新型氮桥联磷/锗(锡)路易斯酸碱对化学和自固载型氮磷配体钌催化剂及性能研究

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论文工作包含两个部分:氮桥联磷/锗(锡)路易斯酸碱对化学和氮磷配体钌催化剂及性能研究。第一部分涉及N桥联P/Ge(Sn)受阻酸碱对(Frustrated Lewis Pair,FLP)的设计合成以及对有机炔、醛分子的反应化学研究。第二部分涉及N,P配体的设计合成、自固载型钌催化剂的合成以及有机酯类分子的加氢催化性能研究。具体工作如下。  1、新型N桥联的P/Ge、P/Sn FLP的制备与反应化学研究  以伯胺为原料,采用一锅法制备了一系列N桥联的P/Ge FLP化合物Ph2PN(R)GeCl3(R=2,6-iPr2C6H3(1)、2,4,6-Me3C6H2(2)、C6H11(3))、Ph2PN(2,6-iPr2C6H3)GeMe3(4)和P/Sn FLP化合物Ph2PN(2,6-iPr2C6H3)SnMe3(5),进一步研究了这些化合物与有机炔烃和醛分子的反应化学。在这些P/Ge(Sn)受阻酸碱对中,Ge(或Sn)为Lewis酸中心,Lewis酸性强度受其取代基的影响;P为Lewis碱中心。因此,P/Ge(Sn) FLP与有机炔烃容易发生1,3-双极性环加成反应,其中化合物1-3分别与MeO2CC≡CCO2Me反应得到 C2PNGe五元环状烯烃化合物[Ph2PN(R)GeCl3](MeO2CC=CCO2Me)(R=2,6-iPr2C6H3(6)、2,4,6-Me3C6H2(7)、C6H11(8),化合物1与HC≡CCO2Me反应得到类似的化合物[Ph2PN(R) GeCl3](HC=CO2Me)(9)。这些环状化合物呈分子内双性离子特征,其中Ge呈电负极性,P呈电正极性。化合物4与 RC≡CCO2Me2反应得到非环状烯烃化合物(2,6-iPr2C6H3N=P(Ph2)C(R)=C(CO2Me)GeMe3(R=CO2Me(10),H(11)),化合物5与MeO2CC≡CCO2Me反应得到类似结构产物2,6-iPr2C6H3N=P(Ph2)C(CO2Me)=C(CO2Me)SnMe3(12)。化合物10-12的形成经过上述类似的五元环中间体,由于Ge或Sn上甲基为推电子取代基,导致较弱的Lewis酸性,因而形成的五元环化合物不稳定,进一步开环引发GeMe3(或SnMe3)迁移。化合物1分别与醛CH3CH2CHO和1,4-(CHO)2C6H4同样发生1,3-双极性加成反应,但是生成新颖的 OCPNGe五元杂环分子内双性离子化合物[Ph2PN(2,6-iPr2C6H3)GeCl3][CH(CH2CH3)O](13)和[Ph2PN(2,6-iPr2C6H3)GeCl3][1,4-(CHO)2C6H4][Cl3GeN(2,6-iPr2C6H3)PPh2(14)。化合物1-14均经过核磁(1H、13C和31P)谱学和CHN元素分析,其中化合物1、7和10-14进一步经过X-射线单晶衍射研究。  2、自固载型Ru化合物的合成以及氢化催化反应性能研究  通过醛胺缩合和亲核取代反应制备了两种含苯乙烯结构的氮磷配体o-(PPhC6H4-4-CH=CH2)C6H4C=N-2,6-iPr2C6H3(16)和o-(PPhC6H4-4-CH=CH2)C6H4CH2NHtBu(19),16和19分别与二乙烯基苯通过自由基聚合共聚形成网状结构的聚合物,进一步与过渡金属Ru化合物反应生成相应的有机聚合物固载型过渡金属钌催化剂[poly-o-(PPhC6H4-4-CH=CH2)C6H4C=N-2,6-iPr2C6H3]Ru(PPh3)Cl2(26)和[poly-o-(PPhC6H4-4-CH=CH2)C6H4CH2NHtBu]Ru(PPh3)Cl2(27)。这四种化合物经过核磁(1H、13C和31P)谱学和CHN元素分析,其中化合物16和19经过X-射线单晶衍射进一步确认。化合物26和27分别与乙二胺发生取代反应生成化合物[poly-o-(PPhC6H4-4-CH=CH2)C6H4C=N-2,6-iPr2C6H3]RuCl2(NH2CH2CH2NH2)(29)和[poly-o-(PPhC6H4-4-CH=CH2)C6H4CH2NHtBu]RuCl2(NH2CH2CH2NH2)(30)。考察了酯类分子的加氢催化活性,结果表明化合物26和27在碱存在下H2为氢源时加氢活性较低,化合物29和30则显示很好的催化活性,在一定条件下催化苯甲酸甲酯加氢生成苯甲醇的转化率达到100%。对该催化剂的循环稳定性也进行了研究。  在第一部分工作中,N-桥联的P/Ge和P/Sn FLP是首次报道,并成功地应用于有机小分子炔烃和/或醛的双极性加成反应;化合物4和5分别与RC≡CCO2Me反应生成含GeMe3(或SnMe3)和膦亚胺基的双取代烯烃分子(10-12),这为合成异双取代的含14族重属元素取代基的烯烃分子提供了一条新的路线;化合物13和14的形成为合成OCPNGe五元杂环分子提供了新的构筑方法。这些工作与我们组之前报道的N-桥联的P/Si FLP一起,称为第Ⅳ/Ⅴ主族的FLP化学。在第二部分工作中,我们成功地设计并制备了自固载型N,P配体的乙烯基合成子,进而成功地合成了自固载型的过渡金属Ru催化剂前驱体,并探测出其很好的酯类分子加氢的催化性能。
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