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钙和稀土有机化合物的合成及其性质研究

作　者: 胡泓梵
导　师: 崔春明
学　校: 南开大学
专　业: 有机化学
关键词: 钙稀土金属膦氢化反应苯并氮杂硼咯
分类号: O627
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本论文合成并表征了硅桥联吡咯茂配体、三齿脒基亚胺配体以及N-杂环卡宾配体的异配型钙及稀土金属有机化合物,并对其反应性及催化性能进行了研究。此外,研究了2,1-苯并氮杂硼咯的合成方法,并对其反应性进行了探索。主要结果如下：1.合成了两个硅桥联的吡咯茂配体[(C5Me4H)-SiMe2-(NC4H4)](L1H)和[(C5Me4H)-SiMe2-(C4H3NMe)](L2H)。该配体与Ca[N(SiMe3)2]2(THF)2反应可以得到异配型的钙胺基化合物L1Ca{N(SiMe3)2}(2)和L2Ca{N(SiMe3)2}(8)。这两个钙化合物的稳定性不好,其在溶液状态下容易发生配体交换反应生成均配型化合物。此外,配体L2H与Yb[N(SiMe3)2]2(THF)2反应未能分离得到单一的异配型化合物。2.合成了大位阻的三齿脒基配体[2-{NHC(Ph)NAr}C6H4CHNAr](L3H,Ar=2,6-iPr2C6H3),其与M[N(SiMe3)2]2(THF)2(M=Ca,Yb)反应得到异配型的化合物[L3M{N(SiMe3)2}(THF)](13,M=Ca;14,M=Yb),二者具有非常好的热稳定性。化合物13及14在温和的条件下对烯烃和炔烃的分子间膦氢化反应具有很高的催化活性,得到反马氏加成的产物。对于共轭二烯,两个催化剂均得到1,4-加成的产物；对于炔烃,Ca催化体系倾向于反式加成而Yb催化体系倾向于顺式加成。3.通过N-杂环卡宾[C(NRCR’)2](IiPr,R=iPr,R’=Me;IMes,R=2,4,6-Me3C6H2,R’=H;IMe4,R=R’=Me)与M[N(SiMe3)2]2(THF)2(M=Ca, Yb)反应,合成了钙及镱的金属卡宾加合物IiPrCa[N(SiMe3)2]2(17)、 IMesCa[N(SiMe3)2]2(18)、(IMe4)2Ca[N(SiMe3)2]2(19)、(IMe4)2Yb[N(SiMe3)2]2(21)以及(IMe4)(IiPr)Yb[N(SiMe3)2]2(22),并对其反应性及催化性能进行了研究。实验发现,卡宾-钙胺基加合物与Ph2PH反应时,卡宾配体从钙金属中心脱落。相反,卡宾-镱胺基加合物与Ph2PH反应生成卡宾稳定的镱的双膦化合物(IMe4)3Yb(PPh2)2(24)。NHC-Yb加合物21在温和条件下对烯烃以及炔烃的分子间的膦氢化反应具有非常高的催化活性,但共轭烯烃以及炔烃的反应选择性不理想。此外,该催化体系最大的优点在于,催化反应转化完全以后可以实现均相催化剂的回收。4.用2当量的碱金属还原亚胺-硼溴化合物[o-C6H4(CH=NR)B(Ph)Br](26,R=2,6-iPr2C6H3;27,R=tBu),得到了相应的2,1-苯并氮杂硼咯负离子[o-C6H4{B(Ph)N(R)CH}]-[M]+(THF)n(33-36,R=2,6-iPr2C6H3,tBu;M=Li,K;n=1-4),这些化合物与亲电试剂反应得到1,2,3-三取代的2,1-苯并氮杂硼咯烷化合物37-41。此外,用1当量的碱金属还原化合物26和27,发生了C-C键偶联生成二聚的2,1-苯并氮杂硼咯烷化合物[o-C6H4{B(Ph)N(R)CH}]2(42, R=2,6-iPr2C6H3;43,R=tBu),均为非对映异构体混合物。实验证明,在催化量的碱的存在下,可以实现单向的非对映异构化反应,由内消旋体转化为外消旋体。此外,在适当的胺基K盐或Li盐催化下,二聚的2,1-苯并氮杂硼咯烷43可以对甲苯进行活化生成化合物[o-C6H4{B(Ph)N(tBu)CH(CH2Ph)}](44)和[o-C6H4{B(Ph)N(tBu)CH2}](45)。通过异构化和C-H键活化反应的机理研究发现,异构化反应为C-C键“异裂-重组”的机理。甲苯活化反应是通过C-C键异裂产生的正负离子对来进行的,其中,K盐或Li盐的作用主要是提供碱性条件以及作为抗衡离子稳定活性中间体。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-11
第一章研究背景  11-29
  第一节基本概况  11-16
  第二节有机钙化学研究进展  16-25
  第三节论文设计  25-26
  参考文献  26-29
第二章茂环及脒基配体钙、镱化合物的性质研究  29-56
  摘要  29
  第一节引言  29-30
  第二节结果与讨论  30-54
  第三节小结  54-55
  参考文献  55-56
第三章钙及镱金属-卡宾加合物的性质研究  56-78
  摘要  56
  第一节引言  56-59
  第二节结果与讨论  59-76
  第三节小结  76-77
  参考文献  77-78
第四章 2,1-苯并氮杂硼咯化合物的合成及性质研究  78-103
  摘要  78
  第一节引言  78-83
  第二节结果与讨论  83-100
  第三节小结  100-101
  参考文献  101-103
第五章稀土杂原子键的合成尝试  103-114
  摘要  103
  第一节引言  103-107
  第二节结果与讨论  107-112
  第三节小结  112-113
  参考文献  113-114
第六章实验部分  114-137
  第一节实验操作及分析测试  114-116
  第二节目标化合物的合成  116-137
总结论  137-139
附录  139-159
参考文献  159-165
致谢  165-166
作者简介  166
在学期间发表的学术论文与研究成果  166

钙和稀土有机化合物的合成及其性质研究

内容摘要

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