稳定的游离NHC配体。1995年，Herrmann等人报道了首例NHC−钯金属配合物，其将其成功应用于交叉偶联反应中，充分体现了NHC配体在催化领域的巨大潜力。近三十年来，NHC配体及其金属配合物的研究发展迅速。化学家们利用NHC配体作为配体替代传统膦配体，开发出具有高稳定性的过渡金属催化剂，实现了各种化学转化。在此基础上，化学家们进一步深入探索，利用NHC配体独特的性质实现具有挑战性的化学反应。
文章亮点
1. IPrBIDEA-Pd是一种咪唑型氮杂环卡宾钯配合物，具有新颖的蝶烯结构，其咪唑环上似蝴蝶翅膀的芳环在催化过程中发挥着关键作用。
2. 该设计能有效阻碍芳胺环绕碳−氮键的翻转，抑制β−氢消除反应及催化剂失活现象，从而显著提升催化剂的周转数、催化活性和反应选择性。
3. 本文重点围绕IPrBIDEA-Pd的设计、合成及其在有机合成中的应用进行了深入探讨，期望能够进一步开发其在合成化学、催化科学以及功能新材料构建等学科领域的潜在应用价值。
内容介绍
1 IPrBIDEA-Pd配合物的制备方法及结构表征
IPrBIDEA-Pd 配合物的合成方法如图6所示[16,17]。首先，蒽与碳酸亚乙烯酯经Diels−Alder反应生成桥环化合物A。随后，化合物A发生水解反应转化为二醇化合物B。接着，化合物B经Swern氧化反应生成邻二羰基化合物C。在对甲苯磺酸的催化下，化合物C与2,6-二异丙基苯胺发生缩合反应，得到席夫碱D。化合物D与氯甲基乙基醚发生环合反应，生成IPrBIDEA盐酸盐E。最后，在碱性条件下，IPrBIDEA-Pd盐酸盐与PdCl2和3-氯吡啶配位，即可得到IPrBIDEA-Pd配合物F。该配合物为淡黄色固体，在室温空气中可以稳定存在，CAS号为2419881-02-8。
2 IPrBIDEA-Pd配合物应用于偕二氟环丙烷的开环转化
偕二氟环丙烷（gem-Difluorocyclopropanes）是一类重要的含氟环状有机化合物，其分子结构中含有1个环丙烷基团，且在同一碳原子上的2个氢原子被氟原子取代。近年来，关于偕二氟环丙烷的开环转化反应研究已取得显著进展，涵盖了过渡金属催化的交叉偶联反应、光催化开环反应以及电催化开环反应等多种类型[18,19]。然而，选择性还原偕二氟环丙烷以生成动力学产物—末端单氟烯烃的研究仍处于空白[20]。
2024年，中国人民大学吕雷阳/李志平课题组在这一领域取得了突破性进展[21]。他们首次报道了基于IPrBIDEA-Pd配合物催化的偕二氟环丙烷区域选择性开环脱氟氢化反应（图10）。该催化体系选用3,3-二甲基烯丙基硼酸酯作为新型负氢供体，能够在温和的条件下高效地生成末端氟代烯烃。该反应对偕二氟环丙烷底物展现出广泛的适用性和良好的官能团兼容性。一系列芳环取代的偕二氟环丙烷，包括邻位、间位、对位甲基取代，以及对位叔丁基、苯基、甲氧基、苄氧基、N,N-二苯基、对甲苯磺酰基、N-乙酰基等取代类型的底物，均能顺利参与反应，以中等到良好的收率得到相应的末端氟代烯烃产物。吲哚、二茂铁、咔唑等衍生的偕二氟环丙烷也可顺利转化。此外，二乙酰葡萄糖、二氢胆固醇、α-生育酚等生物活性分子，也可通过该反应引入末端氟代烯基团，从而为药物分子的功能化开辟了新的路径。
3 IPrBIDEA-Pd配合物应用于Suzuki-Miyaura反应
钯催化的有机硼化合物与有机（拟）卤化物的偶联反应称为Suzuki-Miyaura（铃木-宫浦）反应。其反应条件温和、收率高，底物普适性广且官能团耐受性强，广泛应用于多取代烯烃、苯乙烯及联苯类衍生物的合成[26]。自发现以来，该反应便吸引了众多合成化学家的密切关注[27]。然而，历经40多年的发展，该反应仍存在一些问题，例如反应中杂芳基氯的反应活性偏低，碱性条件下杂芳基硼酸易发生脱硼质子化反应等[28]。
2023年，广东药科大学刘丰收课题组采用IPrBIDEA-Pd配合物作为催化剂，成功实现了杂芳基硼酸与杂芳基氯化物的偶联反应（图16）[29]。作者对不同杂芳基硼酸与杂芳基氯化物之间的Suzuki–Miyaura反应进行了深入探索，发现无论是缺电子还是富电子的杂芳基硼酸，都能在80℃的温度下，仅用0.5 h就以中等至优秀的收率得到目标产物。而此前报道的醚−咪唑型卡宾−钯配合物[30] 催化杂芳基的Suzuki-Miyaura 反应，却需要长达18 h。究其原因，主要是 IPrBIDEA-Pd 配合物独特的“蝴蝶效应”能够有效抑制 CAr-N 键的旋转，从而促进活性零价钯物种的快速释放。除此之外，该配合物的强σ-供电子能力也有助于促进惰性杂芳基氯的氧化加成反应。
4 结论与展望
本文通过几个实例对IPrBIDEA-Pd配合物在合成化学中的应用进行了探讨，涵盖了偕二氟环丙烷的开环还原反应及偶联反应，2-氟代烯丙基碳酸酯与烯丙基硼酸酯的交叉偶联反应，杂芳基氯参与的Suzuki-Miyaura反应以及杂芳基二氯参与的Suzuki-Miyaura缩聚反应。与传统氮杂环卡宾金属配合物相比，IPrBIDEA-Pd配合物在咪唑环母体上引入形似蝴蝶翅膀的芳环，使其在催化过程中表现出优异的性能，可有效提升催化剂的稳定性、周转数、催化活性以及反应的选择性。此外，IPrBIDEA-Pd配合物的强σ-供电子特性使其在惰性化学键活化方面更加高效。近年来，NHC在不对称催化、非均相催化、催化剂表面改性及光催化等领域的应用日益增长。基于此，我们期待进一步挖掘IPrBIDEA配体及其衍生物和金属配合物在合成化学、催化科学以及功能新材料构建等学科领域的潜在应用价值，或将推动相关研究方向迈向新高度。
