vu research portal 5.pdfvu research portal electrophilic phosphinidenes: science or fiction? jansen,...

25
VU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link to publication in VU Research Portal citation for published version (APA) Jansen, H. (2010). Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction?. General rights Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal ? Take down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. E-mail address: [email protected] Download date: 19. Aug. 2021

Upload: others

Post on 24-Mar-2021

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

VU Research Portal

Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction?

Jansen, H.

2010

document versionPublisher's PDF, also known as Version of record

Link to publication in VU Research Portal

citation for published version (APA)Jansen, H. (2010). Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction?.

General rightsCopyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright ownersand it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal ?

Take down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediatelyand investigate your claim.

E-mail address:[email protected]

Download date: 19. Aug. 2021

Page 2: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

5 Synthesis, Structure and

Reactivity of a Stabilized

Phosphiranylium Salt

 

 

  

 

 

 

 

 

Published in: Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 5485–5488. 

‐85‐ 

Page 3: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Chapter 5 

5.1 Introduction

Phosphiranes  with  a  three‐membered  PC2  ring  have  unique  electronic 

properties.[1] Although their ring strain  is smaller than the one  in cyclopropanes, 

they  are  highly  reactive  and  display  remarkable  chemistry,  like  [2+1] 

cycloreversions  to  olefins  and  phosphinidenes  [R–P],[2]  cationic  ring  opening 

polymerization to poly(ethylenephosphine),[3] and special properties as ligands in 

transition metal  complexes  for  catalysis.[4]  Positively  charged  species  are  even 

more  reactive. Species  like A  (phosphirenylium  ion) or B  (phosphiranylium  ion), 

which may be viewed as ‐complexes of P+  to alkynes or alkenes,[5] respectively 

(Scheme  1),  were  never  isolated.[6]  A  notable  exception  is  the  crystalline 

diphosphirenium ion C.[7] 

The  dibenzo[a,d]cycloheptatrienyl  (trop)  platform was  successfully  used  for  the 

synthesis of  the highly  strained dibenzophosphasemibullvalene D,[8] very  robust 

aminophosphiranes  (BABAR‐Phos)  E,[9]  and  the  phosphiranium  ion  F  (R  =  iPr,  

R1 = tBu).[10] Isolated examples of the latter are likewise rare.[11]  

 

Scheme 1. Cationic three‐membered phosphorus heterocycles (A – C) and  

BABAR‐Phos derivatives D – G. 

‐86‐ 

Page 4: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Synthesis, Structure and Reactivity of a Stabilized Phosphiranylium Salt 

Because  the  lone  pair  at  phosphorus  has  a  very  high  s‐orbital  character,[10] 

phosphiranes  are  generally  reluctant  to  be  alkylated,  oxygenated  or  sulfurated 

and  with  bulky  substituents  R  in  E  these  reactions  are  suppressed.  However, 

transition  metal  ions  [Pt(II),  Rh(I)]  bind  to  the  phosphorus  center  albeit  very 

weakly.[4b]  

We now report on the synthesis of a sterically unshielded BABAR‐Phos derivative 

that reacts with methyl triflate, a “hard” alkylation reagent, at the “hard” nitrogen 

center to give the cation G, which can be described as an  intra‐molecular amine 

complex of the elusive phosphiranylium ion B. 

 

5.2 Synthesis

The synthesis of the MeBABAR‐Phos 2 is straightforward as is shown in Scheme 2. 

As previously reported,[4a] the reduction of the amino(dichloro)trop phosphane 1 

with magnesium  turnings  (RT,  3  h)  generates  an  intermediate  phosphinidenoid 

that gives a rather clean formation of MeBABAR‐Phos 2 (73%; δ31P –149.0) due to 

the spatial proximity of the P‐unit and the olefin. The characteristic low‐frequency 

shifts of the 1H and 13C resonances of the HCCHtrop unit and the J(H,P) and J(C,P) 

couplings  in 2  (δ1H: 2.55  (2J(H,P) = 18.3 Hz); δ13C 24.1  (1J(C,P) = 41.7 Hz) clearly 

indicate its formation (vs. δ 1H 6.83 and δ 13C 130.9 in 1). 

Reaction  of  MeBABAR‐Phos  2 with methyl  triflate  in  toluene  (RT,  2  h)  resulted 

exclusively in N‐alkylation (91%; δ31P –83.6; Scheme 2). The structure of the novel 

salt  3 was  established  by  an  X‐ray  crystal  structure  determination  (Figure  1)[12] 

and displays a remarkable long P–N bond (1.8449(14) Å) compared to the neutral 

analogues E (1.73–1.74 Å)[4a,13] and phosphiranium ion F (1.628(4) Å).[10] 

‐87‐ 

Page 5: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Chapter 5 

 

Scheme 2. Synthesis of 2 and 3. 

 

 

Figure 1. Displacement ellipsoid plot (50% probability) of 3. The OTf anion was omitted for 

clarity. Selected bond lengths [Å] and angles [°]: P1–N1 1.8449(14), P1–C4 1.8532(18), P1–

C5 1.8593(17), N1–C1 1.541(2), N1–C16 1.509(2), N1–C17 1.510(2), C4–C5 1.523(2); N1–

P1–C4 97.68(7), N1–P1–C5 97.95(7), C5–P1–C4 48.44(7); (P): 244.1°. 

 

‐88‐ 

Page 6: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Synthesis, Structure and Reactivity of a Stabilized Phosphiranylium Salt 

5.3 Computational Study

DFT calculations at the B3PW91/6‐311+G(d,p)  level of theory were performed  in 

order to understand and compare the electronic structure and reactivity of 2, 3, 

and the non‐observed P‐methylated product FMe.[14] The HOMO of 2 (–5.81 eV) is 

mainly located on the nitrogen atom, while the HOMO–1 (–6.35 eV; Figure 2) can 

be attributed  to  the “lone pair”  located on phosphorus. This  finding  is  in accord 

with the preferred alkylation at nitrogen. Further, the N‐alkylated cation 3  is 9.5 

kcal∙mol–1 more stable than the computed P‐alkylated derivative FMe.  

The nature of the P–N bond was studied by analyzing the electron density using 

the theory of atoms in molecules (AIM)[15] to investigate the relative weight of the 

resonance structures 3A  (ammonium salt with  the positive charge on N) and 3B 

(intramolecular amino‐stabilized phosphiranylium cation with the positive charge 

localized on the PC2 ring; Scheme 2).[5e] 

 

Figure 2. HOMO (left) and HOMO–1 (right) of MeBABAR‐Phos 2. 

 

The atomic charges of the basins for nitrogen Q(N) and phosphorus Q(P) of 2, 3, 

and FMe are given  in Table 1. As expected,  the positive  charge at  the P‐atom  in 

phosphonium‐type  ion  FMe  is  the  highest  (+2.47e).  With  respect  to  2,  

N‐methylation diminishes both the negative charge at N and the positive charge 

on P. That is, 3 contains the longest, weakest and least polar P–N bond (Q(N,P) = 

2.20e [vs. 2.67e (2) and 3.88e (FMe)].  

‐89‐ 

Page 7: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Chapter 5 

Table 1. Characterization of the P–N bond with AIM[a]  

  P–N Bond  H(rc)[b]  Q(P)  Q(N) 

2  1.727 Å  –0.912  1.34  –1.33 

3  1.885 Å  –0.670  1.09  –1.11 

FMe  1.660 Å  –1.102  2.47  –1.41 

[a] The B3PW91/6‐311+G(d,p) calculated structures where used;  [b] The bond critical point 

rc corresponds to a saddle point of the electron density in the bonding region. 

 

From the obtained energy densities (H(rc); Table 1), it can be derived that the P–N 

bond  in  2  and  FMe  has  a  strong  covalent  character.[16]  However,  the  reduced 

energy  density  (H(rc)  =  ‐0.670  hartree/Å3)  of  the  P–N  bond  in  3  indicates  a 

significant contribution of resonance structure 3B to the electronic ground state 

of 3, which may be viewed as an intra‐molecular donor‐acceptor N→P complex[17] 

of an amino‐stabilized phosphiranylium ion (B). 

 

5.4 Reactivity

The  reactivity  of  the  amino  phosphiranylium  salt  3  was  investigated  as  well. 

Addition of methyl lithium at –78 °C resulted in P‐alkylation under cleavage of the 

P–N  bond  yielding  the  P‐methyl  phosphiranes  endo‐4  (δ31P  –173.3)  and  exo‐4 

(δ31P  –205.7;  4:1  ratio;  Scheme  3)  quantitatively.[18]  The  reaction  of  3  with 

thiolate,  Li(SPh),  gives  exclusively  the  sterically  less  encumbered  isomer  exo‐5 

(δ31P –132.8), which is stable in solution and in the solid state. 

‐90‐ 

Page 8: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Synthesis, Structure and Reactivity of a Stabilized Phosphiranylium Salt 

N

Me

PMe

OTf

3

Me2N PR

endo

Me2N P

exo

R

+RLi

THF, -78oC

R = Me, PhS

R = Me4

R = PhS5

NMe2

P

N N

OTf10A

NMe2

P

N N

OTf10B

P P

PPP

Me

Me

Me

Me

Me

6

P

R

S SPh Ph

trop-NMe2

Ph2S2trop-NMe2N

NTHF, r. t.

7 R = Me8 R = SPh

Me2N

trop-NMe2 =

9

 

Scheme 3. Reactivity of the amino phosphiranylium salt 3. 

 

Solutions  of  4  can  be  stored  at  –18  °C  for  days,  but within  24  hours  RT  clean 

formation to the cyclic phosphinidene oligomer (PMe)5 (6; Scheme 3),[19] and (5‐H‐

dibenzo[a,d]cyclohepten‐5‐yl)‐dimethylamine  (trop‐NMe2)  occurred.  Addition  of 

diphenyldisulfide  to  a  freshly  prepared  solution  of  the  phosphiranes  4  or  5 

resulted  in  the  quantitative  formation  of  the  phosphonodithious  acids  7  

(δ31P  85.2)[20]  and  8  (δ31P  130.8),[21]  respectively  (Scheme  3).  Formally  these 

reactions  correspond  to  the  expulsion  of  a  phosphinidene  [R–P],[22]  but  at  this 

stage  of  our  investigations,  we  assume  a  [R–P]‐transfer  process  without  the 

intermediacy of free phosphinidenes as our calculations predict that this process 

costs ~50 kcal.mol1. 

‐91‐ 

Page 9: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Chapter 5 

Interestingly, 3 also reacts with neutral nucleophiles like N‐heterocyclic carbenes, 

NHC  (Scheme  3). Namely,  addition  of  IiPr2Me2  9  resulted  in  the NHC‐stabilized 

phosphiranylium cation 10 (δ31P –214.3).[23,24] 

 

Figure 3. Displacement ellipsoid plot (50% probability) of 10. Only one of two independent 

molecules  is shown. The OTf anion and ordered/disordered THF solvent molecules were 

omitted  for  clarity.  Selected  bond  lengths  [Å]  and  angles  [°]:  P1–N1  2.581(2),  P1–C4 

1.908(3),  P1–C5  1.896(2),  P1–C18  1.881(3),  N1–C1  1.478(3),  N1–C16  1.467(3),  N1–C17 

1.466(3), N2–C18 1.350(3), N2–C19 1.384(3), N3–C18 1.351(3), N3–C20 1.391(3), C4–C5 

1.500(3),  C19–C20  1.354(4);  C4–P1–C5  46.43(11),  C4–P1–C18  95.32(11),  C5–P1–C18 

96.22(11), C5–C4–P1 66.36(13), C4–C5–P1 67.21(13), N2–C18–N3 106.8(2); (P): 238.0°. 

 

The molecular  structure of 10, established by an X‐ray crystal  structure analysis 

(Figure  3),[12] may  be  viewed  as  an  olefin  carbene  PI  cation.  The  sum  of  bond 

angles at  the phosphorus center  ((P): 238.0°)  is  small  (cf. 244.1°  for 3) despite 

the sterically demanding substituents. The strength of the P–Carbene  interaction  in 

10 (P1–C18 1.881(3) Å) was investigated with a bond decomposition scheme (ADF 

on model system 10’ with H for all NHC substituents).[25] Strong ‐donation of the 

‐92‐ 

Page 10: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Synthesis, Structure and Reactivity of a Stabilized Phosphiranylium Salt 

lone pair of the C‐center of the carbene to the empty p‐orbital at the phosphorus 

atom makes up for 91% (130 kcal.mol1) of the orbital interaction energy (Eoi) to 

which a small contribution from ‐backdonation of the phosphorus lone pair into 

the  empty  *‐orbital  of  the  carbene  is  added  (13  kcal.mol1,  9%  of  Eoi).  In 

contrast in Macdonalds bis‐carbene PI cation [P(IiPr2Me2)2]+,[26] the contribution of 

the  ‐backdonation  to  the  interaction  energy  is  significantly  higher  (27 

kcal.mol1; 13%).[24] This is reflected in the PC bond dissociation energies (BDE’s) 

which  are  much  smaller  in  10’  (54.9  kcal.mol1)  then  in  [P(NHC)2]+  (105.6 

kcal.mol1).  Interestingly, the  low energy density at the bond critical point of the 

PCarbene bond  in 10  (H(rc) =  ‐0.763 hartree/Å3)  is comparable  to  that of  the PN 

bond in 3, which underlines the contribution of resonance structure 10B (Scheme 

3) to the electronic ground state of 10.  

 

5.5 Conclusion

Our computational and experimental  results  indicate  that  [N,N‐dimethyl‐BABAR‐

Phos]OTf  3  and  [(Me2N‐trop)P(IiPr2Me2)]OTf  10  may  be  regarded  as  the  first 

isolated  examples  of  intra‐  and  inter‐molecular  amino‐  or  carbene‐stabilized 

phosphiranylium salts, respectively. 

 

5.6 Experimental Section

The sterically unencumbered MeBABAR‐Phos 2 could be obtained  in a few steps from the 

commercially available dibenzosuberenone (11). The common method previously used to 

synthesize  the  trop‐amines,[27]  is not practical with  small amines  (i.e MeNH2);  therefore 

the synthetic route was slightly altered (see Scheme 4).[28] 

‐93‐ 

Page 11: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Chapter 5 

 

Scheme 4. Synthesis of [N,N‐dimethyl‐BABAR‐Phos]OTf 3. 

 

General  Procedures.  All  syntheses  were  performed  with  the  use  of  a  glove  box  and 

Schlenk  techniques  under  argon  or  nitrogen.  All  solvents  were  dried  and  purified  by 

standard  procedures  and  were  freshly  distilled  under  nitrogen  from 

sodium/benzophenone  (THF),  from  sodium  (toluene),  or  from  lithium  aluminum 

anhydride (pentane) prior to use. Reagents were used as purchased. 1,3‐Diisopropyl‐4,5‐

dimethylimidazol‐2‐ylidine[29] was  synthesized  according  to  literature  procedures. NMR 

spectra were  recorded  (at 298 K unless otherwise noted) on a Bruker Advance 250, an 

Advance DPX 300 or MSL 400 and referenced  internally to residual solvent signals (CDCl3 

[1H: δ 7.25 ppm, 13C{1H}: 77.0 ppm], CD2Cl2 [1H: δ 5.32 ppm, 13C{1H}: 53.5 ppm], C6D6 [

1H: δ  

7.16 ppm, 13C{1H}: 128.1 ppm], or d8‐THF [1H: δ 1.73 and 3.58 ppm, 13C{1H}: 25.5 and 67.7 

ppm]). High‐resolution mass spectra  (HR‐MS) as performed on a Finnigan Mat 900 mass 

spectrometer operating at an ionization potential of 70eV and the Electrospray Ionisation 

(ESI) mass  spectrometry was  carried out with  a micrOTOF‐Q  instrument  in positive  ion 

mode.  Melting  points  were  measured  in  capillaries,  sealed  when  necessary,  and  are 

uncorrected. 

 

N‐methyl‐5H‐dibenzo[a,d]cyclohepten‐5‐imine  (12):[30] Dibenzosuberenone  (11)  (30.0 g, 

145  mmol)  was  dissolved  in  toluene  (1.0  L)  and  the  solution  was  cooled  to  –10  °C 

(NaCl/ice). Titanium(IV) chloride (24.0 mL, 218 mmol) was slowly added, which resulted in 

a  dark  red  suspension.  Subsequently, methylamine  (50  g,  1.6 mol) was  added  in  one 

portion and the orange suspension was allowed to warm to room temperature and was 

‐94‐ 

Page 12: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Synthesis, Structure and Reactivity of a Stabilized Phosphiranylium Salt 

stirred overnight.  The  reaction mixture was poured over  an  ice/water mixture  and  the 

light  yellow organic  layer was  separated.  The milky white  aqueous  layer was  extracted 

with  toluene  (3  x  300 mL).  The  combined  organic  layers were  dried  over MgSO4  and 

concentrated, yielding imine 12 analytically pure as a pale yellow, viscous oil in quantative 

yield. Recrystallisation from hexane at –20 °C provided colorless crystals.  1H NMR  (250.1 

MHz, CDCl3); δ 3.33 (s, 3H, CH3), 6.95 (s, 2H, HC=CH), 7.25‐7.63 (m, 8H, ArH). 13C{1H} NMR 

(75.5 MHz, CDCl3); δ41.0 (s, CH3), 127.0 (s, ArCH), 127.4 (s, ArCH), 127.6 (s, ArCH), 128.4 (s, 

ArCH), 128.6 (s, ArCH), 128.6 (s, ArCH), 129.1 (s, ArCH), 129.3 (s, ArCH), 130.2 (s, HC=CH), 

131.4 (s, HC=CH), 133.0 (s, ArCq), 133.8 (s, ArCq), 134.2 (s, ArCq), 141.7 (s, ArCq), 169.0 (s, 

N=Cq); MS (EI, 70 eV): m/z (%): 219 (88) [M]+, 218 (100) [M – H]+, 178 (80) [M – C=NCH3]+, 

HR‐MS (EI): calcd for C16H13N: 219.1048, found: 219.10434. 

 

(5H‐Dibenzo[a,d]cyclohepten‐5‐yl)‐methylamine  (13):[28,31]  N‐methyl‐5H‐dibenzo[a,d] 

cyclohepten‐5‐imine  (12)  (7.76 g, 35.4 mmol) was dissolved  in   methanol  (360 mL) and 

treated with four portions of NaBH4 (1.60 g, 42.3 mmol each) at an interval of 1.5 hours. 

Subsequently the reaction was stirred for 20 h and concentrated under reduced pressure 

and the obtained white solid was partitioned between 130 mL of 20% Na2CO3 (aq) and 130 

mL DCM. After phase separation, the aqueous  layers were washed with 2 x 80 mL DCM. 

The combined organic  layers where dried over MgSO4 and concentrated under  reduced 

pressure,  resulting  in  7.69  g  (98%)  of  a  light  yellow  viscous  oil, which  solidified  upon 

standing. Due  to  endo‐exo  isomerization  of  the  amine  in  solution  the NMR‐signals  are 

strongly broadened at r.t, at 233 K the signals are sharp with the ratio 2.96 to 1.00 in favor 

for the endo‐isomer. M.p. 55‐56 °C; Endo‐13: 1H NMR (400.1 MHz, CDCl3, 233 K) δ 2.09 (s, 

3H, CH3), 2.10 (bs, 1H, NH), 4.72 (s, 1H, NCH), 7.03 (s, 2H, HC=CH), 7.22‐7.37 (m, 8H, ArH). 13C{1H} NMR  (75.5 MHz, CDCl3, 213 K); δ 34.1  (s, CH3), 70.8  (s, NCH) 126.9  (s, 2C, ArCH), 

128.4 (s, 2C, ArCH), 129.6 (s, 2C, ArCH), 129.7 (s, 2C, ArCH), 130.2 (s, 2C, HC=CH), 132.8 (s, 

2C, ArCq), 138.9  (s, 2C, ArCq). Exo‐13: 1H NMR (400.1 MHz, CDCl3, 233 K); δ 1.95  (bs, 1H, 

NH),  2.54  (s,  3H,  CH3),  3.99  (s,  1H, NCH),  7.17  (s,  2H, HC=CH),  7.22‐7.37  (m,  8H, ArH). 13C{1H} NMR  (75.5 MHz, CDCl3, 213 K); δ 35.2  (s, CH3), 62.3  (s, NCH) 121.8  (s, 2C, ArCH), 

125.5 (s, 2C, ArCH), 127.5 (s, 2C, ArCH), 128.5 (s, 2C, ArCH), 130.9 (s, 2C, HC=CH), 133.4 (s, 

2C, ArCq), 140.0 (s, 2C, ArCq). MS (EI, 70 eV): m/z (%): 221 (60) [M]+, 191 (100) [trop]+, HR‐

MS (EI): calcd for C16H15N: 221.1204, found: 221.1198. 

‐95‐ 

Page 13: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Chapter 5 

(5H‐Dibenzo[a,d]cyclohepten‐5‐yl)‐methyl‐amino  dichlorophosphine  (1).  A  solution  of 

(5H‐dibenzo[a,d]cyclohepten‐5‐yl)‐methylamine (13) (3.18 g, 14.4 mmol)  in   Et2O (50 mL) 

and  THF (20 mL) was cooled to ‐78 °C (dry ice/acetone). n‐BuLi (1.6 M in hexanes, 9.5 mL, 

14.5 mmol) was slowly added, resulting  in the formation of an orange suspension, which 

was  stirred  for 30 min  at  the  same  temperature. The  cold  reaction mixture was  slowly 

added  to  a  ‐78  °C  solution  of  PCl3  (9.4 mL,  107.7 mmol)  in  diethyl  ether  (5 mL).  The 

obtained  yellow  suspension  was  allowed  to  warm  to  rt.  in  2  h  and  the  solvent  was 

evaporated. The yellow viscous oil was dissolved in  toluene (50 mL) and filtered over pre‐

dried  Celite  to  remove  the  insoluble  LiCl.  Concentration  of  the  filtrate  under  reduced 

pressure gave 3.98 g of 1 (86%) as a pale yellow solid. M.p. 71‐73 °C; 31P{1H} NMR (101.3 

MHz, C6D6);  168.9  (s); 1H NMR  (300.1 MHz, C6D6); δ 2.49  (d, 

3J(H,P) = 4.2 Hz, 3H, CH3), 

5.12  (d,  3J(H,P) = 4.8 Hz, 1H, NCH), 6.83  (s, 2H, HC=CH), 7.08‐7.11  (m, 8H, ArH);  13C{1H} 

NMR  (75.5 MHz, C6D6); δ 33.4  (d, 2J(C,P) = 7.3 Hz, CH3), 73.7  (d, 

2J(C,P) = 33.2 Hz, NCH) 

128.4 (s, 2C, ArCH), 128.9 (s, 2C, ArCH), 130.2 (s, 2C, ArCH), 130.3 (d, 4J(C,P) = 2.5 Hz, 2C, 

ArCH), 130.9 (d, 5J(C,P) = 2.8 Hz, 2C, HC=CH), 135.3 (d, 4J(C,P) = 4.5 Hz, 2C, ArCq), 135.5 (d, 3J(C,P) =  7.5 Hz, 2C, ArCq). MS (EI, 70 eV): m/z (%): 321 (20) [M]+, 191 (100) [trop]+, HR‐MS 

(EI): calcd for C16H14Cl2NP: 321.0241, found: 321.02463. 

 

N‐Methyl‐BABAR‐Phos (2). Dichlorophosphane 1 (3.98 g, 12.4 mmol) was dissolved in THF 

(70 mL)  and magnesium  turnings  (0.34  g,  14.0 mmol)  were  added.  After  stirring  the 

reaction mixture  for 3 hours at  rt.,  31P NMR  indicated  that  the  reaction was completed. 

After filtration and concentration, a yellow solid remained, which was dissolved in 40 mL 

toluene and washed with 40 mL saturated, degassed NH4Cl‐solution (aq). The organic layer 

was  separated, dried over MgSO4  and quickly  concentrated under  reduced pressure  to 

yield 2.29 g of 2 (73%) as a yellow solid. M.p. 98‐103 °C; 31P{1H} NMR (300.1 MHz, C6D6); δ 

–149.0 (s); 1H NMR (300.1 MHz, C6D6); δ 2.36 (d, 3J(H,P) = 16.6 Hz, 3H, CH3), 2.55 (d, 

2J(H,P) 

= 18.3 Hz, 2H, PCH) 4.60 (d, 3J(H,P) = 5.3 Hz, 1H, NCH), 7.00‐7.21 (m, 8H, ArH); 13C{1H} NMR 

(75.5 MHz, C6D6); δ 24.1 (d, 1J(C,P) = 41.7 Hz, PCH), 38.3 (d, 2J(C,P) = 22.5 Hz, CH3) 68.6 (d, 

2J(C,P) = 6.6 Hz, NCH), 125.5 (s, 2C, ArCH), 125.8 (s, 2C, ArCH), 127.5 (s, 2C, ArCH), 129.7 (d, 

J(C,P) = 0.7 Hz, 2C, ArCH), 133.1 (d, J(C,P) = 1.2 Hz, 2C, ArCq), 135.3 (d, J(C,P) = 1.8 Hz, 2C, 

ArCq); m/z (%): 251 (16) [M]+, 191 (100) [trop]+, HR‐MS (EI): calcd for C16H14NP: 251.0864, 

found: 251.08587. 

‐96‐ 

Page 14: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Synthesis, Structure and Reactivity of a Stabilized Phosphiranylium Salt 

[N,N‐Dimethyl‐BABAR‐Phos]triflate (3). To a filtered solution of N‐methyl‐BABAR‐Phos (2) 

(200 mg, 0.80 mmol)  in toluene (8 mL), methyl triflate (0.09 mL, 0.80 mmol) was added, 

which resulted in the formation of a white precipitate.  The reaction was stirred at rt. for 

two hours, after which the white precipitate was washed with 5x5 mL diethyl ether. After 

drying under vacuum the product was obtained as a white solid  (302 mg, 91%). Crystals 

suitable  for  single‐crystal  X‐ray  structure  determination  were  obtained  by  slow 

evaporation of a saturated THF solution at room temperature in the glove box. M.p. 173‐

177 °C; 31P{1H} NMR (101.3 MHz, CD2Cl2); δ –83.6 (s); 1H NMR (300.1 MHz, CD2Cl2; δ 2.97 

(d, 3J(H,P) = 9.6 Hz, 6H, CH3), 3.60 (d, 2J(H,P) = 20.4 Hz, 2H, PCH), 5.97 (d, 3J(H,P) = 2.4 Hz, 

1H, NCH), 7.43‐7.64 (m, 8H, ArH); 13C{1H} NMR (75.5 MHz, CD2Cl2); δ 30.2 (d, 1J(C,P) = 47.1 

Hz, 2C, PCH), 49.3 (d, 2J(C,P) = 14.6 Hz, 2C, CH3) 75.0 (s, NCH), 120.9 (q, 1J(C,F) = 320.5 Hz, 

SO3CF3), 127.3  (s, 2C, ArCq), 128.3  (s, 2C, ArCH), 128.6  (s, 2C, ArCH), 130.5  (s, 2C, ArCH), 

130.8  (s, 2C, ArCH), 130.9  (s, 2C, ArCq). MS  (EI, 70 eV): m/z  (%): 251  (40)  [M‐CH3]+, 191 

(100) [trop]. 

 

N,N‐Dimethyl‐trop  methylphosphirane  4.  To  a  cooled  suspension  of  [N,N–Dimethyl–

BABAR–Phos]triflate (3) (201 mg, 0.49 mmol) in THF (8 mL) at –78 °C (dry ice/acetone), a 

solution of methyl lithium (1.6 M in Et2O, 0.29 mL, 0.49 mmol) was added. The clear, pale 

yellow  solution  was  stirred  at  –78  oC  for  15  min  (31P–NMR  spectroscopy  indicated 

complete conversion). The resulting methyl‐phosphirane 4 was not isolated in pure form; 

Characterization and structural assignment are based on 13C‐1H HMQC, HMBC, 31P‐1H COSY 

and 1H‐1H NOESY NMR experiments at –20 oC. Endo‐4; 31P{1H} NMR (202.4 MHz, d8‐THF); δ 

–173.3  (s);  1H NMR  (500 MHz, d8–THF); δ 0.83  (d,  J(H,P) = 11.5, 3H, PCH3), 1.74  (s, 6H, 

NCH3), 2.86  (s, 2H, PCH), 3.81  (s, 1H, NCH), 7.00‐7.55  (m, 8H, ArH);  13C{1H} NMR  (125.7 

MHz, d8‐THF); δ 19.4 (d, 1J(C,P) = 38.2 Hz, PCH3), 37.9 (d, 

1J(C,P) = 45.0 Hz, 2C, PCH), 41.2 

(s, 2C, NCH3) 78.4  (s, NCH), 125.6  (s, 2C, ArCH), 128.0  (s, 2C, ArCH), 130.0  (s, 2C, ArCH), 

133.2 (s, 2C, ArCH), 138.7 (d, 3J(C,P) = 1.7 Hz, 2C, ArCq), 139.3 (d, 2J(C,P) = 8.9 Hz, 2C, ArCq). 

Exo‐4; 31P{1H} NMR (202.4 MHz, d8‐THF); δ –205.7 (s); 1H NMR (500 MHz, d8–THF); δ 1.02 

(d, J(H,P) = 11.5, 3H, PCH3), 2.47 (s, 6H, NCH3), 3.19 (s, 2H, PCH), 5.21 (s, 1H, NCH), 7.00‐

7.55  (m, 8H, ArH);  13C{1H} NMR  (125.7 MHz, d8–THF); δ 11.5  (d, 1J(C,P) = 33.1 Hz, PCH3), 

33.0  (d, 1J(C,P) = 35.6 Hz, 2C, PCH), 45.2  (s, 2C, NCH3) 70.9  (s, NCH), 123.8  (s, 2C, ArCH), 

126.6 (s, 2C, ArCH), 126.7 (s, 2C, ArCH), 130.3 (s, 2C, ArCH), 134.9 (d, 3J(C,P) = 10.5 Hz, 2C, 

ArCq), 145.5 (d, 2J(C,P) = 4.3 Hz, 2C, ArCq). 

‐97‐ 

Page 15: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Chapter 5 

Reactivity of N,N‐Dimethyl–trop methylphosphirane 4.  

Thermal behavior; A solution of 4 in THF was allowed to stand at room temperature under 

inert  atmosphere. Within  24  h  complete  decomposition  of  the  phosphirane  into  trop–

dimethylamine 14 and pentamethyl–cyclopentaphosphane (δ31P 18.0 (m))[32] is observed. 

Aqueous workup of the mixture allows the  isolation of 14  in 80% yield. Solution of 4 can 

be stored in the freezer at –18 oC for one week without decomposition.     

Trapping reaction with phenyldisulfide; To a freshly prepared solutions of 4 (0.132 mmol) 

in THF at –78 oC, phenyldisulfide (328 mg, 1.5 mmol) was added. The solution was allowed 

to warm  to  room  temperature  and  stirred  for  15 min.  31P NMR  of  the  solution  shows 

complete conversion of the phosphirane and the formation of the known (PhS)2PMe (7), 

[δ 31P 85.2 (s)][33] 

 

N,N‐Dimethyl‐trop thiophenyl phosphirane 5. To a cooled suspension of [N,N–Dimethyl–

BABAR–Phos]triflate  (3)  (32  mg,  0.078  mmol)  in  d8–THF  (0.5  mL)  at  –78  °C  (dry 

ice/acetone), a solution of  lithium thiophenolate (9 mg, 0.078 mmol)  in   d8–THF (0.3 mL) 

was  added.  The  reaction mixture  gave  immediately  a  clear  yellow  solution.  31P  NMR 

spectroscopy  showed  that  the  reaction was  complete.  The  resulting  exo phosphirane 5 

was not  isolated  in pure  form; Characterization and  structural assignment are based on 13C‐1H  HMQC,  HMBC,  31P–1H  COSY  and  1H–1H  NOESY  NMR  experiments.  31P{1H}  NMR 

(101.3 MHz, d8–THF); δ –132.8 (s); 1H NMR (400.1 MHz, d8–THF); δ 1.76 (s, 6H, NCH3), 3.44 

(s,  2H,  PCH),  3.98  (d,  5J(H,P)  =  4.3 Hz,  1H, NCH),  7.07–7.51  (m,  8H, ArH);  13C{1H} NMR 

(100.6 MHz, d8–THF); δ 40.8 (d, 1J(C,P) = 51.0 Hz, HCP), 41.4 (d, 6J(C,P) = 4.8 Hz, NCH3), 77.1 

(s,  NCH),  126.3  (s,  SArCH),  126.9  (s,  2C,  tropArCH),  129.0  (s,  2C,  tropArCH),  129.3  (s, 

SArCH), 129.4 (s, 2C, tropArCH), 129.7 (d, 2J(C,P) = 8.1 Hz, SArCq), 132.9 (s, SArCH), 133.6 

(s, 2C,  tropArCH), 137.1  (d,  3J(C,P) = 7.2 Hz, 2C,  tropArCq), 138.6  (d, 2J(C,P) = 2.7 Hz, 2C, 

tropArCq). 

 

Reactivity of N,N‐Dimethyl‐trop thiophenyl phosphirane 5. 

Trapping with phenyldisulfide; To a freshly prepared solution of 5 (0.078 mmol) in  d8‐THF 

(0.3 mL), phenyldisulfide was added  (347 mg, 1.46 mmol).  31P NMR spectroscopy of  the 

solution shows complete conversion of the phosphirane and the formation of the known 

‐98‐ 

Page 16: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Synthesis, Structure and Reactivity of a Stabilized Phosphiranylium Salt 

(PhS)3P (8) [δ31P 132.5 (s)][34]. 1H NMR  indicates the formation of dimethylamine‐trop 14 

[(250.1 MHz, d8‐THF) δ 1.80 (s, 6H, CH3), 4.13 (s, 1H, NCH), 6.98 (s, 2H, HC=CH), 7.30‐7.47 

(m, 8H, ArH)]; HR‐MS (EI): calcd for C18H15NPS3: 358.00735 found: 358.00645. 

 

(5‐H‐Dibenzo[a,d]cyclohepten‐5‐yl)‐dimethylamine  (14):  To  a  solution  of  5‐chloro‐5‐H‐

dibenzo[a,d]cycloheptene[35]  (9.39  g,  41.5  mmol)  in    dry  toluene  (200  mL),  N‐

trimethylsilyldimethylamine  (8.8 mL,  53.9 mmol)  was  added.  The  reaction  was  stirred 

overnight  and  concentrated.  Purification  by  column  chromatography  (SiO2;  using  a 

gradient  from DCM  till 10% methanol  in DCM, Rf  = 0.23)  resulted  in 9.66  g of 14  as  a 

colorless solid  (99%).  1H NMR  (250.1 MHz, CDCl3); δ 1.89  (s, 6H, CH3), 4.11  (s, 1H, NCH), 

7.09 (s, 2H, HC=CH), 7.28‐7.43 (m, 8H, ArH). MS (70 eV): m/z (%): 235 (12) [M]+, 191 (100) 

[trop]+, HR‐MS (EI): calcd for C17H17N: 235.1361, found: 235.1355. 

 

N,N‐Dimethylamino‐trop  carbene  phosphirane  10.  To  a  stirred  suspension  of  [N,N‐

dimethyl‐BABAR‐Phos]triflate (3) (26.0 mg, 0.063 mmol) in d8‐

THF  (0.4  mL),  a  solution  of  1,3‐diisopropyl‐4,5‐

dimethylimidazol‐2‐ylidine (0.224 M in d8‐THF, 0.28 mL, 0.063 

mmol) was  added  dropwise,  over  5 min.  The  resulting  clear 

yellow solution was stirred at r.t. for 5 min, after which 31P and 1H  NMR  spectroscopy  indicated  full  conversion  to  10.  In 

addition to the phosphirane 13, 10 % of imidazolium salt 15 was formed as well. Suitable 

crystals of 10 for X‐ray analysis were obtained from d8‐THF at –20 °C. 31P{1H} NMR (161.9 

MHz, d8‐THF); δ –212.9 (s); 1H NMR (500.2 MHz, d8‐THF); δ 1.76 (bs, 12H, CH(CH3)2), 1.83 

(s, 6H, NCH3), 2.37 (s, 6H, =CCH3), 4.13 (s, 1H, NCH), 4.14 (s, 2H, PCH), 5.45 (dsept, 3J(H,H) 

= 7.0 Hz, 4J(H,P) = 3.0 Hz, 2H, CH(CH3)3), 7.22 (dt, 3J(H,H) = 7.3 Hz, 5J(H,P) = 1.3 Hz, 2H, H9 + 

H14), 7.31 (dt, 3J(H,H) = 7.5 Hz, 4J(H,P) = 1.5 Hz, 2H, H10 + H13), 7.35 (dd, 3J(H,H) = 7.5 Hz, 4J(H,P) = 1.0 Hz, 2H, H8 + H15), 7.61 (d, 3J(H,H) = 7.5 Hz, H11 + H12). 13C{1H} NMR (125.8 

MHz, d8‐THF); δ 10.6  (s, =CCH3), 41.0  (s, NCH3), 41.5  (d, 1J(C,P) = 42.6 Hz, PCH), 53.3  (d, 

3J(C,P) = 5.8 Hz, CH(CH3)2), 77.5 (s, NCH), 122.3 (q, 1J(C,F) = 323.3 Hz, SO3CF3), 128.0 (s, C9 + 

C14), 128.9 (s, =CCH3), 129.4 (s, C10 + C13), 130.8 (s, C8 + C15), 133.9 (s, C11 + C12), 135.8 

(d, 2J(C,P) = 8.8 Hz, C3 + C6), 139.7 (s, C2 + C7), 153.8 (d, 1J(C,P) = 114.5 Hz, PC), CH(CH3)3 

signals are unresolved. 19F{1H} NMR (235.4 MHz, d8‐THF); δ ‐78.9 (s, SO3CF3). HR MS (ESI): 

N PN

N

15

2 345

67

8

9 10

11

12

1314

1

17

16

18

19

20

212223

24

25

2628

27

‐99‐ 

Page 17: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Chapter 5 

calcd  for C28H37N3P: 446.2720  found: 446.2710  [M‐H]; m/z  (%): 446  (5)  [M‐H]+, 266  (50) 

[M‐NHC]+, 181 (100) [NHC]+. 

Imidazolium  salt  15:  1H  NMR  (500.2  MHz,  d8‐THF);  δ  1.54  (d, 3J(H,H)  =  7.0  Hz  12H, 

CH(CH3)3),  2.26  (s, 6H,  =CCH3), 4.56  (sept, 3J(H,H)  =  7.0 Hz,  2H, CH(CH3)3),  9.17  (s, CH). 

13C{1H} NMR  (125.8 MHz, d8‐THF); δ 8.3  (s, =CCH3), 22.5  (s, CH(CH3)), 51.4  (s, CH(CH3)), 

122.3 (SO3CF3), 127.3 (s, =CCH3), 132.0 (s, CH), 19F{1H} NMR (235.4 MHz, d8‐THF); δ ‐78.1 (s, 

SO3CF3) 

 

X‐ray  crystal  structure  determinations.  X‐ray  intensities  were  measured  on  a  Nonius 

KappaCCD diffractometer with rotating anode  (graphite monochromator,  = 0.71073 Å) 

at a temperature of 150(2) K. Data were  integrated with the EVAL14[36] (compound 3) or 

HKL2000[37]  software  (compound  10)  and  corrected  for  absorption  based  on multiple 

measured reflections. The structures were solved with Direct Methods using the program 

SHELXS‐97.[38]  Least‐squares  refinement was  performed with  SHELXL‐97[38]  on  F2  of  all 

reflections. Non‐hydrogen atoms were refined with anisotropic displacement parameters. 

Hydrogen atoms were  located  in difference‐Fourier maps (compound 3) or  introduced  in 

calculated  positions  (compound  10).  In  compound  3  all  hydrogen  atoms were  refined 

freely  with  isotropic  displacement  parameters.  In  10  the  hydrogen  atoms  of  the 

phosphirane  ring were  refined  freely with  isotropic  displacement  parameters;  all  other 

hydrogen  atoms  were  refined  as  rigid  groups.  Drawings,  structure  calculations  and 

checking for higher symmetry were performed with the PLATON software.[39] 

  

Compound  3:  [C17H17NP](CF3O3S),  Fw  =  415.36,  colourless  plate,  0.48x0.36x0.04 mm3, 

monoclinic,  P21/c  (no.  14),  a  =  12.0365(2),  b  =  12.6154(2),  c  =  14.1033(2)  Å,    = 

120.919(1)°, V = 1837.20(5) Å3, Z = 4, Dcalc = 1.502 g/cm3,  = 0.31 mm‐1. 37241 Reflections 

were measured up to a resolution of (sin /)max = 0.65 Å‐1 of which 4236 were unique (Rint 

=  0.031)  and  3365  observed  [I  >  2(I)].    Absorption  correction  range:  0.84‐0.99.  312 

Parameters were refined with no restraints. R1/wR2    [I > 2(I)]: 0.0343/0.0789, R1/wR2 

[all refl.]: 0.0511/0.0873. S = 1.024. min/max = ‐0.32/0.40 eÅ3. 

‐100‐ 

Page 18: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Synthesis, Structure and Reactivity of a Stabilized Phosphiranylium Salt 

Compound 10:  [C28H37N3P](CF3O3S) ∙ 2C4H8O + disordered THF, Fw = 739.85[*], colourless 

block,  0.30x0.18x0.12 mm3,  triclinic,  P 1    (no.  2),  a  =  13.1887(1),  b  =  17.2207(2),  c  = 

18.1037(2) Å,  = 94.2947(5),  = 95.3125(5),  = 91.7172(7)°, V = 4079.71(7) Å3, Z = 4, Dcalc 

= 1.205 g/cm3[*],  = 0.17 mm‐1[*]. 71939 Reflections were measured up to a resolution of 

(sin /)max = 0.61 Å‐1 of which 15480 were unique  (Rint = 0.084) and 9971 observed [I > 

2(I)].  Absorption correction range: 0.86‐0.98. Four THF molecules in the asymmetric unit 

were  modeled  in  the  least‐squares  refinement.  Additionally,  the  crystal  structures 

contains  severely  disordered  THF  molecules,  which  were  treated  as  diffuse  electron 

density using the SQUEEZE routine in PLATON[ ], resulting in 83 electrons / unit cell. The 

diffuse electron density is located on inversion centers in two solvent accessible voids (313 

Å3/  unit  cell).  960  Parameters  were  refined  with  148  restraints  concerning  puckering 

disorder in two of the modeled THF molecules. R1/wR2  [I > 2(I)]: 0.0542/0.1445, R1/wR2 

[all refl.]: 0.0872/0.1624. S = 1.115. min/max = ‐0.33/0.56 eÅ3. 

39

[*] Derived values do not contain the contribution of the disordered solvent molecules.  

 

Computations. Density functional theory calculations were carried out with Gaussian 03 at 

the B3PW91/6‐311+G(d,p)  level[14] and all Cartesian coordinates are given  in Angstroms. 

The  optimization was  done  using  the modified GDIIS  algorithm.[40]  The  nature  of  each 

stationary point was confirmed by a frequency calculation. The bond characterization and 

atomic charges were obtained with the programs AIM2000[41] and AIMALL.[42] 

The bonding  interactions of model carbene P+ adducts NHC‐adduct 10’orth and NHC2P‐Cs 

(without substituents on  the carbene and a rotated carbene, Figure 4) were analyzed  in 

terms of  f°ment orbitals with  the ADF 2007.01 package[43] at  the OPBE  level[44] using a 

TZ2P  basis  set.[43]  According  to  the  extended  transition‐state  model,[45]  the  net  bond 

energy (BDE) can be decomposed into four contributions: the preparation energy (EPrep) 

required  for  deformation  of  the  f°ments  from  their  equilibrium  structure  to  their 

geometry  in  the  adducts;  the  steric  interactions  between  the  f°ments  due  to  Pauli 

repulsion (EPauli) and electrostatic attraction (Velstat); and the orbital  interaction energy 

EOi (negative stabilizing): 

BDE = Eadduct – (EBPcat + Ecarbene)  

        = EPrep + (EPauli + Velstat +EOi) 

‐101‐ 

Page 19: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Chapter 5 

‐102‐ 

The latter three contributions are usually summed to give the interaction energy. Rotation 

of  the  carbenes  was  needed  to  achieve  symmetry  partitioning  between  ‐  and  ‐

contributions  in  the  total  orbital  interaction  (Eoi).  The  ‐contribution  is  then  located 

perpendicular to the symmetry plane. The energies obtained after bonding energy analysis 

of  the  full  systems 10  (‐68 kcal.mol‐1) and  [P(IiPr2Me2)2]+  (‐112 kcal.mol‐1),  the  structures 

without carbene substituents NHC‐adduct 10’ (‐56 kcal.mol‐1) and NHC2P‐C2 (‐109 kcal.mol‐

1),  and  for  NHC‐adduct  10’orth  (‐55  kcal.mol‐1)  and  NHC2P‐Cs  (‐106  kcal

.mol‐1) were  the 

carbene is rotated, are all very similar. 

        A                  B 

Figure 4. The structures of A) NHC‐adduct 10’orth and B) NHC2P‐Cs. 

5.7 References and Notes

[1]  a)  F. Mathey,  Pure  Appl.  Chem.  1987,  59,  993–998;  b)  F. Mathey,  Chem.  Rev. 

1990,  90,  997–1025;  c)  F.  Mathey,  M.  Regitz  in  Comprehensive  Heterocyclic 

Chemistry  II,  A.  R.  Katritzky,  C. W.  Rees,  E.F.V.  Scriven  (Eds),  Pergamon  Press, 

1997,  Vol  1A,  277–304;  d)  F.  Mathey,  M.  Regitz  in  Phosphorus‐Carbon 

Heterocyclic Chemistry:  The Rise of a New Domain,  F. Mathey  (Ed), Pergamon: 

Amsterdam, 2001, 17–55.   

[2]  a) K. Lammertsma, Top. Curr. Chem. 2003, 229, 95–119; b) K. Lammertsma. M. J. 

M. Vlaar, Eur.  J. Org. Chem. 2002, 1127–1138; c) F. Mathey, N. H. Tran Huy, A. 

Marinetti, Helv. Chim. Acta 2001, 84, 2938–2957; d) X. Li, S.  I. Weismann, T.–S. 

Lin, P. P. Gasper, A. H. Cowley, A. I. Smirnov, J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 7899–

Page 20: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Synthesis, Structure and Reactivity of a Stabilized Phosphiranylium Salt 

‐103‐ 

7900;  e) G. Bucher, M.  L. G. Borst, A. W. Ehlers, K.  Lammertsma,  S. Ceola, M. 

Huber, D. Grote, W. Sander, Angew. Chem. 2005, 117, 3353–3357; Angew. Chem. 

Int. Ed. 2005, 44, 3289–3293.  

[3]  S. Kobayashi, J.–I. Kadokawa, Macromol. Rapid Commun. 1994, 15, 567–571. 

[4]    a)  J.  Liedtke,  H.  Rüegger,  S.  Loss,  H.  Grützmacher,  Angew.  Chem.  2000,  112, 

2596–2599; Angew. Chem.  Int. Ed. Engl. 2000, 39, 2478–2481; b) C. Laporte, G. 

Frison, H. Grützmacher, A. C. Hillier, W.  Sommer,  S.  P. Nolan, Organometallics 

2003, 22, 2202–2208; and references therein. 

[5]  a) R. Chen, Y.–H. Cheng, L. Liu, X.–S. Li, Q.–X. Guo, Res. Chem. Intermed. 2002, 28, 

41–48;  b)  X.  Liu,  D.  M.  Ivanova,  D.  Giblin,  M.  L.  Gross,  P.  P.  Gaspar, 

Organometallics 2005, 24, 3125–3135; c) W. W. Schoeller, U. Tubbesing, J. Mol. 

Struc.  (Theochem)  1995,  343,  49–55; d) A.  Largo, C. Barrientos,  X.  Lopez,  F.  P. 

Cossío, J. M. Ugalde, J. Phys. Chem. 1995, 99, 6432–6440; e) W. W. Schoeller, Top. 

Curr. Chem. 2003, 229, 75–94.    

[6]  a) A  in solution at  low temp.: K. K. Laali, B. Geissler, O. Wagner, J. Hoffmann, R. 

Armbrust, W.  Eisfeld, M. Regitz,  J. Am.  Chem.  Soc.  1994,  116,  9407–9408.  For 

stable  transition metal  complexes  of  A,  see:  b)  J.  Simon,  U.  Bergsträsser, M. 

Regitz,  K.  K.  Laali, Organometallics  1999,  18,  817–819;  c)  F. G. N.  Cloke,  P.  B. 

Hitchcock, J. F. Nixon, D. M. Vickers, C. R. Chimie 2004, 7, 931–940; d) Gas phase 

reactivity of A: A. A. Sabino, M. N. Eberlin, L. A. B. Moraes, K. K. Laali, Org. Biomol. 

Chem. 2003, 1, 395–400. Phosphiranylium ions were postulated as intermediates, 

see: e) E. Niecke, M. Leuer, M. Nieger, Chem. Ber. 1989, 122, 453–461; f) W. W. 

Schoeller, W. Haug, J. Strutwolf, T. Bush, J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1996, 92, 

1751–1755.    

[7]  a) M.  Soleilhavoup,  Y.  Canac, A. M.  Polozov, A. Baceiredo, G. Bertrand,  J. Am. 

Chem. Soc. 1994, 116, 6149–6152; b) D. Bourissou. G. Bertrand, Top. Curr. Chem. 

2002, 220, 1–2.  

[8]  J. Geier, G. Frison, H. Grützmacher, Angew. Chem. 2003, 115, 4085–4087, Angew. 

Chem. Int. Ed. 2003, 42, 3955–3957.  

Page 21: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Chapter 5 

‐104‐ 

[9]  J. Liedtke, S. Loss, G. Alcaraz, V. Gramlich, H. Grützmacher, Angew. Chem. 1999, 

111, 1724–1727; Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 38, 1623–1626.   

[10]  The phosphiranium F was obtained by a halide abstraction  reaction  from  trop–

P(tBu)Cl  with  AlCl3,  see:  J.  Liedtke,  S.  Loss,  Ch.  Widauer,  H.  Grützmacher, 

Tetrahedron 2000, 56, 143–156.    

[11]  The  only  other  example  is  reported  in: D.  C.  R  Rockless, M.  A. McDonald, M. 

Pabel, S. B. Wild, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1995, 257–258 and was obtained 

by alkylation at the P‐atom of PhP(CH2)2.  

[12]  CCDC‐765756  (3),  and  765757  (10)  contain  the  supplementary  crystallographic 

data  for  this  paper.  These  data  can  be  obtained  free  of  charge  from  The 

Cambridge  Crystallographic  Data  Centre  via  www.ccdc.cam.ac.uk/ 

data_request/cif.  

[13]  a) F. B. Läng, H. Grützmacher, Chimia 2003, 57, 187–190; b) J. Liedtke, Diss., ETH 

Zürich, Synthese und Koordinationschemie neuer polycyclischer Phosphirane, Nr. 

13688, 2000.  

[14]  Gaussian  03,  Revision  C.02;  Frisch, M.  J.  et  al.; Gaussian,  Inc., Wallingford  CT, 

2004. 

[15]  R. F. W. Bader in Atoms in Molecules: a quantum theory, Clarendon Press: R.F.W. 

Bader (Ed), Oxford, 1990; b) P. L. Popelier in Atoms in Molecules: An Introduction, 

Prentice Hall: P.L. Popelier (Ed), UK, 2000. 

[16]  The  energy  density  (H(r)  = G(r)  + V(r))  is  the  sum  of  the  kinetic  and  potential 

energy density. For covalent bonds the energy density at the bond critical point is 

negative (stabilization), while ionic and closed shell interactions are characterized 

by H(rc) ~0, see: D. Cremer, E. Kraka, Angew. Chem. 1984, 96, 612–614; Angew. 

Chem. Int. Ed. 1984, 23, 627–628.  

[17]  a)  C.  Chuit,  C.  Reyé,  Eur.  J.  Inorg.  Chem.  1998,  1847–1857;  b) M.  Yoshifuji,  S. 

Sangu, K. Kamijo, K. Toyota, Chem. Ber. 1996, 129, 1049–1055. 

Page 22: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Synthesis, Structure and Reactivity of a Stabilized Phosphiranylium Salt 

‐105‐ 

[18]  It  is  unclear  whether  exo‐4  and  endo‐4  are  in  a  very  slow  equilibrium  (not 

detectable  on  the NMR  time  scale)  via  an  inversion  of  the  central  ring  or  are 

formed through an attack of MeLi form either side on the P‐center.  

[19]  L. R. Smith, J. L. Mills, J. Am. Chem. Soc. 1976, 98, 3852–3857.  

[20]  a) S. C. Peake, R. Schmutzler, J. Chem. Soc. A 1970, 1049–1054; b) A. I. Razumov, 

N.  I. Sinitsyn, R. A. Salakhyt, N. N. Bankovsk, E. A. Krasilni,  J. Gen. Chem. USSR 

1972, 42, 1245–1248.  

[21]  a) K. A. Petrov, G.  I. Abramtseva, V. P. Evdakov, A. K. Strautman,  J. Gen. Chem. 

USSR 1962, 32, 3019–3023; b) T. König, W. D. Habicher, U. Hähner, J. Pionteck, C. 

Rüger, K. Schwetlick, J. Prakt. Chem. 1992, 334, 333–349.  

[22]  Diphenyldisulfide is well known trapping agent for triplet phosphinidenes, see: a) 

U. Schmidt, Ch. Osterroht, Angew. Chem. 1965, 77, 455; Angew. Chem.  Int. Ed. 

1965, 4, 437; b)  J. C. Slootweg, K.  Lammertsma  in Science of Synthesis, Vol. 42 

(Eds.: B. M. Trost, F. Mathey), Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 2009, pp. 15–36.  

[23]  For NHC‐stabilized phosphinidenes, see: a) A. J. Arduengo, III, H. V. Rasika Dias, J. 

C. Calabrese, Chem. Lett. 1997, 143–144; b) A. J. Arduengo, III, J. C. Calabrese, A. 

H. Cowley, H. V. Rasika Dias, J. R. Goerlich, W. J. Marshall, B. Riegel, Inorg. Chem. 

1997, 36, 2151–2158.   

[24]  For  the  related diphenylphosphenium  ion  [IiPr2Me2→PPh2]+,  see: a) N. Kuhn,  J. 

Fahl, D. Bläser, R. Boese, Z. Anorg. Allg. Chem. 1999, 625, 729–734; b) B. D. Ellis, 

P. J. Ragogna, C. L. B. Macdonald, Inorg. Chem. 2004, 43, 7857–7867.  

[25]  Energy  decomposition  analyses  were  performed  on  B3PW91/6‐311+G(d,p) 

optimized  structures[ref.  14]  using  ADF2007.01,  SCM,  Theoretical  Chemistry, 

Vrije Universiteit, Amsterdam, The Netherlands, http://www.scm.com.  

[26]  a) B. D. Ellis, C. A. Dyker, A. Decken, C. L. B. Macdonald, Chem. Commun. 2005, 

1965–1967; see also: b) B. D. Ellis, C. L. B. Macdonald, Coord. Chem. Rev. 2007, 

251, 936–973;  c) O. Back, G. Kuchenbeiser, B. Donnadieu, G. Bertrand, Angew. 

Chem. 2009, 121, 5638–5641; Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 5530–5533. 

Page 23: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Chapter 5 

‐106‐ 

[27]  a)  J.  Liedtke,  S.  Loss,  G.  Alcaraz,  V.  Gramlich,  H.  Grützmacher,  Angew.  Chem. 

1999, 111, 1724–1727; Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 38, 1623–1626; b) J. Liedtke, 

S.  Loss,  C.  Widauer,  H.  Grützmacher,  Tetrahedron  2000,  56,  143–156;  c)  C. 

Laporte, G. Frison, H. Grützmacher, Organometallics 2003, 22, 2202–2208.  

[28]  F. B. Läng, H. Grützmacher, Chimia 2003, 57, 187–190.  

[29]  N. Kuhn, T. Kratz,  Synthesis 1993, 561–562.  

[30]   E. Ciganek, R. T. Uyeda, M. Cohen, D. H. Smith, J. Med. Chem. 1981, 24, 336–341. 

[31]   a) ICI, NL 6500085, 1964; Chem. Abstr, 1966, 64, 2036h. 

[32]  L. R. Smith, J. L. Mills, J. Am. Chem. Soc. 1976, 98, 3852–3857.  

[33]   I. A. Razumov, E. A. Krasilnikova, T. V. Zykova, N. I. Sinitsyna, R. A. Salakhutdinov, 

N. N. Bankovskaya, Zh. Obs. Chim. 1972, 42, 1250; Russ. J. Gen. Chem. 1972, 42, 

1245.   

[34]  T. König, W. D. Habicher, U. Hähner, J. Pionteck, C. Rüger, K. Schwetlick, J. Prakt. 

Chem. 1992, 334, 333. 

[35]   H. Kessler, Methoden der Organischen Chemie (Houben‐Weyl), 4th ed. 1952–, Vol. 

5/1d, 1972, pp. 301.    

[36]  A.  J. M. Duisenberg, L. M.  J. Kroon‐Batenburg, A. M. M. Schreurs,  J. Appl. Cryst. 

2003, 36, 220–229.  

[37]  Z. Otwinowski, W. Minor, Methods in Enzymology, Vol. 276 (C. W. Carter, Jr. & R. 

M. Sweet, Eds) Academic Press, 1997, 307–326.  

[38]  G. M. Sheldrick, Acta Cryst. 2008, A64, 112–122.  

[39]  A. L. Spek, Acta Cryst. 2009, D65, 148–155.  

[40]  a) P. Pulay, Chem. Phys. Lett. 1980, 73, 393, b) P. Pulay, J. Comput. Chem. 1982, 3, 

556, c) P. Császár, P. Pulay, J. Mol. Struct. 1984, 114, 31–34.   

[41]  AIM2000, Version 2.0, designed by Friedrich Biegler‐König and Jens Schönbohm  

[42]  AIMAll, Version 09.04.23, designed by Todd A. Keith, 2009 (aim.tkgristmill.com)  

Page 24: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

Synthesis, Structure and Reactivity of a Stabilized Phosphiranylium Salt 

‐107‐ 

[43]  a) G.  te Velde, F. M. Bickelhaupt, E.  J. Baerends, C. Fonseca Guerra, S.  J. A. van 

Gisbergen, J. G. Snijders, T. Ziegler, ‘Chemistry with ADF’, J. Comput. Chem. 2001, 

22,  931–967.  b)  C.  Fonseca Guerra,  J. G.  Snijders, G.  te  Velde,  E.  J.  Baerends, 

Theor.  Chem.  Acc.  1998,  99,  391–403.  c)  ADF2007.01,  SCM,  Theoretical 

Chemistry,  Vrije  Universiteit,  Amsterdam,  The  Netherlands, 

http://www.scm.com.  

[44]  a) N. C. Handy, A. Cohen, J. Mol. Phys. 2001, 99, 403, b) J. P. Perdew, K. Burke, M. 

Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865, c) A. Fouqueau, M. E. Casida, L. M. L. 

Daku, A. Hauser, F. Neese, J. Chem.Phys. 2005, 122, 044110.  

[45]  a) K. Morokuma, Acc. Chem. Res. 1977, 10, 294–300. (b) T. Ziegler, A. Rauk, Inorg. 

Chem. 1979, 18, 1755–1759. c) T. Ziegler, A. Rauk, Theor. Chim. Acta 1977, 46, 1–

10, d) F. M. Bickelhaupt, E. J. Baerends,  In Reviews  in Computational Chemistry; 

K. B. Lipkowitz, D. B. Boyd, Eds.; Wiley: New York, 2000; Vol. 15, pp 1–86. 

Page 25: VU Research Portal 5.pdfVU Research Portal Electrophilic Phosphinidenes: Science or Fiction? Jansen, H. 2010 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link

‐108‐