Synthesis and Reactivity of N-heterocyclic Gold (I) Complexes

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning
Metallorganisk kemi är en gren av kemin som fokuserar på att utveckla nya reaktioner med hjälp av övergångsmetaller som t.ex. järn, kobolt och guld. Genom att använda övergångsmetaller i kemi är det möjligt att bilda nya reaktioner som man med konventionell organisk kemi inte kan få tillgång till. Dessutom är selektivitet, avfallsminskning, minimering av biprodukter, förkortad reaktionstid eller en sänkning av reaktionstemperaturen några exempel på viktiga egenskaper som övergångsmetallkatalyserade reaktioner kan erbjuda. Lägre temperatur innebär att mindre energi förbrukas vilket är av stor betydelse för industrin, vilket i sin tur naturligtvis påverkar vår miljö. Sammanfattningsvis kan metallorganisk kemi användas för att förbättra livet för människan.

Metallorganisk kemi har också många tillämpningar, t.ex. vid bildning av polymerer som plaster. I princip varje plast som används idag är tillverkad ur reaktioner som skapar kol-kol-enkelbindningar, och detta i processer som använder övergångsmetaller. Andra användningsområden är i produktionen av jordbrukskemikalier, så att vi kan odla grödor i den omfattning som behövs för att föda den växande globala befolkningen. En relativt ny applikation är organiska lysdioder (oLED), som nu är i användning i moderna mobiltelefoner och som gör skärmen flexibel. Inom kort skulle detta möjligen kunna användas som ett material för att bakgrundsbelysa ett helt rum genom att tapetsera med oLEDs.

Guld är ett exempel på en övergångsmetall och den betecknas Au (lat. aurum). Elementärt guld finns överallt i vårt dagliga liv, t.ex. i smycken. Denna form av guld har ett lågt oxidationstillstånd ,Au(0), och byter inte gärna elektroner. Elementärt guld visar sålunda en låg reaktivitet och är svår att använda i den kemi som är beskriven ovan. Istället kan de två andra oxidationstillstånden hos guld, nämligen guld (I) och guld (III) nyttjas. Dessa former är mer reaktiva. I mitt arbete har jag skapat guld (I) komplex för att studera reaktiviteten och få en grundläggande kunskap kring deras kemi. Det är viktigt att på djupet studera och förstå denna grundläggande kemi om vi vill kunna bygga nya applikationer som de ovan nämnda. Anledningen att använda guld i kemi snarare än t.ex. platina eller rodium, som traditionellt används, är att guld är förvånansvärt billigt i jämförelse med rodium och platina samtidigt som det finns gott om guldreserver på jorden.

Abstract

Several N-heterocyclic gold (I) complexes were synthesized featuring both the bis-(2,4,6-trimethylphenyl)imidazolium carbene (IMes) ligand and the bis-(1,3-diisopropylphenyl)imidazolium carbene(IPr) ligand. Complexes of the form LAuCl, LAuOtBu, and LAuPh (L = IMes, IPr) were synthesized and characterized using 1H-NMR. Two updated crystal structures of IMesAuPh and
chloro(dimethylsulfide)gold(I) were established. The reaction between IMesAuPh and iodobenzene in deuterated benzene at 90°C and 110°C, using an internal standard (cyclooctane) was studied in detail. According to Johnson1 et al, the reaction was novel of its kind by showing a complete new reactivity involving Au(I) species. The primary objective was to study the kinetics of this novel reaction. Surprisingly, additional investigation unfolded data which supported the likelihood of Au(0) catalysis where the NHC Au(I) species would serve as an intermediate in CC coupling. Observation of a purple coating on the Young tubes together with a very late formation of biphenyl supported Au(0) catalysis. At slightly lower reaction temperature (90°C), no observable amount of crosscoupling product could be observed, even after vastly prolonged reaction times. Additional control experiments using both a catalytic and stoichiometric additive of a palladium pincer complex (PCP-PdCl) yielded similar reactivity pattern as earlier reported, thus rendering biphenyl as in the gold(I)-only case accompanied by the simultaneous forming IMesAuI. Copper impurities is likely not affecting catalysis as different intermediates are observed compared to when Pd or non Pd experiments are run. Clearly, palladium sources may be a
contributing factor in the formation of cross-coupling product. This new data identifies the pivotal need to run further control experiments, to exclude any involvement of palladium responsible for catalysis and not Au(0) by as well study the effect of any in situ Au(0) formation.

• author: Ehnbom, Lars Erik Andreas
• supervisor: André Fleckhaus
• organization: Department of Chemistry
• course: KEMR12 20131
• year: 2013
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Chemistry
• keywords: Oorganisk kemi, inorganic chemistry
• language: English
• id: 4114224
• date added to LUP: 2013-10-30 10:59:57
• date last changed: 2013-10-30 10:59:57