三甲基膦支持的铁、钴和镍配合物对硅氢键的活化及功能化研究

摘要

近年来，环境和生态问题日益引起人们的广泛关注。重金属污染是其中重要的一个因素，而后过渡金属如铁、钴和镍等，由于其毒性相对贵金属较低，对环境友好，而且丰度大，储量丰富，无论在工业生产还是实验室内，应用范围越来越广。另外一个方面，在与过渡金属配位构建新型金属有机配合物的膦配体选择中，三甲基膦由于其具有强的配位能力，分子体积小，而且易于制备等特点，在催化剂的设计和金属有机过程机理的探究中，应用广泛。利用三甲基膦支持的低价态铁、钴和镍的配合物，实现硅烷分子内硅氢键的活化，来合成多个硅基金属有机化合物，构建新型硅基催化剂，具有重要的意义。
　　本文利用三甲基膦配位的低价态铁、钴和镍配合物为原料，主要集中于以下四方面的工作:
　　1、利用三甲基膦支持的铁和钴配合物实现无锚定基团存在下小分子硅烷中硅氢键的活化。结果发现，三甲基膦支持的Fe(PMe3)4可以在加热条件下与三乙氧基硅氢构建η2形式的零价铁产物1。而Fe(PMe3)4与其他硅烷如Ph3SiH则并不能反应。Co(PMe3)4与硅烷均能在甲苯内加热实现硅氢键的活化但是产率都较低。Co(PMe3)4与Ph3SiH反应得到了淡黄色晶体2，但是这个二价钴氢化合物对于苯甲醛没有催化还原作用。
　　2、探索了三甲基膦支持的铁、钴和镍配合物对双喹啉硅基(NSiN)钳式配体8中的硅氢键的活化。研究发现，Fe(PMe3)4或者Me2Fe(PMe3)4与NSiN反应得到了η2配位形式的喹啉基铁氢化合物9。另外，还分离得到了稳定的双螯合铁配合物10。利用Co(PMe3)4与NSiN反应室温下分离得到了简单配位的零价钴产物11，而在50℃下加热条件下得到了硅氢键活化的二价顺磁的钴氢产物12。利用Me2Ni(PMe3)3与NSiN反应得到了硅氢键的活化并脱出甲烷的双螯合产物13。结果证实甲基镍中的甲基转移到了硅原子上，得到的是二甲基硅喹啉基的双螯合零价镍产物13。
　　3、利用三甲基膦支持的铁、钴和镍金属配合物实现了含有三个二苯基磷基的硅基四齿配体14中的硅氢键活化并探索了产物的性质。Fe(PMe3)4与配体14反应得到了硅氢键活化的铁氢产物15。化合物15在空气中十分稳定，但是结果证实其对于不饱和化合物如苯甲醛没有催化还原效果，与强配位能力的CO也不存在反应。配体14与Me2Fe(PMe3)4反应得到了五配位的二价顺磁的甲基铁产物16。四齿配体14与Co(PMe3)4或MeCo(PMe3)4反应均得到了三甲基膦配位的一价钴化合物17。配体14与CoCl(PMe3)3反应得到了六配位的三价钴的产物18。化合物18证实可用作Kumada的原位催化剂，具有良好的催化效果。配体14与Ni(PMe3)4反应得到了η2-[PSiP]形式钳式结构的零价镍氢化合物21。这个活性较高的化合物21与氯硅烷、溴乙烷和碘甲烷发生氧化加成反应分别得到了镍氯、镍溴和镍碘化合物。四齿配体14与Me2Ni(PMe3)3反应得到了相应的脱出甲烷的甲基镍化合物26。
　　4、利用三甲基膦支持的铁、钴和镍配合物实现了[PSi]双齿配体27中硅氢键的活化并探索了新化合物的性质。双齿配体27与Fe(PMe3)4反应得到了硅氢键活化的铁氢化合物28。这个高活性的金属氢化合物28被证实在醛、酮和酰胺的还原中有着优异的催化能力。Me2Fe(PMe3)4与配体27反应得到了双螯合新型三价铁氢化合物29。双齿配体27与Co(PMe3)4得到了紫红色的多核产物30。27与MeCo(PMe3)4反应得到了硅氢键活化的一价钴化合物31同时消除一分子甲烷。产物31与碘甲烷发生单电子氧化加成得到了顺磁的二价钴产物32。配体27与CoCl(PMe3)3在室温下反应得到了氧化加成的三价钴化合物33。化合物33可以与碘甲烷反应得到碘代的三价钴氢产物34。配体27与Ni(PMe3)4在甲苯中加热至80℃可以分离得到η2配位的零价镍产物35。但是试图长时间加热获得二价镍氢产物没有成功，反而得到了双螯合的产物36。η2零价镍产物35与溴乙烷反应得到了配体解离的三甲基膦配位的溴化镍37。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 过渡金属配合物对无锚定基团的硅烷中硅氢键活化及功能化

1．2 硅基钳式配体中硅氢键的活化及性质研究

1．2．1 N原子为锚定基团的硅基钳式配体

1．2．2 P原子为锚定基团的硅基钳式配体

1．3 四齿硅基配体中的硅氢键的活化及功能化

1．4 双齿硅基配体中的硅氢键活化及性质探索

1．5 立题依据和研究内容

第二章 结果与讨论

2．1 小分子硅烷中硅氢键活化探索

2．1．1 三甲基膦支持的铁和镍的配合物对小分子硅烷硅氢键的活化探索

2．1．2 三甲基膦支持的钴配合物对小分子硅烷中硅氢键的活化研究

2．1．3 钴氢化合物2和5对醛类化合物的催化硅氢化研究

2．1．4 小结

2．2 三甲基膦支持的铁、钴和镍配合物对双喹啉硅基钳式配体中的硅氢键活化研究

2．2．1 三甲基膦支持的铁配合物对双喹咻硅基钳式配体8的硅氢键活化研究

2．2．2 三甲基麟支持的钴配合物对双喹啉硅基钳式配体8的硅氢键活化研究

2．2．3 三甲基膦支持的镍配合物对双喹啉硅基钳式配体8的硅氢键活化探索

2．2．4 小结

2．3 含有三个二苯基膦的四齿硅基配体中硅氢键活化及性质探索

2．3．1 三甲基膦支持的铁配合物对四齿配体14中硅氢键活化及性质探索

2．3．2 三甲基膦支持的钴配合物对四齿配体14中硅氢键活化及性质探索

2．3．3 三甲基膦支持的镍配合物对四齿配体14中硅氢键活化及性质探索

2．3．4 小结

2．4 含有一个二苯基膦的双齿硅基配体中的硅氢键活化及性质探索

2．4．1 三甲基膦支持的铁配合物对双齿硅基配体27的硅氢键活化及催化性质探索

2．4．2 三甲基膦支持的钴化合物对配体27中硅氢键活化研究

2．4．3 三甲基膦支持的镍化合物对配体27中硅氢键活化及性质探索

2．4 小结

第三章 总结论

第四章 实验部分

4．1 合成手段

4．2 所用试剂

4．3 表征方法和测试手段

4．4 原料和配体的制备

4．5 新化合物的制备

4．6 催化部分

第五章 附录

5．1 晶体结构数据

5．2 典型红外光谱

5．3 典型核磁谱图

参考文献

致谢

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