胍基稀土化合物的合成及催化性能的研究

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本文以单负离子胍基、双负离子胍基为配体(L = [iPrNHC(NiPr)(NC6H4p-R)] -、[(NiPr)2C(NC6H4p-R)]2-),合成了一系列三单负离子胍基稀土配合物、三双负离子胍基稀土/锂配合物。这些配合物都经过了包括X-光结构分析在内的全面表征。考察了它们在胺与碳化二亚胺的胍化反应、末端炔与碳化二亚胺的脒化反应和醛与胺的酰化反应中的催化活性,以及二胍基单双负离子胍基稀土/锂配合物与二亚胺的反应。主要研究结果如下:(1)我们用原位形成的胍基盐Li[iPrNHC(NiPr)(N(p-R)C6H4)] [R=-Cl, -H]、Li[CyNHC(NCy)(N(p-Cl)C6H4)]、Na[(iPrN)2CN(TMS)2]和Li[(R’’N)2CNR’2]与三氯化稀土发生交换反应合成了三胍基稀土的配合物[iPrNHC(NiPr)(NC6H4p-R)]3Ln·THF (Ln=La : R=-Cl(3-1), -H(3-2); Ln=Nd :R=-Cl(3-3) , -H(3-4);Ln=Y, R=-Cl(3-6)), [CyNHC(NCy)(N(p-Cl)C6H4)]3Nd(3-5), [(iPrN)2CN(TMS)2]3Nd(3-7), [(R’’N)2CNR’2]3La, R’=-C6H5, R’’=-Cy (3-8), -iPr (3-9); R’=-iPr, R’’=-Cy (3-10)。所有这些配合物都经过了IR,元素分析等分析手段的表征,其中配合物3-1,3-2,3-6,3-8,3-9和3-10经过了NMR表征,3-1、3-2、3-3、3-4、3-5和3-7经过了X-ray单晶衍射表征。3-1、3-2、3-3、3-4的分子结构是相似的,都是一个戴帽的八面体,它们与以往的三胍基稀土配合物的有所区别,是首例中心稀土离子上络合有THF的三胍基稀土配合物。(2)我们尝试用合成的三胍基稀土配合物催化了醛的酰胺化反应,实验结果表明三胍基稀土配合物可以在温和的条件下催化醛与胺的酰胺化反应,且具有较强的底物适应性。实验结果还显示了催化剂的催化活性强弱和配合物的中心金属以及配体都是有关的,对于中心金属离子来说,活性顺序为:Yb < Sm < Nd < La,对于配体来说,活性顺序为:NiPr2 < NHC6H5 < N(C6H5)2 < NHC6H4p-Cl,Cy < iPr。我们还对该反应的反应的机理进行了探究,分离得到了该反应得反应中间体之一—二胍基稳定的镧的氨化物{[iPrNHC(NiPr)(NC6H4p-Cl)]2La(NHPh)}2。(3)我们尝试用三胍基稀土配合物催化末端炔与碳化二亚胺的脒化反应,实验结果表明三胍基配合物可以使该反应在较温和的条件下进行,并高产率地得到了产物。实验结果还显示了催化剂的催化活性强弱和配合物的中心金属以及配体都是有关的,对于中心金属离子来说,活性顺序为:Yb < Sm < Nd < La;对于配体来说,活性顺序为:Ph2 > p-ClAr > iPr2、Cy > iPr。(4)我们以双负离子胍基[(NiPr)2C(N(p-R)C6H4)]2- [R=-Cl, -H]为配体合成了双负离子胍基稀土/锂配合物Ln[(NiPr)2C(NLi(p-R)C6H4)]3 [R=-Cl, Ln=Nd(4-1),Y(4-2),La(4-3);R=H,Ln=Nd(4-4)],所有这些配合物都经过了IR,元素分析和单晶衍射等分析手段的表征,单晶衍射揭示了双负离子胍基基本是以μ-η2η1配位模式分别与稀土、锂配位的。另外配合物4-2,4-3经过了NMR表征。(5)我们尝试以双负离子胍基稀土/锂配合物为催化剂催化了醛与胺的酰胺化反应,实验结果表明双负离子胍基稀土/锂配合物可以使反应在温和的条件下进行,并高产率地得到产物,且具有较强的底物适应性;双负离子胍基稀土/锂配合物的催化活性比其对应的三胍基稀土配合物的催化活性和胺基锂或胍基锂盐的催化活性之和还要高,这表明该催化剂之中存在着某种协同作用。实验结果还显示了催化剂的催化活性强弱与催化剂的中心金属以及配体都是有关的,对于中心金属离子来说,活性顺序为: Nd > Y ,对于配体来说,催化活性的顺序是[(iPrN)2C(NC6H4p-Cl)]2- > [(iPrN)2C(NC6H5)]2-。(6)我们尝试以双负离子胍基稀土/锂配合物为催化剂催化了胺与二亚胺的成胍反应,实验结果表明双负离子胍基稀土/锂配合物可以使反应在温和的条件下进行,并高产率地得到了产物,且具有较强的底物适应性。实验结果还显示了催化剂的催化活性强弱和配合物的中心金属以及配体都是有关的,对于中心金属离子来说,活性顺序为:La > Nd > Y;对于配体来说,催化活性的顺序是[(iPrN)2C(NC6H4 p-Cl)]2- > [(iPrN)2C(NC6H5)]2-。(7)我们尝试合成二单负离子胍基[iPrNHC(NiPr)(NC6H4p-Cl)] -稳定的双负离子胍基稀土/锂配合物[iPrNHC(NiPr)(NC6H4p-Cl)]2Nd[μ-η2η1(NiPr)2C(NLi(p-Cl) C6H4)],但未能分离到产物。我们分析后认为目标配合物在活性H(N-H)存在时不稳定,会发生质解。因此,我们尝试着不分离目标产物,而是再加入一份碳化二亚胺与其反应,最终分离得到了二单负离子胍基单双负离子胍基稀土/锂配合物与二亚胺的加成产物[RNHCNR(NC6H4p-Cl)]2Ln[(RN)2C(NC6H4p-Cl)C(RN)Li] (R=iPr,Ln=Yb(5-1),Sm(5-2),Nd(5-3),Y(5-4);R=Cy,Ln=Nd(5-5))。接着我们以新得到的杂双金属配合物为催化剂催化了胺与碳化二亚胺的成胍反应。
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