随着工业化进程的不断推进,大量化石能源的消耗导致了大气中的CO₂的浓度不断的上升,从而引起了全球性的温室效应。因此如何将CO₂转化为高附加值的化学品是目前化学家面临的巨大挑战。迄今为止CO₂转化的方法已经发展了40多种,其中CO₂与环氧化物的环加成反应的原子经济性可达100%,是其中应用背景最强的转化路线之一。基于本小组在非对称吡啶桥连Pincer型配体合成研究的基础上,设计合成了一系列酸性可控咪唑盐和Fe配合物,并成功将其应用到CO₂与环氧化物的环加成反应,以及CO₂、环氧化物与芳胺类的三组分环加成反应中。1.针对传统咪唑盐酸性难以调控的难题,我们小组在咪唑盐的设计合成中首次引入“远程电子效应调控”的概念,合成了17个酸性可控咪唑盐。我们这一催化剂的设计理念在CO₂和环氧化物的环加成反应中得到了验证,吡啶桥的电子缓冲作用确实可达到精确调控咪唑盐酸性的目的,通过对咪唑盐酸性和催化活性的系统研究发现,酸性适中的咪唑盐是环加成反应最佳催化剂。2.有机小分子催化剂具有合成成本低的优点,但同时存在反应条件相对苛刻的问题,因此,在酸性可控咪唑盐的合成基础上,我们成功合成了一类Pincer型Fe配合物。研究结果发现,这类Fe催化剂在室温、无溶剂及较低的CO₂压力下即可实现环状碳酸酯的制备,TOF值高达7900 h-1,这是迄今为止Fe催化领域最高的TOF值。该催化体系还显示了优异的底物普适性,对于高位阻的环氧化物表现出较高的催化活性。基于催化剂和产物溶解性差异较大的特性,向反应混合物中加入对于催化剂的不良性溶剂,导致Fe催化剂沉淀析出,从而达到催化剂循环使用的目的,为其将来工业化应用提供了理论依据和实验基础。3.恶唑烷酮类化合物是一种非常重要的医药及农药中间体,传统的合成方法以高毒的异氰酸酯为原料,因此开发一类非异氰酸酯制备恶唑烷酮的绿色合成方法是目前的研究热点。我们将上述合成的咪唑盐应用到CO₂、环氧化物与芳胺类的三组分环加成反应中,一锅法合成了一系列恶唑烷酮类化合物,为这类化合物的制备提供了一类绿色高效合成方法。