钴、钯配合物的合成及在CO2转化和唑类芳基化反应的应用.pdfVIP

摘要 工业进程的不断推进以及人们生活水平的提升带来了一系列的环境问题，其中，温室气体二氧 化碳的大量排放带来的全球变暖，海平面上升等问题严重威胁人类的生存环境，实现CO2 的高效利 用成为研究热门。CO2 可以作为原料应用在各种高附加值化学品的合成中，部分反应的原子经济性 可以达到100%，这符合绿色高效的发展理念。但是CO2 作为一种惰性气体，意味使用化学方法将其 转化为高附加值的化学品要面临着高温高压等苛刻的反应条件，为了使CO2 转化时的反应条件更加 温和，研究高活性的催化剂是十分必要的。本课题组基于一种非对称吡啶桥连pincer 型配体，合成 报道了一系列高活性的金属配合物催化剂或有机催化剂，因此，在本课题组的研究基础上，结合反 位效应的设计理念，设计合成了一系列高活性的杂配体钴配合物催化剂，并成功将其应用到CO2 参 与的环状碳酸酯的合成反应，以及CO2 与炔胺合成恶唑烷酮化合物的反应中，取得了优异的反应效 果。 1. 基于本实验室合成的非对称吡啶桥连pincer 型配体和配体之间存在反位效应的设计理念，将 这种pincer 型配体和Co(acac)2 进行反应，合成了6 种不同的杂配体钴配合物催化剂，对其进行了单 晶、高分辨质谱和核磁表征。之后，将该催化剂应用在恶唑烷酮的合成反应中，.恶唑烷酮化合物在 手性助剂，药物合成等领域有十分广泛的应用，炔胺类化合物和CO2 反应合成恶唑烷酮化合物是一 种高效，绿色，可持续的发展方式。将这种杂配体的钴配合物应用在炔胺与CO2 合成恶唑烷酮的反 应中，发现在相对温和的条件下（60℃，1 atm CO ），钴配合物催化剂表现出了较高的催化活性， 2 对11 种不同取代基的底物进行了拓展，得到了较高的转化率。将其应用在CO2 与环氧化物和成环状 碳酸酯的反应中，同时使用不同的方式验证pincer 配体和乙酰丙酮配体之间存在的反位效应。 2. 杂配体的钴配合被应用在环状碳酸酯的合成中，钴配合物催化剂表现出极其优异的催化效果， 可以在30℃，0.3 MPa CO2 压力，0.2 mol%的催化剂量的条件下，实现了对端环氧化物和内环氧化物 的高效转化。该催化剂的作用机理也被研究，通过紫外光谱，高分辨质谱，原位红外光谱，电子顺 磁共振谱和 DFT 计算等一系列方式验证了催化剂在反应中的作用过程，也验证了乙酰丙酮配体和 pincer 配体之间存在的反位效应。首先钴配合物中的乙酰丙酮基团在反应过程中由于反位效应的存 在发生离去，使得钴金属中心暴露，之后钴与体系中存在的Br 离子发生配位，形成活性中间体，之 后该中间体对底物进行活化，体系中存在的助催化剂四丁基溴化铵（TBAB ）进一步加速了反应进程。 3. 除此之外，基于本实验室之前在咔唑芳基化领域的研究成果，将一种咔唑-吡啶类化合物作为 配体，设计合成了6 种不同的pincer 型金属钯配合物催化剂，这种钯配合物催化剂被应用在唑类和 溴代芳烃的直接芳基化反应中，分别对咪唑，恶唑，噻唑，吡唑等与溴代芳烃的直接芳基化反应进 行了研究，得到了较好的反应效果与底物普适性，拓展了61 种不同的底物，对比实验发现钯催化剂 在反应中的活性中间体为Pd(0)物种，该部分丰富了本文的研究内容。 关键词：CO ；钴(Co)配合物；环氧化物；环状碳酸酯；恶唑烷酮；钯配合物；唑类；溴代芳烃 2 I Abstract The continuous advancement of the industrial process and the improvement of peoples living standards have brought a series of environmental problems. Among them, global warming and rising sea levels caused by the massive emission of greenhouse gas carbon dioxide seriously threaten the living environment