苯基桥联双(b-二亚胺基)双稀土金属胺化物的合成、表征及其催化性能、反应性能研究

摘要

本论文以苯基桥联双(b–二亚胺基)为辅助配体，合成了一系列具有不同结构的苯基桥联双(b–二亚胺基)双稀土金属胺化物，并对这些配合物进行了详细的结构表征。在此基础上，考察了部分苯基桥联双(b–二亚胺基)双稀土金属胺化物催化丙交酯开环聚合以及它们与烷基铝和阳离子化试剂组成的催化体系催化异戊二烯聚合的行为；系统研究了体积位阻效应对合成间苯基桥联双(b–二亚胺基)双稀土金属三甲基硅胺基化合物的影响和体积位阻效应对苯基桥联双(b–二亚胺基)双稀土金属胺化物与碳化二亚胺反应的影响。主要研究结果如下：
　　1.分别利用对/间苯基桥联双(b–二亚胺基)为辅助配体，合成了一系列的苯基桥联双(b–二亚胺基)双稀土金属胺化物。以上所有配合物都经过了详细的结构表征，并测定了它们的单晶结构，单晶结构测试表明上述双金属化合物的结构相似，都是具有C2-对称性的单分子双金属结构。
　　2.以配合物PARA-{Ln[N(SiMe3)2]2}2(Ln=Nd(1), Sm(2), Y(3)), PARACH3-{Ln[N(SiMe3)2]2}2(Ln=Sm(5), Y(6)), PARA-{Y[NPh2]2(THF)}2(14), PARA-[Nd(NiPr2)2]2(18), META-{Nd[N(SiMe3)2]2}2(26)为例，考察了它们作为单组分催化剂引发丙交酯开环聚合的行为。研究结果表明：这些双金属配合物对于L-丙交酯的开环聚合都显示了非常高的催化活性。配合物中配体的结构、中心金属、胺基基团对其催化活性都有一定的影响。其中，胺基基团较小的配合物18的催化活性最高；配体位阻较小的配合物5-6的催化活性要高于配体位阻较大的配合物2-3的活性，配合物1和26的催化活性基本相似。同时还考察了配合物1和26引发rac-丙交酯聚合的行为。实验结果表明：它们都可以在THF溶剂中，常温条件下，以较高活性引发rac-丙交酯开环聚合，得到了分子量较高且分子量分布相对较窄的聚丙交酯，但所得聚合物的立体选择性一般。其中配合物26的催化活性比配合物1稍高，显示出了配体结构的改变对配合物的催化活性有一定影响。
　　3.以配合物PARA-{Y[N(SiMe3)2]2}2(3), PARACH3-{Ln[N(SiMe3)2]2}2(Ln=Sm(5), Y(6)), PARA-{Ln[N(HSiMe2)2]2}2(Ln= Sm(9),Y(10)), METACH3-{Y[N(SiMe3)2]2}2(33)为例，分别考察了它们与AlR3和[Ph3C][B(C6F5)4]组成的三组分体系催化异戊二烯聚合的行为。系统考察了反应温度、溶剂、助催化剂以及催化剂的中心金属和配体结构对上述三组分催化体系催化性能的影响。实验结果表明：上述三组分体系能在相对温和的条件下能高活性地引发异戊二烯的cis-1,4-选择性聚合，cis-1,4-选择性最高可达93.4%。其次，上述催化体系具有热稳定性好以及聚合过程符合活性聚合等特点。
　　4.为了考察上述双稀土金属胺化物在催化过程中是否具有双金属协同效应。我们利用具有上述桥联配体一半结构的单(b–二亚胺基)为辅助配体，合成了单金属胺化物L2,6-iPrPh-Y[N(SiMe3)2]2(21)和L2,6-iPrPh-Y[N(HSiMe2)2]2(22)，并分别以配合物3和21，10和22为两组考察对象，考察了它们与AlR3和[Ph3C][B(C6F5)4]所组成的三组分体系催化异戊二烯聚合的行为。实验结果表明，双金属配合物3和10催化异戊二烯聚合时并不显示双金属协同效应。原因可能为：由于配合物中两个金属之间的距离相对较远，从而阻碍了两金属在催化过程中的相互作用。
　　5.以配合物22为例，对上述催化过程的机理进行了探讨。首先，配合物22能与AlMe3发生胺基-烷基交换反应，形成配合物L2,6-iPr2MeY[(μ-Me)2AlMe2]2(23)。经核磁管反应证明，配合物23能再与[Ph3C][B(C6F5)4]反应，生成阳离子化合物[L2,6-iPr2Ph]Y[(μ-Me)2AlMe2][B(C6F5)4]，该化合物可能是上述三组分体系在催化异戊二烯聚合过程中的活性中间体。
　　6.系统考察了反应温度、溶剂和配体的位阻大小对合成间苯基桥联双(b–二亚胺基)双稀土金属三甲基硅胺基化合物的影响。实验结果表明：在四氢呋喃中，60°C条件下，以间苯基桥联双(b–二亚胺基) META-H2[META-H2=2[2,6-iPr2C6H3NHC(Me)C(H)C(Me)N]-(meta-phenylene)]为辅助配体，与2倍量的Ln[N(SiMe3)2]3(m-Cl)Li(THF)3反应，分离得到的是间苯基桥联双(b–二亚胺基)稀土/锂杂双金属胺化物[Li(THF)]META{Ln[N(SiMe3)2]2}(Ln=Nd(28), Sm(29),Yb(30))。相同的反应在甲苯中，90°C条件下反应，对于原子半径较大的Nd和Sm，分离得到的是双稀土金属胺化物META-{Ln[N(SiMe3)2]2}2(Ln=Nd(26), Sm(27))；但对于原子半径较小的Yb，只能分离到稀土/锂(Ln/Li)杂双金属胺化物。进一步研究发现，若将上述配体中芳环上2,6位的异丙基改为位阻较小的甲基时，该反应在甲苯中，90°C条件下进行，对于不同大小的稀土金属，所得产物均为双稀土金属胺化物METACH3-{Ln[N(SiMe3)2]2}2(Ln=Nd(31), Sm(32), Yb(33))。此实验结果表明：配体的位阻大小对间苯基桥联双(b–二亚胺基)双稀土金属三甲基硅胺基化合物的合成具有很大的影响。
　　7.通过META-H2与NaH的反应制得了间苯基桥联双(b–二亚胺基)双钠盐META-[Na(THF)2]2(24)。系统考察了在不同条件下（温度、溶剂、时间），配合物24与{Ln(μ-Cl)[N(SiMe3)2]2(THF)}2的反应。实验结果表明：对于原子半径较大的La和Nd，所得产物为双稀土金属胺化物META-{Ln[N(SiMe2)2]2}2(Ln=La(25),Nd(26))；但是对于原子半径相对较小的Y和Yb，所得产物为{Ln[N(SiMe3)2]2}META{Ln[N(SiMe3)2]Cl(THF)}(Ln=Y(35),Yb(36))。这表明稀土金属离子半径的大小对合成上述配合物有一定的影响。配合物35和36的形成原因，可能是由于小半径稀土金属离子周围的配位环境较为拥挤，配合物中的配位环境难以容下每个中心金属上都配位两个体积较大的三甲基硅胺基。
　　8.试图通过META-H2与中性三硅胺基稀土Ln[N(SiMe3)2]3的质子交换反应，合成具有小原子半径中心金属的间苯基桥联双(b–二亚胺基)双稀土金属胺化物META-{Ln[N(SiMe3)2]2}2。但却意外地得到了一系列的配体桥联苯环上发生C-H活化的产物{Ln[N(SiMe3)2]}2(META’)(m-Cl)(Ln=Y(37),Yb(38),Nd(39),Sm(40))。经分析是由于Ln[N(SiMe3)2]3不纯所致。通过核磁管反应证明，配合物35和36在甲苯溶剂中加热到110°C，反应12小时，分别可以完全转化为配合物37和38。这说明配合物35和36就是形成配合物37和38的中间体。
　　9.系统考察了所合成的双稀土金属胺化物与碳化二亚胺的反应。实验结果表明：对于配合物PARACH3/PARA-{Y[N(SiMe3)2]2}2，它们不能与碳化二亚胺发生反应；对于胺基相对较小的配合物PARA-{Ln(NPh2)2(THF)}2，每个金属上的一个二苯胺基可以与碳化二亚胺发生反应，生成配合物PARA-{Ln(NPh2)[RNC(NPh2)NR]}2；而对于配体位阻较小的配合物PARACH3-{Y[NPh2]2(THF)}2，每个金属上的两个二苯胺基都可以与碳化二亚胺发生反应，生成配合物 PARACH3-{Ln[RNC(NPh2)NR]2}2。上述实验结果表明：体积位阻效应对于上述双稀土金属胺化物与碳化二亚胺的反应有较大的影响。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 研究背景

第一节 ?–二亚胺基稀土金属配合物研究进展

第二节 双金属协同效应的研究进展

第三节 立题思想

参考文献

第二章 实验部分

第一节 原料及试剂的纯化

第二节 分析与测试

第三节 原料的制备

第四节 稀土金属配合物的合成

第五节 稀土金属配合物的催化性能

参 考 文 献

第三章 对苯基桥联双(β-二亚胺基)双金属稀土胺化物的合成、表征及其催化性能

第一节 苯基桥联双(?-二亚胺基)稀土金属胺化物的合成和表征

第二节 苯基桥联双(?-二亚胺基)双金属稀土胺化物催化丙交酯聚合

第三节 苯基桥联双(?-二亚胺基)双稀土金属胺化物催化异戊二烯cis-1,4聚合

参 考 文 献

第四章 间苯基桥联双(β-二亚胺基)双金属稀土胺化物的合成、表征及其催化性能

第一节 间苯基桥联双(?-二亚胺基)稀土金属配合物的合成和表征

参考文献

第五章 苯基桥联双(β-二亚胺基)双金属稀土胺化物的反应性能研究

参考文献

全文总结

攻读博士期间公开发表的论文

致谢