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钳式氮杂环卡宾铁、钴和镍配合物的合成及催化性质研究

王子敬  
【摘要】:氮杂环卡宾配体因其稳定性较高,给电子能力强等优点逐渐代替了常用的富电性膦配体成为金属有机化学方向的研究热点。近年来,将氮杂环卡宾引入到钳式配体的结构骨架中所带来的优点越来越引起科研工作者的兴趣。金属卡宾使得其金属配合物能稳定存在于空气、潮湿甚至强酸环境中。此外,氮杂环卡宾的结构更容易被调节和功能化,使得其相应配合物的反应活性也更灵活。随着含氮杂环卡宾钳式配体支持的金属配合物种类不断的增加,这些配合物作为催化剂高效地催化有机反应的类型也不断拓展。本论文的工作中,我们利用含氮杂环卡宾的钳式配体合成了廉价过渡金属铁、钴和镍配合物,并探索其新的催化领域。1.配体L1与Fe(PMe3)4和Co(PMe3)4的反应分别得到螯合的化合物4和6。其中,钳式配体上的二甲基胺侧臂没有配位在金属中心上,金属中心处于扭曲的四面体构型中。L1与CoC12反应得到了一个顺磁性的三价钴钳式配合物7,钴原子处于三角双锥结构构型中。镍溴化合物1-3可以通过用NaBH4还原的方式得到金属氢化合物8-10,并进行了全面的表征。镍氢化合物比较活泼,能够参与多种与小分子的性质反应,如与碘甲烷的取代反应,与苯乙炔的插入反应等。2.镍氢配合物8-10,特别是8对有机卤化物的脱卤氢化反应具有很高的催化活性。通过实验我们探索了8对这一催化反应的最佳反应条件,并进行了底物的拓展。在 3 mol%8/(EtO)3SiH/NaO'Bu/toluene/80℃反应条件下,脂肪族卤代烃的氢化最高可达到99%的产率,对于含有吸电子基团的芳香族卤代烃也有57%-93%的分离产率。通过一系列实验,验证了金属镍化合物催化的自由基循环机理。3.我们探索了 1-3对Sonogashira偶联反应的催化体系,以碘代正辛烷和苯乙炔为底物确定了其最佳反应条件——5 mol%1/5 mol%CuI/1.5 eq Cs2CO3/DMSO/100-120℃/16-24h。并进行了底物的拓展实验,尤其是以较高产率(44-82%)催化了不活泼氯代烷烃与炔烃的偶联反应。此外,我们对催化循环的机理也进行了详细的探讨和实验验证。4.在配体L1的结构基础上进行了改进,合成了新型C(carbene)N(amido)N(pyrrolidine)钳式配体 L2a-L2b,和相应的钳式镍配合物17和18。以1,2,17和18为催化剂探索酮类化合物的转移氢化反应,对比1和17两种配体上不同侧臂的镍配合物的催化活性,含吡咯烷基的配合物17的催化性能优于含二甲胺基团的配合物1。在2mol%17/NaOtBu/iPrOH/80℃/48h的反应条件下,对芳香族酮类化合物的氢化产率为 77-98%。


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