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过渡金属钯催化的炔烃羰化反应是构建羧酸、酯、酰胺等高附加值羰基化合物的有效途径之一。膦配体修饰的钯催化剂与Br?nsted酸是影响炔烃羰化反应的重要因素,二者可以协同作用生成[Pd-H]+活性物种。然而,过量Br?nsted酸的引入往往会导致膦配体的烷基化、[Pd-H]+物种的淬灭及设备的腐蚀。研究表明,与Br?nsted酸相比,Lewis酸能够以极化醇或H2O等质子给体中O-H键的方式提供质子,从而与过渡金属催化剂作用形成金属氢活性物种。因此,Lewis酸助剂和主催化剂结合使用可以协同促进炔烃羰化反应的进行。近年来,兼具多种催化剂的共催化体系成功攻克了许多颇具挑战的科学问题,引起人们广泛关注。针对使用过量Br?nsted酸带来的问题,本论文以Lewis酸代替Br?nsted酸,通过构建“过渡金属Pd配合物-Lewis酸”共催化体系,顺利实现了两类炔烃羰化反应—炔烃双羰化酯化反应和炔烃氢羧化反应。具体开展了以下研究工作:(1)Xantphos修饰Pd配合物-Al(OTf)3双功能催化体系协同催化炔烃双羰化酯化反应的研究本工作采取两种催化剂以物理混合方式进行协同催化的策略,通过Xantphos修饰的Pd配合物(Pd/Xantphos)和超强Lewis酸Al(OTf)3组成的双功能催化体系成功实现了炔烃的一锅法串联双羰化酯化反应。Pd/Xantphos配合物催化活化底物炔烃和CO,而Al(OTf)3活化甲醇使其更有效地成为[Pd-H]+活性物种的氢源,二者通过对不同底物分子的协同催化作用促进双羰化酯化反应的顺利进行。实验结果表明,在最优条件(Pd 1 mol%,Xantphos 0.05 mmol,Al(OTf)3 4 mol%,CO 1 MPa,120℃,20 h)下苯乙炔可以实现向目标产物2-苯基琥珀酸二甲酯的高效转化,产率达到86%。廉价易得的Lewis酸Al(OTf)3是代替腐蚀性质子酸的理想选择,而具有刚性骨架和螯合效应的双齿膦配体Xantphos同时可以显著提高Pd催化剂的催化性能。原位高压红外表征及同位素标记实验表明,具有强亲氧性的Al(OTf)3能够通过Lewis酸-碱相互作用活化MeOH使其更易成为[Pd-H]+活性物种的氢源,保证[Pd-H]+物种的生成和稳定性。1H/13C NMR表征则进一步证实了Al(OTf)3对甲醇的活化作用,这是实现分子间协同催化的重要保障。此外,该催化体系具有良好的底物普适性,适用于不同芳香族或脂肪族炔烃的双羰化酯化反应。(2)“叔膦-季鏻鎓Lewis酸”双功能配体L2构建的“过渡金属Pd配合物-Lewis酸”共催化体系协同催化炔烃氢羧化反应的研究本工作采取双功能配体构建同分子内双功能催化的策略,研究炔烃的氢羧化反应。首先,通过双齿膦配体BINAP与1,3-丙烷磺酸内酯反应,成功制备了兼具P(III)配位基团和[P(V)]+Lewis酸活性中心的水油两亲性双功能配体L2;然后,通过L2与Pd(II)的配位作用构建同分子内双功能催化体系。研究表明,Pd(OAc)2-L2双功能催化体系共催化炔烃的氢羧化反应,有反应条件温和、催化剂用量少、无需额外添加助剂、反应用时短、产物选择性高等优点,同时还展现出了良好的底物普适性。对于双功能配体L2来说,其叔膦基团可以与Pd金属配位,稳定金属中心;季鏻鎓基团可以通过Lewis酸-碱相互作用活化H2O使其成为[Pd-H]+活性物种的有效氢源,从而避免腐蚀性Br?nsted酸的使用;P(III)配位基团和[P(V)]+Lewis酸基团通过稳定的共价键相连构筑于同一有机分子中,能够有效实现二者同分子体系内的共催化作用。另一方面,亲水性基团-SO3-使得底物苯乙炔、H2O更易与催化剂接触,促进氢羧化反应进行。