Fischer卡宾是二价的有机金属配合物卡宾。Fischer卡宾的中心碳原子将其 sp2杂化轨道上的电子提供给中心金属的d轨道中，而中心金属以反馈键的方式将一对电子提供给碳原子上空的π轨道中。Fischer卡宾的中心金属的π反馈键通常较弱，金属价态较低，因此总体上Fischer卡宾是亲电性的。
Fischer卡宾的命名来源于恩斯特·奥托·菲舍尔。
Fischer卡宾是一种单线态卡宾，卡宾上取代基的孤对电子离域提高了碳pz轨道的能量，从而使得卡宾的两个电子保持成对。卡宾和中心金属的成键包括一个强的sp2提供给金属d轨道的σ键，和从中心金属处接受至pz轨道的弱π键。[1]
由于这种成键方式，Fischer卡宾通常有以下特征：
1、低价态的中心金属
2、中心金属通常为ⅥB族到VIII族的过渡金属
3、能够接受π电子的配体
4、卡宾碳上常见有连接着的供电子基团，如烷氧基或烷基化氨基等
Fischer卡宾的最常见合成方法是金属羰基化合物与烃基锂反应，生成酰基金属羰基配合物。此过程中得到的近似烯醇锂的结构高度稳定，因此需要用高亲电性的烷基化试剂（如Meerwein盐）。[2]以碘甲烷作烷基化试剂可以通过相转移体系完成。[3]此种方式合成的Fischer卡宾为电中性卡宾。锂可以以四烷基铵离子代替，以得到活性更强的烯醇。得到的中性四烷基铵盐可以酰化得到具有高亲电性的酰基配合物，可通过与醇发生亲核取代得到Fischer卡宾[4]，此种方式合成的Fischer卡宾为阳离子卡宾。
通过羰基金属阴离子和甲酰胺可以制备含α-氢的的Fischer卡宾，需要加入过量的TMSCl。[4]
使用合适的提氢试剂，如三苯甲基阳离子试剂，金属配合物烷基配体上的氢能被夺走并得到Fischer卡宾。[2]
来自西班牙的研究报告指出，Fischer卡宾能够通过重氮化合物衍生的金属卡宾中脱羰得到。[5]
Fischer卡宾是亲电性的，经常表现出和羰基化合物相似的反应性。许多反应可以以羧基等价结构来理解，如酯交换反应、Michael加成和羟醛缩合。如图Cr(CO)5部分是一个强吸电子基团，使卡宾α-H有酸性。有甲基侧链的甲氧基铬卡宾在乙腈水溶液中的pKa为12.5（体积比1:1）。[6][7] 作为参考，乙酸甲酯的pKa为25.6，证明Cr(CO)5有较强的吸电子能力。
Fischer卡宾的亲电性也能体现在许多反应中。例如，丙烯酸甲酯和异戊二烯的Diels-Alder反应在室温下需要7天完成，且对/间位的选择性低。但是，对应的Fischer卡宾反应在室温下3小时即可完成，并且有更高的对位选择性。[8]
乌洛托品是一种弱的亲核试剂，能够参与到炔基Fischer卡宾的Michael加成反应中，得到一种有趣的双重加合产物。[9]
通过Fischer卡宾的去质子化获得的类烯醇结构可以烷基化。然而，因为碳负离子高度稳定，所以需要活性的烷基化试剂，例如氟磺酸甲酯或溴乙酸甲酯。[10][11]
相比羰基而言，Fischer卡宾的羟醛缩合反应可以通过使用更弱的碱来发生，如三乙胺。[12] [13]
Fischer卡宾能够使用温和的氧化剂，如硝酸铈铵，脱去金属得到对应的羰基化合物。[2]
如果Fischer卡宾的侧链上有α-H，他可以与弱碱发生反应，如吡啶。这可以得到氢化铬类物质，经还原消除后得到顺式烯醇醚。[14]
含烯基侧链的Fischer卡宾与炔烃反应，能得到苯酚结构，酚基碳来源于CO配体，其上α,β-不饱和部分可能来自富电子芳环体系，最终得到多环芳香结构。该反应首先由Karl Heinz Dötz发现，并由他的小组和William D. Wulff推广发展，因此得名。[15]
Dötz反应中的半夹心配合物可以脱去金属得到对应的芳基产物，他可以通过进一步的亲核加成合成高度取代的芳环产物。[16]
Dötz反应已被用作许多天然产物合成的关键步骤，下图是该反应的应用展示。[17] [18]
某些环境中,如果试剂的反应性不足或Dötz反应机理发生的条件不满足时,Dötz反应产物会被中断,得到以烯酮中间体为主的产物。例如，如果炔烃上的取代基太大，可能会得到环丁烯结构。[19]
如果炔酮结构两侧的取代基R和R’空间体积不大时，产物可能以8电子π环化的构象为主，如所示得到稠合双环内酯结构。[20] [21] [22]
炔烃反应物侧链上的烯烃或亲核部分可以分别通过[2+2]环加成或亲核加成来捕获生成的烯酮。该反应被用于合成广谱的抗霉素，如Blastmycinone(一种三取代内酯)及Antimycinone。[23][24][25]
有α-H的Fischer卡宾可以通过类似于葆森–侃德反应得到环戊烯酮结构。[26]
如果Fischer卡宾中含有不共轭的烯烃结构，则可以得到环丙烷化的桥烃，该反应被用于天名精内酯酮的合成中。[27][28]
Fischer卡宾的UV-Vis光谱在近紫外区显示出金属到配体的电荷转移带。一方面，电子从金属轨道激发至配体轨道能够让卡宾碳更富电子化。另一方面，由于金属的羰基配体而已经缺电子的中心金属变得更加缺电子，促进了CO配体的迁移插入。这种迁移插入得到了铬环丙酮，铬化的乙烯酮共振形式。由于有着烯酮的反应性，该物质可以被亲核试剂（如醇或胺）所捕获，或者与烯烃、亚胺或醛发生[2+2]环加成反应，得到对应的环丁烷、β-内酰胺和β-内酯加合物。[29]
Crabtree, Robert. The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 7th edition. 18 July 2019. ISBN 978-1119465881. Dötz, Karl Heinz. Carbene Complexes in Organic Synthesis [New Synthetic Methods (47)]. Angewandte Chemie International Edition in English. August 1984, 23 (8): 587–608. doi:10.1002/anie.198405871. Hoye, Thomas R.; Chen, Kejian; Vyvyan, James R. Preparation of Fischer carbene complexes by alkylation of acylmetalates with alkyl iodides. Organometallics. July 1993, 12 (7): 2806–2809. doi:10.1021/om00031a056. Bates, Roderick. Organic synthesis using transition metals 2nd. Chichester, West Sussex: Wiley. 2012. ISBN 9781119978947. Álvarez, María; Besora, Maria; Molina, Francisco; Maseras, Feliu; Belderrain, Tomás R.; Pérez, Pedro J. Two Copper-Carbenes from One Diazo Compound. Journal of the American Chemical Society. 2021-03-31, 143 (12): 4837–4843. PMID 33733762. doi:10.1021/jacs.1c01483. Bernasconi, Claude F.; Sun, Weitao. Physical Organic Chemistry of Transition Metal Carbene Complexes. 8.1 Kinetic and Thermodynamic Acidities of Alkoxyalkylcarbene Pentacarbonyl Complexes of Cr, Mo, and W in Aqueous Acetonitrile. Dependence on Metal, Alkyl Group, and Alkoxy Group. Organometallics. 1997-04-01, 16 (9): 1926–1932. doi:10.1021/om960936. Bernasconi, Claude F.; Leyes, Aquiles E.; Ragains, Mark L.; Shi, Yan; Wang, Huan; Wulff, William D. Physical Organic Chemistry of Transition Metal Carbene Complexes. 14. 1 Thermodynamic Acidity Measurements of Fischer Carbene Complexes in Acetonitrile. Journal of the American Chemical Society. 1998-09-01, 120 (34): 8632–8639. doi:10.1021/ja980608w. Wulff, William D.; Yang, Dominic C. Diels-Alder reactions of Fischer carbene complexes. Journal of the American Chemical Society. October 1983, 105 (22): 6726–6727. doi:10.1021/ja00360a037. Aumann, Rudolf; Hinterding, Peter; Krüger, Carl; Goddard, Richard. Organische Synthesen mit Übergangsmetall-Komplexen LXV. Aldehyde durch Hydrolyse der MC-Bindung von Alkoxycarben-Chromkomplexen mit Wasser/Urotropin. Ein zweikerniger verbrückter (ß-Amino)vinylcarben-Chromkomplex durch Fragmentierung von Urotropin. Journal of Organometallic Chemistry. October 1993, 459 (1–2): 145–149. doi:10.1016/0022-328X(93)86066-Q. Casey, Charles P.; Boggs, Roger A.; Anderson, Ronald L. Generation and reactions of anions .alpha. to the carbene carbon atom of transition metal-carbene complexes. Journal of the American Chemical Society. December 1972, 94 (25): 8947–8949. doi:10.1021/ja00780a073. Casey, Charles P.; Anderson, Ronald L. Reactions of conjugate bases of metal carbene complexes with expoxides and with α-bromo esters. Journal of Organometallic Chemistry. 1974, 73 (2): C28–C30. doi:10.1016/S0022-328X(00)85646-6. Aumann, Rudolf; Heinen, Heinrich. Organische Synthesen mit übergangsmetallkomplexen, 211) 1-Chroma-1,3-butadiene und 1-Chroma-1,3,5-hexatriene aus (CO)5CrC(OC2H5)CH3 durch Carbonyl-Olefinierung mit Triethylamin/Chlortrimethylsilan. Chemische Berichte. April 1987, 120 (4): 537–540. doi:10.1002/cber.19871200413. Casey, Charles P.; Brunsvold, William R. Synthesis of α-methylene-γ-butyrolactone via transition metal carbene complexes. Journal of Organometallic Chemistry. December 1975, 102 (2): 175–183. doi:10.1016/S0022-328X(00)88585-X. Söderberg, Björn C.; Liu, Jian; Ball, Thomas W.; Turbeville, Michael J. Thermal Decomposition of Pentacarbonyl(1-acyloxyalkylidene)chromium(0) Complexes: Formation of Z -Enol Esters. The Journal of Organic Chemistry. August 1997, 62 (17): 5945–5952. doi:10.1021/jo962197c. Chamberlin, Steven; Wulff, William D. Sequential benzannulation/nucleophilic aromatic addition reactions mediated by chromium(0). Journal of the American Chemical Society. December 1992, 114 (26): 10667–10669. doi:10.1021/ja00052a090. Wulff, William D.; Tang, Peng Cho. Anthracycline synthesis with Fischer carbene complexes. Journal of the American Chemical Society. January 1984, 106 (2): 434–436. doi:10.1021/ja00314a037. Mahlau, Manuel; Fernandes, Rodney A.; Brückner, Reinhard. First Synthesis of the Pyrano-Naphthoquinone Lactone (-)-Arizonin C1. European Journal of Organic Chemistry. 2011-06-21: n/a. doi:10.1002/ejoc.201100599. Yamashita, A.; Toy, A. Regioselectivity of the reaction of a chromium-carbene complex with alkynes: Examination of steric and electronic factors. Tetrahedron Letters. January 1986, 27 (30): 3471–3474. doi:10.1016/S0040-4039(00)84825-X. Brandvold, Timothy A.; Wulff, William D.; Rheingold, Arnold L. Efficient entry to bicyclic lactones via van Halban-White cyclizations. Journal of the American Chemical Society. February 1990, 112 (4): 1645–1647. doi:10.1021/ja00160a063. Brandvold, Timothy A.; Wulff, William D.; Rheingold, Arnold L. Chromium-mediated cyclizations of cross-conjugated ketoketenes in 8- and 10e- processes. Journal of the American Chemical Society. July 1991, 113 (14): 5459–5461. doi:10.1021/ja00014a051. Waters, Marcey L.; Brandvold, Timothy A.; Isaacs, Lyle; Wulff, William D.; Rheingold, Arnold L. Stereoelectronic Effects on Product Formation from the E - and Z -Isomers of η 1 ,η 3 -Vinyl Carbene Complexed Intermediates in the Reactions of Fischer Carbene Complexes with Alkynes. Organometallics. September 1998, 17 (19): 4298–4308. doi:10.1021/om980509r. Wulff, William D.; Kaesler, Ralph W. Cyclobutanone formation via in situ generated vinyl ketene complexes of chromium. Organometallics. August 1985, 4 (8): 1461–1463. doi:10.1021/om00127a028. Ishibashi, Taro; Ochifuji, Nagisa; Mori, Miwako. New lactone synthesis using a chromium carbene complex. Tetrahedron Letters. August 1996, 37 (34): 6165–6168. doi:10.1016/0040-4039(96)01338-X. Koyama, Masanao; Kenji & Matsui, Hiroyasu & Kogure; Mori, Katsura. A Stereoselective Synthesis of Antimycinone A 3 and Its Stereoisomers. Agricultural and Biological Chemistry. 1973, 37: 915–920. doi:10.1080/00021369.1973.10860744. Challener, Cynthia A.; Wulff, William D.; Anderson, Benjamin A.; Chamberlin, Steve; Faron, Katherine L.; Kim, Oak K.; Murray, Christopher K.; Xu, Yao Chang; Yang, Dominic C.; Darling, Stephen D. Cyclopentenone formation via hydrogen activation in the reactions of chromium carbene complexes with alkynes. Journal of the American Chemical Society. February 1993, 115 (4): 1359–1376. doi:10.1021/ja00057a020. Parlier, A.; Rudler, H.; Platzer, N.; Fontanille, M.; Soum, A. Interactions des alcynes avec les complexes carbéniques du tungstène portant une double liaison carbone— carbone: Accès aux dérivés bicyclo[4,1,0] heptaniques par insertion-cyclopropanation. Journal of Organometallic Chemistry. May 1985, 287 (1): c8–c12. doi:10.1016/0022-328X(85)80079-6. Hoye, Thomas R.; Vyvyan, James R. Polycyclic Cyclopropanes from Reactions of Alkene-Containing Fischer Carbene Complexes and Alkynes: A Formal Synthesis of (.+-.)-Carabrone. The Journal of Organic Chemistry. June 1995, 60 (13): 4184–4195. doi:10.1021/jo00118a040.
