非血红素四氮锰配合物的合成及在伯醇催化氧化反应中的应用研究

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受酶催化氧化具有温和高效、高选择性等特性的启发,模拟酶构建仿生催化氧化成为了当今研究的热点。从酶的金属活性位点的化学模拟出发,大量的仿生有机小分子配体及其金属配合物已被设计和合成,其中,基于非血红素酶活性中心结构构建的四氮金属配合物被认为是模拟天然非血红素酶的模型化合物,主要应用于一系列氧化反应,如烯烃的环氧化反应、双羟基化反应和C-H键氧化等,而将其应用于醇的选择性氧化的报道却较少;且已报道的体系大多使用有机羧酸作为助催化剂,其用量甚至达到14倍当量,反应结束需中和,易产生大量废弃物造成污染。而醇的选择性氧化是有机合成中重要且应用广泛的一类氧化反应,具有非常重要的研究价值,因此,迫切需要开发新型绿色高效的非血红素模拟酶体系实现醇的选择性氧化。基于此,本论文以制备的非血红素四氮锰配合物作为催化剂,开发四丁基硫酸氢铵作为助催化剂,构建了新的模拟非血红素酶仿生催化体系,实现了伯醇的选择性氧化制备相应的醛或酸。具体研究工作如下:1.采用缩合、格氏反应和甲基化等步骤合成了两种具有不同空间位阻的四氮配体MCP[N~1,N~2-二甲基-N~1,N~2-双(吡啶-2-甲基)环己烷-1,2-二胺]和PMCP[N~1,N~2-二甲基-N~1,N~2-双(苯基吡啶-2-甲基)环己烷-1,2-二胺],与相应铁盐或锰盐配位制备不同非血红素四氮铁/锰配合物,并利用核磁、红外、高分辨质谱等手段对四氮配体及其金属配合物进行了表征。2.利用制备的非血红素四氮锰配合物为催化剂,创新性的以催化量四丁基硫酸氢铵作为助催化剂,构建了新的模拟非血红素仿生催化体系,实现了以H2O2为氧化剂的伯醇选择性氧化。研究结果表明在已制备的配合物中,(PMCP)Mn(OTf)2催化活性最高。其中,使用0.5 mol%(PMCP)Mn(OTf)2,1 mol%Bu4NHSO4,2当量H2O2条件下,常温反应1 h,可选择性得到94.2%的苯甲醛;以1 mol%(PMCP)Mn(OTf)2为催化剂,3 mol%Bu4NHSO4为助催化剂,使用3当量H2O2常温反应4 h,以89.5%的收率选择性得到产物苯甲酸。该体系底物适用范围广,可用于芳香族类、脂肪族类、杂原子类和带有不同官能团类的系列伯醇的氧化,均能以80%以上的选择性得到相应的醛或酸。
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