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配位化学是近年来化学学科中发展比较迅速的领域之一。设计合成新型配合物,特别是过渡金属配合物,研究其结构、反应性质及性能是配位化学研究中的重要课题。以过渡金属配合物为催化剂,开发新型匀相催化反应,是配位化学研究的发展方向之一。
肟是具有羟基亚胺结构的化合物,具有多种配位形式。1,2-萘醌单肟(nqo)的两种同分异构体,1,2-萘醌-1-肟(1-nqo)及1,2-萘醌-2-肟(2-nqo),以-1价态与金属离子配位,形成的nqo配合物已引起人们的关注。早期的研究主要集中在第四周期的过渡金属上,而以第四周期以外元素做中心离子合成nqo配合物的研究开展的不多。钌、铑、钯是具有催化活性的过渡金属元素,其配合物也表现出了丰富的物理化学性能,并在催化领域有广泛的应用前景。以肟作为配体得到的钌、铑、钯金属配合物作为催化剂进行催化反应的研究工作进行的不是很多,以1,2-萘醌单肟配合物作为催化剂进行催化反应的研究则刚刚起步。
基于以上认识,本论文的工作一方面是合成了十个未见报道的钌、铑、钯nqo配合物。对于这十个新配合物的合成、分离方法进行了研究,并用单晶X射线衍射、1HNMR、IR、FABMS等手段对合成的新配合物进行了结构表征。
本论文利用羰基单取代反应合成了三种结构的四个新配合物Ⅰ-Ⅳ,在反应过程中母体配合物空间结构不变。在分子中第二个羰基被取代的过程中,发生了nqo配体空间排列方式的改变,生成了中心对称结构的配合物
trans-,trans-[Ru(1-nqo)2(vpy)(NMe3)]Ⅴ。在铑与1-nqoH的配位反应中,设计了连续两步反应后再分离产物的实验路线,成功合成了两种结构的铑1-nqo配合物Ⅵ及Ⅶ,分子中分别有一个1-nqo及二个1-nqo与金属铑配位。钯的配合物合成采用了另一个实验路线。先在钯配位层中引入辅助配体L(L=mbpy,4,4'-dimethyl-2,2'-bipyridine或dppb,1,2-bis(diphenylphosphino)butane),合成中间配合物[PdLCl2],然后利用AgBF4脱氯实现2-nqo与钯的配位,合成了配合物Ⅷ及Ⅸ。这一实验路线避免了配位能力很强的2-nqo占据钯的所有四个配位点,从而保证分子中辅助配体的存在,而使配合物性能调节成为可能。但尽管采用该实验方法,反应过程中仍生成少量[Pd(2-nqo)2]Ⅹ。
本论文的另一方面工作是用合成的配合物进行了催化反应的研究。端炔聚合是增长碳链的有效方法之一,但采用一般的聚合反应得到的产物较杂,难以实际应用。在研究工作中发现,在所选条件下,cis-,cis-[Ru(1-nqo)2(CO)(NCMe)]Ⅰ对于端炔聚合反应具有较好的选择性。利用氰乙酸乙酯与取代苯甲醛的aldolC-C成键反应探讨了配合物的催化性能,实验结果表明cis-,cis-[Ru(1-nqo)2(CO)(NCMe)]Ⅰ及trans-,trans-[Ru(1-nqo)2(vpy)(NMe3)]Ⅴ对于该反应具有选择性催化活性。苯甲醛上取代基的电子效应对反应产率有一定影响,给电子基有利于催化反应的进行。配体的种类和空间分布的区别,造成了中心原子钌的配位环境有所变化,并进而影响到催化活性,配合物Ⅴ的催化性能优于配合物Ⅰ。Heck反应是合成C-C键的有效方法之一。研究结果表明,在所研究的三个钯配合物[Pd(2-nqo)L]+Ⅷ(L=mbpy)、Ⅸ(L=dppb)及[Pd(2-nqo)2]Ⅹ中,以dppb为辅助配体的配合物Ⅸ具有较好的催化活性。催化剂的结构和芳基卤与烯烃的取代基是影响该反应的主要因素。
在催化反应研究中,对于催化反应条件及影响因素进行了研究,对产物的结构进行了鉴定,对催化反应机理进行了初步的探讨。
本论文工作确立了十个新配合物的合成路线,方法较为简单,具有较好的选择性和较高的收率。首次发现了所合成的部分新配合物具有催化性能。通过化学结构与催化性能的研究为将来进行进一步结构修饰,合成更多的具有催化活性钌、铑、钯nqo配合物提供了研究基础。