持続性カルベン

持続性カルベン（安定カルベンとも呼ばれる）は、自然共鳴構造に不完全なオクテットの炭素原子（カルベン）を持つ有機分子であるが、そのような部分に通常関連する大きな不安定性は示さない。最もよく知られた例であり、圧倒的に最大のサブグループは、窒素原子が形式カルベンの両側にあるN複素環式カルベン（NHC）^[1]（アルドゥエンゴカルベンと呼ばれることもある）である。

現代の理論的分析によると、「持続性カルベン」という用語は実際には誤った名称です。持続性カルベンは、実際には基底状態でカルベンの電子構造を持っておらず、芳香族共鳴または立体遮蔽によって安定化されたイリドです。カルベン構造への励起は、一部の持続性カルベンが数日間にわたって受けるカルベンのような二量化を説明します。

一般的な持続性カルベン、特にアルドゥエンゴカルベンは、有機金属化学でよく使われる配位子です。

1957年、ロナルド・ブレスローは、比較的安定した求核性カルベン、ビタミンB1 _（チアミン）のチアゾール-2-イリデン誘導体が、フルフラールからフロインを生成するベンゾイン縮合に関与する触媒であると提唱した。^{[2] [3]}このサイクルでは、ビタミンのチアゾリウム環が、環の炭素2に結合した水素原子をフルフラール残基と交換する。重水素化された水中では、C2-プロトンが統計的平衡で重陽子と急速に交換されることがわかった。^[4]

この交換はチアゾール-2-イリデンの仲介を介して進行すると提案された。2012年に、いわゆるブレスロー中間体の単離が報告された。^{[5] [6]}

1960年、ハンス・ヴェルナー・ヴァンツリックと同僚らは、ジヒドロイミダゾール-2-イリデン由来のカルベンは、対応する2-トリクロロメチルジヒドロイミダゾール化合物の真空熱分解によりクロロホルムが失われて生成されると推測した。^{[7] [8] [9]}彼らは、カルベンがその二量体であるテトラアミノエチレン誘導体と平衡状態（いわゆるヴァンツリック平衡）で存在すると推測した。この推測は、1964年にレマルと同僚らによって異議を唱えられ、二量体は解離しないという証拠が提示された。^[10]また、1965年にはウィンバーグによっても異議が唱えられた。 ^[11]しかし、その後のデンク、ヘルマンらによる実験により、特定の状況下ではあるものの、この平衡が確認された。^{[12] [13]}

1970年、ヴァンツリックらはイミダゾリウム塩の脱プロトン化によりイミダゾール-2-イリデンカルベンを生成した。^[14]ヴァンツリックとロアルド・ホフマン^{[9] [15]}は、これらのイミダゾール系カルベンはヒュッケル型芳香族性のため、4,5-ジヒドロ類似体よりも安定であるはずだと提唱した。しかし、ヴァンツリックはイミダゾール-2-イリデンを単離せず、代わりに水銀とイソチオシアネートとの配位化合物を単離した。

1988年、ギ・ベルトランらはホスフィノカルベンを単離した。これらの種はλ3-^ホスフィノカルベンまたはλ5-^ホスファアセチレンとして表される：^{[16] [17]}

これらの化合物は、リン原子とシリコン原子の電子親和力の対照性から「プッシュプルカルベン」と呼ばれていました。カルベン反応性とアルキン反応性の両方を示します。この分子の X 線構造は得られておらず、発表時点では、その正確なカルベン性については疑問が残っていました。

1991年、アルドゥエンゴと同僚はイミダゾリウムカチオンの脱プロトン化によりジアミノカルベンを結晶化した。 ^[18]

このカルベンは、イミダゾール-2-イリデン核を持つカルベンの大きなファミリーの先駆けであり、酸素と水分がなければ室温で無期限に安定している。240～241℃で分解することなく融解する。13C ^NMRスペクトルでは、カルベン原子の211 ppmに信号が見られる。^[19] X線構造では、カルベンの環のN-C結合長が親イミダゾリウム化合物よりも長いことが明らかになり、これらの結合には二重結合特性がほとんどないことが示された。 ^[20]

最初の空気中で安定なイリジカルベン、イミダゾール-2-イリデンファミリーの塩素化メンバーは1997年に得られました。^[21]

2000年に、ベルトランは、-30℃の溶液中で安定な(ホスファニル)(トリフルオロメチル)カルベン^[22]や、カルベン原子に隣接するヘテロ原子が1つだけの中程度に安定した(アミノ)(アリール)カルベンなど、ホスファニル型のさらなるカルベンを得た。^{[23] [24]}

現代の理解では、（準）安定カルベンの表面的に占有されていないp軌道は、実際には完全に空ではありません。代わりに、カルベンのルイス構造は、隣接する孤立電子対またはπ結合軌道への配位結合と共鳴しています。 ^[25]

初期の研究者は、アルドゥエンゴカルベンの安定性は、カルベンの二量化を防ぐかさ高いN-アダマンチル置換基によるものだと考えていた。しかし、N-アダマンチル基をメチル基に置き換えると、熱力学的に安定な障害のないNHCである1,3,4,5-テトラメチルイミダゾール-2-イリデン（Me ₄ ImC:）も得られる。^[26]

1995年、アルドゥエンゴらの研究グループはジヒドロイミダゾール-2-イリデンのカルベン誘導体を得て、安定性は共役イミダゾール骨格の芳香族性から生じるものではないことを証明した。^[27] 翌年、最初の非環式持続性カルベンは、安定性には環状骨格さえ必要ないことを実証した。^{[28]水素化[29] [30]}および非環式^{[30] [31] [32]}カルベンの非障害誘導体は二量体化し、Me ₄ ImC: は典型的なものではなく例外的なものである可能性を示唆した。しかし、非環式カルベンの挙動は、安定化メカニズムへの興味深い手がかりを提供した。^[要出典]

環状誘導体とは異なり、非環状カルベンは柔軟で、カルベン原子への結合は回転する。しかし、化合物中の結合回転は妨げられているようで、これは、オクテット則を維持しながら隣接する窒素原子に正電荷を配置する二重結合特性を示唆している。^[28]実際、ほとんどの持続性カルベンは、2つの隣接する窒素中心によって安定化されている。例外としては、他のヘテロ原子を使用するアミノチオカルベンとアミノオキシカルベン、^{[33] [34] 、および室温で安定なビス（ジイソプロピルアミノ）シクロプロペニリデンがあり、カルベン原子は3員環芳香族}シクロプロペニリデン環の2つの炭素原子に結合している。^[35]

以下は、これまでに単離された安定したカルベンのクラスの例です。

最初に単離された安定なカルベンはイミダゾール環に基づいており、環の炭素 2 (2 つの窒素原子の間) の水素が除去され、他の水素がさまざまな基に置き換えられています。これらのイミダゾール-2-イリデンは、現在でも最も安定しており、最もよく研​​究され、理解されている持続性カルベンのファミリーです。^{[引用が必要]}

イミダゾール-2-イリデンは、1,3位がアルキル、アリール、^[26]アルキルオキシ、アルキルアミノ、アルキルホスフィノ^[36]、さらにはキラル置換基で官能化されたものも含め、かなりの範囲で合成されている。^[36]

特に、環位置4と5の2つの水素を2つの塩素原子で置換することで、最初の空気安定カルベンが得られた。^{[21]そのさらなる安定性は、}塩素置換基の電子吸引効果によるものと考えられ、シグマ骨格を介した 誘導により、孤立電子対を持つ炭素原子上の電子密度を低下させる。

2つ、さらには3つのイミダゾール-2-イリデン基を含む分子も合成されている。^{[37] [38]}

イミダゾール系カルベンは熱力学的に安定しており、一般的にカルベン炭素の¹³ C NMR化学シフト値は210～230 ppmである。通常、これらの分子のX線構造は、N-C-N結合角が101～102°であることを示している。^[要出典]

トリアゾール-5-イリデン中の3つの窒素原子の配置に応じて、1,2,3-トリアゾール-5-イリデンと1,2,4-トリアゾール-5-イリデンの2つの異性体が存在します。

1,2,4-トリアゾール環に基づくトリアゾール-5-イリデンは下図の通りで、Endersと同僚ら^[39]が真空熱分解により2-メトキシトリアゾールからメタノールを消失させることで初めて合成した。これらの分子は限られた範囲のみが報告されており、トリフェニル置換分子は市販されている。

トリアゾール系カルベンは熱力学的に安定しており、カルベン炭素の診断用¹³ C NMR 化学シフト値は 210 ～ 220 ppm である。上記のトリフェニル置換カルベンの X 線構造は、約 101° の N–C–N 結合角を示している。このカルベンの 5-メトキシトリアゾール前駆体は、トリアゾリウム塩をメトキシドナトリウムで処理して作られ、求核剤として攻撃する。^[39]これは、イミダゾリウム前駆体が芳香族性の喪失により求核剤と反応しないため、これらのカルベンはイミダゾール-2-イリデンよりも芳香族性が低いことを示している可能性がある。^[要出典]

上記の2つのファミリーは、2つの窒素原子を架橋するカルベン原子を持つ化合物のより広いクラスの特別なケースと見ることができます。このようなジアミノカルベンの範囲は、主にロジャー・アルダーの研究グループによって作成されました。これらの化合物のいくつかでは、N-C-Nユニットは5または6員の非芳香族環のメンバーであり、^{[27] [29] [40]}二環式の例が含まれます。他の例では、隣接する窒素はカルベン原子を介してのみ接続されており、別の環の一部である場合とそうでない場合があります。^{[28] [31] [32]}

芳香族イミダゾール-2-イリデンやトリアゾール-5-イリデンとは異なり、これらのカルベンは、いくつかの妨げのない環状および非環状の例の二量化によって示されるように、熱力学的に安定ではないようです。^{[29] [31]}研究^{[30]は、これらのカルベンが酸触媒二量化（}ワンツリック平衡のように）を介して二量化することを示唆しています。

^{ジアミノカルベンは、カルベン原子の13} C NMR 化学シフト値が 230 ～ 270 ppm の範囲にあることが特徴である。ジヒドロイミダゾール-2-イリデンの X 線構造では、N–C–N 結合角が約 106° であるのに対し、非環式カルベンの角度は 121° であり、どちらもイミダゾール-2-イリデンで見られる角度よりも大きい。

上記の安定なカルベンには、カルベン中心に隣接する窒素原子（α窒素）の1つが酸素、硫黄、リンなどの別のヘテロ原子に置き換えられたいくつかのバリエーションが存在する。^{[16] [17] [33] [34]}

特に、イミダゾールの窒素の1つを硫黄で正式に置換すると、芳香族複素環化合物チアゾールが生成されます。チアゾールベースのカルベン（ブレスローによって提唱されたカルベンに類似）^[41]が調製され、X線結晶構造解析によって特性評価されています。^[33]カルベン中心に隣接（つまりアルファ）するO、S、P原子を持つ他の非芳香族アミノカルベンも調製されており、例えばチオおよびオキシイミニウムベースのカルベンはX線結晶構造解析によって特性評価されています。^[34]

酸素と硫黄は二価であるため、特に N–C–X ユニットが環の一部である場合、カルベン中心の立体的保護は限られている。これらの非環式カルベンは、カルベン炭素の¹³ C NMR 化学シフト値が 250 ～ 300 ppm であり、他のどのタイプの安定カルベンよりも低磁場である。X 線構造では、N–C–X 結合角がそれぞれ約 104° と 109° であることがわかっている。^[要出典]

イミダゾール-2-イリデンから硫黄、酸素、または他のカルコゲンを両方のα-窒素に置換することによって正式に誘導されるカルベンは、アルキン（R 1 C≡CR 2 ）と炭素ジカルコゲニド（X 1 =C=X 2 ）に解離する可能性があるため、不安定で^あると^予想される。^[ 42 ^] [ ^{43 ]}

二硫化炭素（CS2 _）と電子不足のアセチレン誘導体との反応では、一時的な1,3-ジチオリウムカルベン（X1 = X2 = S）が得られ、これが二量化してテトラチアフルベン誘導体が得られると考え^られて^いる。したがって、同様のカルベンではこのプロセスの逆のことが起こっている可能性がある。^{[42] [43]}

ベルトランの持続性カルベンでは、不飽和炭素がリンとケイ素に結合している。^[44]しかし、これらの化合物はアルキン特性を示すようであり、発表された当時、これらの赤い油の正確なカルベン性質は議論の的となっていた。^[17]

1つの安定したN複素環式カルベン^[45]は、1つのホウ素原子がメチレン基に置き換えられたボラジンに類似した構造を持ち、平面状の6電子化合物を形成する。

カルベンのもう一つのファミリーはシクロプロペニリデンコアに基づいており、これはカルベン原子に隣接する2つの原子の間に二重結合を持つ3炭素環である。このファミリーの例としては、ビス（ジイソプロピルアミノ）シクロプロペニリデンが挙げられる。^[35]

持続性カルベンは一重項状態に存在する傾向があり、三重項状態に強制されると二量体化する。しかし、2001年に富岡秀夫らは電子の非局在化を利用して比較的安定した三重項カルベン（ビス（9-アントリル）カルベン）を生成した。このカルベンは19分という異常に長い半減期を持つ。^{[46] [47]}

下の図では分子の 2 つの部分が 1 つの平面上に示されていますが、分子構造では 2 つの芳香族部分が互いに 直交する位置に配置されます。

2006年に同じグループによって半減期が40分の三重項カルベンが報告された。^[48]このカルベンは、ベンゼン中で300nmの光によってジアゾメタン前駆体 を光化学的に 分解し、窒素ガスを排出することによって生成される。

下の図も実際の分子構造を適切に表したものではありません。両方のフェニル環は互いに直交して配置されています。カルベン炭素は sp混成であり、残りの 2 つの直交 p軌道はそれぞれ芳香族環の 1 つと共役しています。

このカルベンは、酸素（三重項ジラジカル）にさらされると、対応するベンゾフェノンに変換されます。ジフェニルメタン化合物は、シクロヘキサ-1,4-ジエンに捕捉されると形成されます。他のカルベンと同様に、この種には、臭素やフェニル環上のトリフルオロメチル基など、カルベンを保護し、1,1,2,2-テトラ（フェニル）アルケンへの二量化のプロセスを防止または遅くする大きなかさばる置換基が含まれています。コンピューターシミュレーションに基づくと、二価炭素原子からその隣接原子までの距離は138ピコメートルで、結合角は158.8°であるとされています。フェニル基の平面は、互いにほぼ直角です（二面角は85.7°です）。

メソイオンカルベン(MIC) はN -複素環式カルベン (NHC) に類似していますが、カルベンが描かれている標準的な共鳴構造は、追加の電荷を加えなければ描くことができません。メソイオンカルベンは、異常N -複素環式カルベン (aNHC) または遠隔N -複素環式カルベン (rNHC) とも呼ばれます。さまざまな遊離カルベンが単離でき、室温で安定しています。その他の遊離カルベンは安定しておらず、分子間分解経路の影響を受けやすいです。^{[引用が必要]}

イミダゾール-2-イリデンは強塩基であり、ジメチルスルホキシド（DMSO） 中の共役酸に対してp Ka ≈ 24_を示す。^[49]

しかし、さらなる研究により、ジアミノカルベンは DMSO 溶媒を脱プロトン化し、生成されたアニオンがアミジニウム塩と反応することが示されました。

イミダゾール-2-イリデンと1-ブロモヘキサンの反応では、2-置換付加物が90%生成し、対応するアルケンはわずか10%しか生成しなかったことから、これらの分子も適度に求核性であることが示唆された。

いくつかのNHCファミリーの共役酸のpKa_値が水溶液中で調べられている。トリアゾリウムイオンのpKa値は16.5～17.8の範囲にあり^[50] 、関連するイミダゾリウムイオンよりも約3pKa_単位酸性が高い。^[51]

かつて、安定なカルベンは、いわゆるワンツリック平衡によって可逆的に二量化すると考えられていました。しかし、イミダゾール-2-イリデンとトリアゾール-5-イリデンは熱力学的に安定しており、二量化せず、水と空気のない溶液中で何年も保存されています。これはおそらく、これらのカルベンの芳香族性によるもので、二量化により芳香族性が失われます。実際、イミダゾール-2-イリデンは熱力学的に非常に安定しているため、非常に制約された条件でのみこれらのカルベンが二量化を余儀なくされます。

チェンとタトン^{[52]は、それぞれのジイミダゾリウム塩を}脱プロトン化することで、二重に結合したジイミダゾリウム-2-イリデンを作った。二重に結合したジイミダゾリウム塩を短いメチレン橋（-CH ₂ -）で脱プロトン化した場合にのみ、ジカルベン二量体が得られた。

この二量体がジカルベンとして存在する場合、カルベン炭素上の孤立電子対は近接することになります。おそらく、結果として生じる反発的な静電相互作用が、大きな不安定化効果をもたらすと考えられます。この電子相互作用を回避するために、カルベン単位は二量体化します。

一方、ヘテロアミノカルベン（R ₂ N–C–ORやR _{2 N–C–SRなど）やジアミノカルベン（R 2} N–C–NR ₂など）などの非芳香族カルベンは、非常にゆっくりではあるが二量化することが示されている^{[53] 。これは、}一重項状態の二量化に対する障壁が高いためであると推定されている。

ジアミノカルベンは実際には二量体化せず、プロトン化された前駆物質であるホルムアミジニウム塩を介した反応によって二量体を形成する。 ^[30]したがって、この反応は酸触媒され得る。この反応は、イミダゾリウムベースのカルベンとは異なり、カルベンのプロトン化によって芳香族性が失われないために起こる。

三重項状態のカルベンの二量化とは異なり、これらの一重項状態のカルベンは頭と頭が接近するのではなく（「最小運動」）、カルベンの孤立電子対が空の炭素p 軌道を攻撃します（「非最小運動」）。カルベンの二量化は、酸と金属の両方によって触媒されます。

安定カルベンの化学はまだ十分に研究されていない。しかし、Endersら^{[39] [54] [55]は} トリアゾール-5-イリデンを含むさまざまな有機反応を行っている。これらの反応は以下に概説されており、他のカルベンのモデルとして考えることができる。

これらのカルベンは求核的に振る舞う傾向があり( eとf )、挿入反応( b )、付加反応( c )、[2+1]環化付加( d、gおよびh )、[4+1] 環化付加 ( a ) および単純な脱プロトン化を起こします。挿入反応 ( b ) はおそらく脱プロトン化を経て進行し、その結果、生成された塩を攻撃できる求核剤 ( ⁻ XR) が生成され、H–X 挿入のような印象を与えます。

報告されている安定なイソチアゾールカルベン（2b）は、イソチアゾリウム過塩素酸塩（1）^[56]から誘導されたが、疑問視された。^{[57]研究者らは2-イミノ}-2H-チエト（4 ）しか単離できなかった。中間体3は転位反応によって提案された。カルベン2bはもはや安定であるとは考えられていない。^[58]

イミダゾール-2-イリデン、トリアゾール-5-イリデン（それほどではないがジアミノカルベン）は、アルカリ金属、典型元素、遷移金属、さらにはランタニドやアクチニドに至るまで、多数の元素に配位することが示されている。元素周期表は、調製された錯体についてある程度の見当を与え、多くの場合、これらは単結晶X線結晶構造解析によって同定されている。^{[40] [59] [60]}安定なカルベンは、金属への配位特性において有機ホスフィン と同様の挙動を示すと考えられている。 これらの配位子は、カルベンの孤立電子対を介して優れたσ供与体であるが、カルベン中心に隣接する窒素原子からの内部配位子 逆供与によりπ受容体としては劣っていると言われており、そのため比較的電子不足の金属にも配位することができる。エンダース^[61]とヘルマン^{[62] [63]は、これらのカルベンがいくつかの}触媒サイクルでホスフィン配位子の適切な代替品であることを示した。彼らは、これらの配位子はホスフィン配位子ほど金属触媒を活性化しないことを発見したが、より強力な触媒となることが多い。ヘルマンとエンダースは、イミダゾールおよびトリアゾールカルベン配位子を含む触媒を使用して、いくつかの触媒システムを検討し、中程度の成功を収めた。^{[59] [61] [62] [63]}グラブス^[64]は、オレフィンメタセシス触媒RuCl ₂ (PCy ₃ ) _{2 CHPhでホスフィン配位子 (PCy 3} ) をイミダゾール-2-イリデンに置き換えたところ、閉環メタセシスが増加し、「顕著な空気および水安定性」を示したと報告した。2つおよび3つのカルベン部分を含む分子が、潜在的な二座および三座カルベン配位子として調製されている。^{[37] [38]}

伝説

  元素が既知のカルベン錯体

  元素が知られているカルベン錯体は存在しない

カルベンは有機金属種として安定化することができる。これらの遷移金属カルベン錯体は2つのカテゴリーに分類される：^[要出典]

• フィッシャーカルベンは、カルベンが金属と電子吸引基（通常はカルボニル）に結合している。
• シュロックカルベン。カルベンが金属と電子供与基に結合している。このようなカルベンが関与する反応は、有機カルベンが関与する反応とは大きく異なります。

持続性三重項状態カルベンは、他の非持続性三重項状態カルベンと非常によく似た反応性を示すと考えられます。

これまでに単離されたカルベンは、融点の低い無色の固体である傾向があり、高真空下、低温で昇華する傾向があります。

^{より有用な物理的特性の 1 つは、 13} C- NMRスペクトルにおけるカルベン炭素原子の診断化学シフトです。通常、このピークは 200 ～ 300 ppm の範囲にあり、¹³ C- NMRスペクトルには他のピークはほとんど現れません。左に、238 ppm にカルベンピークを持つ環状ジアミノカルベンの例を示します。

金属中心に配位すると、¹³ Cカルベン共鳴は通常、錯体フラグメントのルイス酸性度に応じて高磁場にシフトします。この観察に基づいて、Huynhらは、トランス-パラジウム(II)-カルベン錯体の¹³ C NMR分析によって配位子供与体強度を決定する新しい方法論を開発した。13 ^C標識N-複素環式カルベン配位子の使用により、トランス効果によりトランス-シス異性化を起こす混合カルベン-ホスフィン錯体の研究も可能になります。^[65]

NHCは有機金属化学において補助配位子として広く使用されている。実用的な用途としては、ルテニウムベースのグラブス触媒とクロスカップリング反応用のNHC-パラジウム錯体が挙げられる。 ^{[66] [67] [68]} NHC-金属錯体、特にAg(I)-NHC錯体は、生物学的用途で広く試験されている。^[69]

NHCは強塩基性であることが多く（イミダゾール-2-イリデンの共役酸のpKa値は約24と測定された） ^{[49] 、}酸素と反応する。明らかにこれらの反応は空気のない技術を使用して行われ、中程度の酸性の化合物さえも避けられている。イミダゾリウム塩は求核付加に対して安定であるが、他の非芳香族塩はそうではない（すなわち、ホルムアミジニウム塩）。^[70]

これらの場合、強力な非妨害求核剤は、その場で生成されるか、他の試薬に不純物として存在するか（BuLi 中の LiOH など）に関係なく回避されます。

安定したカルベンを調製するためにいくつかのアプローチが開発されており、以下に概要を示します。

強塩基によるカルベン前​​駆体塩の 脱プロトン化は、ほぼすべての安定なカルベンへの信頼できる経路であることが証明されています。

イミダゾール-2-イリデンおよびジヒドロイミダゾール-2-イリデン（IMesなど）は、それぞれのイミダゾリウムおよびジヒドロイミダゾリウム塩の脱プロトン化によって調製されている。非環式カルベン^{[28] [31]}およびテトラヒドロピリミジニル^[40]ベースのカルベンは、強力な均一塩基を使用した脱プロトン化によって調製された。

いくつかの塩基と反応条件が使用され、さまざまな成功例が報告されています。成功の度合いは、脱プロトン化される前駆体の性質に大きく依存しています。この製造方法の主な欠点は、製造に使用した金属イオンから遊離カルベンを分離する問題です。

水素化ナトリウムまたは水素化カリウム^{[27] [33]}がこれらの前駆塩を脱プロトン化するための理想的な塩基であると思われるかもしれません。水素化物は水素を失って不可逆的に反応し、目的のカルベンを与え、無機副産物と過剰の水素化物は濾過によって除去されるはずです。実際にはこの反応は遅すぎることが多く、DMSOまたはt -BuOHの添加が必要です。^{[18] [26]}これらの試薬は可溶性触媒を生成し、tert-ブトキシドまたはジムシルアニオンの生成を介してこの不均一系の反応速度を上げます。しかし、これらの触媒は前駆塩に対して求核剤として作用する傾向があり、その際に破壊されるため、非イミダゾリウム付加物の調製には効果がないことが判明しています。金属水素化物中に不純物として水酸化物イオンが存在すると、非芳香族塩も破壊される可能性があります。

イミダゾール系カルベンについては、液体アンモニア/ THFの混合物中、-40℃で水素化ナトリウムまたは水素化カリウムによる脱プロトン化が報告されている^{[36] 。Arduengoと同僚[33]は}NaHを用いてジヒドロイミダゾール-2-イリデンを調製することに成功した。しかし、この方法はジアミノカルベンの調製には適用されていない。場合によっては、金属水素化物を添加せずにカリウムtert-ブトキシドを使用することができる。^[26]

アルキルリチウムを強塩基として使用すること^[18]は広く研究されておらず、前駆体塩の脱プロトン化には信頼性が低い。非芳香族塩の場合、n-BuLiとPhLiは求核剤として作用し、t-BuLiは水素化物源として作用し、塩を還元してイソブテンを生成することがある。

ジイソプロピルアミド（LDA）やテトラメチルピペリジド（LiTMP） [ ^{28] [31]}などのリチウムアミドは、リチウムアミドの製造に使用されるn-ブチルリチウムにLiOHが多すぎないことを条件に、すべてのタイプの塩の脱プロトン化に一般的に有効です。リチウムアミドの滴定は、溶液中の水酸化物の量を決定するために使用できます。金属ヘキサメチルジシラジド^[40]による前駆体塩の脱プロトン化は、この塩基が求核剤として作用してトリアミノメタン付加物を与えることができる、障害のないホルムアミジニウム塩を除くすべてのタイプの塩の脱プロトン化に非常にきれいに機能します。

金属カチオンを含まない安定したカルベンの調製は、これらの金属から分離されたカルベン種のさらなる研究を可能にするために熱心に求められてきました。カルベンをカルベン-金属錯体から分離することは、錯体の安定性のために問題となる場合があります。したがって、最初からカルベンをこれらの金属から解放することが望ましいです。実際、一部の金属イオンは、カルベンを安定化させるのではなく、妨害されていない例の触媒二量化に関与していることが示唆されています。

右に示すのは、ジアミノカルベンとカリウムHMDSの複合体を示す X 線構造です。この複合体は、過剰のKHMDS を強塩基として使用してホルムアミジニウム塩を脱プロトン化したときに形成されました。リチウムジイソプロピルアミド (LDA) などの試薬による脱プロトン化で生じたリチウムイオンの除去は、特に問題となる可能性があります。カリウム塩とナトリウム塩の副産物は溶液から沈殿する傾向があり、除去できます。リチウムイオンは、クリプタンドやクラウンエーテルなどの種に結合することで化学的に除去できます。

金属を含まないカルベンは、以下に概説するようにいくつかの方法で製造されています。

カルベンを合成する別の方法としては、 THF中のカリウムでチオ尿素を脱硫する方法がある。^{[29] [71]}この反応が成功した要因の1つは、副産物である硫化カリウムが溶媒に不溶性であることである。高温であることから、この方法は不安定な二量化カルベンの合成には適していないことが示唆される。尿素をフルオレン誘導カルベンで脱酸素してテトラメチルジアミノカルベンとフルオレノンを生成する例も1件報告されている。^[72]

溶融カリウムでチオ尿素を脱硫してイミダゾール-2-イリデンまたはジアミノカルベンを得る方法は、あまり広く使用されていない。この方法はジヒドロイミダゾールカルベンの製造に使用された。[ ^29]

真空熱分解は、メタノールやクロロホルムなどの中性揮発性副産物を除去して、ジヒドロイミダゾールおよびトリアゾールベースのカルベンを調製するために使用されています。歴史的には、付加物Aの真空熱分解によるクロロホルムの除去は、Wanzlick ^[8]がジヒドロイミダゾール-2-イリデンを調製する初期の試みで使用されていましたが、この方法は広く使用されていません。Enders研究室^{[39]は、付加物}Bの真空熱分解を使用してトリアゾール-5-イリデンを生成しました。

ビス(トリメチルシリル)水銀(CH ₃ ) ₃ Si-Hg-Si(CH ₃ ) _3はクロロイミニウム塩およびクロロアミジニウム塩と反応して、金属を含まないカルベンと元素水銀を生成する。^[73]例えば：

(CH ₃ ) ₃ Si−Hg−Si(CH ₃ ) ₃ + R ₂ N=C(Cl)− NR⁺
₂Cl ⁻ → R ₂ N−C−NR ₂ + Hg _(l) + 2(CH ₃ ) ₃ SiCl

持続性三重項状態のカルベンは、ベンゼン中、波長 300 nm で 窒素ガスの放出によるジアゾメタン生成物の光化学分解によって生成されました。

安定なカルベンは非常に反応性が高いため、空気のない技術を使用して取り扱いを最小限に抑えることが望ましい。ただし、厳密に乾燥し、比較的非酸性で空気のない材料を使用する限り、安定なカルベンは取り扱い自体に対してかなり堅牢である。例として、水素化カリウムから調製された安定なカルベンは、乾燥したセライトパッドで濾過して、反応から余分な KH (および結果として生じる塩) を除去することができる。比較的小規模では、安定なカルベンを含む溶液の懸濁液を静置し、上澄み溶液を乾燥した膜シリンジフィルターに押し込むことができる。安定なカルベンはヘキサンなどの非極性溶媒に容易に溶解するため、通常、安定なカルベンの再結晶化は、適切な非酸性極性溶媒が利用できないために困難である可能性がある。右図のような空気のない昇華は、精製の効果的な方法ですが、これらのカルベンは比較的揮発性が高く、高温で分解し始める可能性があるため、高真空下で 60 °C 未満の温度が望ましいです。確かに、昇華によって X 線分析に適した単結晶が得られる場合もあります。ただし、リチウムなどの金属イオンとの強力な錯体形成により、ほとんどの場合昇華が妨げられます。

持続性カルベンに関するレビュー:

• Hopkinson, MN; Richter, C.; Schedler, M.; Glorius, F. (2014). 「N-ヘテロ環カルベンの概要」. Nature . 510 (7506): 485–496. Bibcode :2014Natur.510..485H. doi :10.1038/nature13384. PMID  24965649. S2CID  672379.。
• カルベン化学: つかの間の中間体から強力な試薬まで (第 4 章、Hideo Tomioka (三重項状態)、第 5 章 (一重項状態)、Roger W. Alder) - 編者: Guy Bertrand
• 反応中間体化学 ロバート A. モス、マシュー プラッツ、メイトランド ジョーンズ著 (第 8 章、安定な一重項カルベン、ガイ ベルトラン)
• RW アルダー、「ジアミノカルベン：構造と反応性の探究」、G. バートランド編、ニューヨーク、2002 年
• M. Regitz (1996). 「安定カルベン—幻想か現実か?」Angew. Chem. Int. Ed. 30 (6): 674–676. doi :10.1002/anie.199106741.

N-ヘテロ環カルベンの物理化学的性質（電子的性質、立体的性質など）のレビュー:

• T. Dröge; F. Glorius (2010). 「すべての環の測定 - N-ヘテロ環カルベン」. Angew. Chem. Int. Ed. 49 (39): 6940–6952. doi :10.1002/anie.201001865. PMID  20715233.