Characterization of the Key Intermediates of Carbene‐Catalyzed Umpolung by NMR Spectroscopy and X‐Ray Diffraction: Breslow Intermediates, Homoenolates, and Azolium Enolates

Abstract

Caught in the act: Diamino enols, diamino dienols, azolium enolates, and azolium enols are postulated intermediates of the N-heterocyclic carbene catalyzed umpolung of aldehydes and enals. Several of these elusive reaction intermediates were generated with the saturated imidazolidin-2-ylidene SIPr (R=2,6-bis(2-propyl)phenyl) and characterized by NMR spectroscopy and X-ray crystallography.

Breslow‐Intermediate aromatischer N‐heterocyclischer Carbene (Benzimidazolin‐2‐ylidene, Thiazolin‐2‐ylidene)

“…[5] Bereits 1958 postuliert, konnten Diaminoenole erstmals 2012 von unserer Gruppe aus Aldehyden und Carbenen erfolgreich generiert und mittels In-situ-NMR-Spektroskopie charakterisiert werden. [6][7][8] Ausf r üheren Versuchen zur Isolierung von Intermediaten resultierte die Charakterisierung von C2-Hydroxymethylazoliumsalzen durch Te les et al, [9] von Hydroxybenzylazoliumsalzen durch Smith et al, [10] ebenso die der Ketoform des Breslow-Intermediates und eines Spirodioxolans (d. h. eines 1:2C arbene-Aldehyd-Addukts) durch unsere Gruppe. [11] Aza-Analoga des Breslow-Intermediats wurden durch Rovis et al [12] charakterisiert, Omethylierte Aminoenole durch Mayr et al [13] und durch uns.…”

“…[6] Mit unserer Methode zur Generierung von 2,2-Diaminoeno-len gelang sowohl ihre Charakterisierung in Lçsung und die Untersuchung ihrer Reaktivitätm ittels NMR-Spektroskopie, [6] wie auch die Charakterisierung der kristallinen Verbindungen durch Rçntgenstrukturanalyse. [7] Vora llem konnten wir zeigen, dass 2,2-Diaminoenole I (Schema 1) tatsächlich wie postuliert als Acylanionen-¾quivalente reagieren kçnnen. [6,8] Unsere Herstellung von Breslow-Intermediaten und unsere Studien zu ihrer Reaktivitätb asierten bisher auf gesättigten Imidazolidin-2-ylidenen, die Dispersionsenergie-Donor-Substituenten (DEDs) an den N-Atomen des Heterocyclus aufweisen.…”

“…Unser nächstes Ziel war daher die Generierung und Cha-rakterisierung von Breslow-Intermediaten, die auf ungesättigten, aromatischen NHCs basieren. [6,7] Es gelang uns,d as Diaminoenol 3bd-Dipp durch Umsetzung des Benzimidazolin-2-ylidens 1b-Dipp mit 2,4-Bis(trifluoromethyl)benzaldehyd (2d)i nk ristalliner Form zu erhalten. Sowohl das N,N'-Bis-Mes-als auch das N,N'-Bis-Dipp-Benzimidazoliumkation (1b-Mes-H + und 1b-Dipp-H + ; Schema 3) wurden nach einer Vorschrift von Berke et al hergestellt.…”

“…[19] Unsere frühere computerchemische Analyse der Keto-Enol-Gleichgewichte von Breslow-Intermediaten diverser NHC-Aldehyd-Kombinationen hatte gezeigt, dass die Bildung des Ketons/Enols fürThiazolin-2-ylidene stark exergon ist. Die 13 C-Resonanzen des Enols 3ae-Dipp stimmen gut mit denen anderer SIPr (1a-Dipp)-abgeleiteter Diaminoenole überein, [7] ebenso mit denen, die fürdas Thiazolin-2yliden-abgeleitete Breslow-Intermediat 3de bestimmt wurden (Abbildung 2u nd Schema 7). 5kcal mol À1 bevorzugt.…”

Radical [1,3] Rearrangements of Breslow Intermediates

“…3 In pyruvate decarboxylation, for example, addition of the TDP carbene to pyruvate is followed by extrusion of CO 2 to provide unstable enaminol 2 . This and related heterocyclic enaminols have collectively been called “Breslow intermediates.” 4 Only recently have such compounds been rigorously characterized, 5,6 and new chemistry continues to be revealed. 7 …”