具有金属-NH配体协同作用钌催化剂的合成及其催化酯加氢制醇的研究

摘要

设计合成具有金属-NH配体协同作用的优秀催化剂是催化加氢研究的重要组成部分。本论文新合成了多种不同结构的o-PPh2C6H4NH2-Ru化合物并成功将它们应用于催化酯类化合物加氢制醇的反应研究中。在对系列催化剂结构进行系统表征的基础上，结合它们的催化活性进行了构效关联。鉴于o-PPh2C6H4NH2-Ru体系难以有效催化位阻较大底物的加氢这一问题，进一步将与o-PPh2C6H4NH2结构相似的柔性膦胺配体以及N，N'-二烷基取代的乙二胺配体引入到催化剂结构中，合成出了多种新型催化剂。取得了如下主要研究成果:
　　1、通过选用不同钌前驱体和采用不同反应条件，合成出了一系列刚性o-PPh2C6H4NH2配体配位的钌化合物，如[(PPh3)(o-PPh2C6H4NH2)RuCl2]2(1)、(o-PPh2C6H4NH2)2RuCl2(2)、[(o-PPh2C6H4NH2)2(o-PPh2C6H4NH)Ru]+Cl-(3)和(o-PPh2C6H4NH2)(o-PPh2C6H4NH)RuCl(CO)(5)等。活性测试结果表明，化合物1、2和5都可以高效催化草酸二甲酯选择性加氢制乙醇酸甲酯;优于相似结构的柔性膦胺配体构成的钌化合物(Ph2P(CH2)2NH2)2RuCl2、(Ph2P(CH2)3NH2)2RuCl2和(o-Ph2PC6H4CH2NH2)2RuCl2。化合物1和2在其它多种内酯、脂肪酸酯的加氢反应中也表现出了较好的催化活性。根据对照实验以及原位动力学实验的研究结果，推测了基于Ru-H与N-H协同作用的双功能催化反应机理。
　　2、通过分步合成的方法，成功合成出一类含有两种不同结构双齿膦胺配体的化合物，如(o-PPh2C6H4CH2NH2)(o-PPh2C6H4NH2)RuCl2(14)、(Ph2PCH2CH2NH2)-(o-PPh2C6H4NH2)RuCl2(18)和(Ph2P(CH2)3NH2)(o-PPh2C6H4NH2)RuCl2(19)等。新化合物在多种酯类、酰胺类以及碳酸酯类化合物的加氢反应中都表现出了优异的催化活性;有效克服了o-PPh2C6H4NH2-Ru体系难以有效催化位阻较大的酯类如芳香酸酯的加氢这一问题。对照实验结果证明了化合物结构中不同化学环境NH2基团的存在是其取得高催化活性的原因。DFT理论计算和分子动力学模拟结果表明电子效应、位阻效应等对催化剂的催化活性都有一定的影响。
　　3、从两个不同角度系统考察了仲胺基配体对催化剂催化性能的影响。一方面，基于o-PPh2C6H4NHR配体，合成出了系列钌化合物(o-PPh2C6H4NHR)2RuCl2(20-22，R分别为Me、Et、CH2Ph);另一方面，进一步将乙二胺配体以及N,N'-二烷基取代的乙二胺配体引入到o-PPh2C6H4NH2-Ru体系中，合成出了化合物(o-PPh2C6H4NH2)(RNH(CH2)2NHR)RuCl2(23-26,R分别为H、Me、Et、iPr)。在选择性催化草酸二甲酯加氢制乙醇酸甲酯的反应中，仲胺基配体配位的钌化合物的催化性能相比于化合物2和23都有了不同程度的提升，其中以化合物20和25为最优，它们的TOF值分别达到1540 h-1和2020h-1。仲胺配位基对钌中心较强的供电子能力可能是仲胺基催化剂活性较高的原因。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 醇的应用

1．2．1 甲醇

1．2．2 低碳醇

1．2．3 脂肪醇

1．2．4 芳香醇

1．2．5 二元醇

1．2．6 多元醇

1．3 醇的来源和制备

1．3．1 甲醇

1．3．2 低碳醇

1．3．3 脂肪醇

1．3．4 芳香醇

1．3．5 二元醇

1．3．6 多元醇

1．4 催化酯加氢制醇的催化剂研究进展

1．4．1 多相酯加氢催化剂的研究进展

1．4．2 均相酯加氢催化剂的研究进展

1．4．3 均相催化酯加氢的反应机理

1．5 o-二苯基膦苯胺-Ru体系的研究进展

1．6 论文的构思与研究目的

1．7 论文的组成和概要

参考文献

第二章 系列o-PPh2C6H4NH2-Ru配合物的合成、结构表征以及用于草酸二甲酯选择性加氢的研究

2．1 引言

2．2 结果与讨论

2．2．1 (PPh3)3RuCl2／o-PPh2C6H4NH2／NaOMe体系原位催化性能测试

2．2．2 钌配合物1-8的合成

2．2．3 化合物1-8的结构表征

2．2．4 化合物6和7可逆转化的动力学研究

2．2．5 催化加氢性能测试

2．2．6 o-PPh2C6H4NH2-Ru体系催化草酸二甲酯加氢反应机理的研究

2．3 本章小结

参考文献

第三章 两种不同结构双齿膦胺配体配位的新型钌配合物的合成及在均相加氢中的应用

3．1 引言

3．2 结果与讨论

3．2．1 化合物14-19的合成

3．2．2 化合物的结构表征

3．2．3 催化活性测试

3．2．4 DFT理论计算和分子动力学模拟

3．2．5 新型化合物的拓展

3．3 本章小结

参考文献

第四章 新型仲胺基配体配位的钌催化剂的合成、结构表征以及用于草酸二甲酯选择性加氢的研究

4．1 引言

4．2 结果与讨论

4．2．1 化合物20-31的合成与结构表征

4．2．2 催化活性测试

4．3 本章小结

参考文献

第五章 实验部分

5．1 原料与试剂

5．2 实验操作和原料与试剂的预处理

5．3 化合物的合成

5．3．1 钌前驱体的合成

5．3．2 配体的合成

5．3．3 钌化合物的合成

5．4 化合物的表征

5．4．1 核磁表征(NMR)

5．4．2 单晶结构测试与解析

5．4．3 红外表征(FT-IR)

5．4．4 元素分析

5．5 催化加氢性能测试

5．6 相关钌配合物的晶体结构解析参数

5．7 部分钌配合物的1H和31P{1H}核磁谱图

参考文献

第六章 结论

6．1 系列o-PPh2C6H4NH2-Ru配合物的合成、结构表征以及用于草酸二甲酯选择性加氢的研究

6．2 两种不同结构双齿膦胺配体配位的新型钌配合物的合成及在均相加氢中的应用

6．3 新型仲胺基配体配位的钌催化剂的合成、结构表征以及用于草酸二甲酯选择性加氢的研究

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致谢