肼硼烷的合成及产氢

肼硼烷(N_2H_4BH_3,HB)的含氢量高达15.4 wt%,易于制备,物理化学性质稳定,是一种极具潜力的化学储氢材料。肼硼烷可以通过热解、醇解和水解产氢。特别是,通过水解其硼烷基和选择性裂解肼基实现完全产氢后,其对应的N_2H_4BH_3-3H_2O系统的有效理论质量储氢容量达10 wt%,远高于已知的氢源系统NaBH_4-4H_2O(7.3 wt%),NH_3BH_3-4H_2O(5.9 wt%)和N_2H_4·H_2O(8.0 wt%)。合适的催化剂是促使肼硼烷完全产氢的关键。本文简要地介绍了肼硼烷的合成与表征,重点综述了温和条件下肼硼烷的硼烷基水解和肼基分解产氢所使用的催化体系及其催化性能,对肼硼烷完全产氢的机理进行分析,并对肼硼烷催化产氢的应用前景进行展望。     

硼-10富集硼烷Lewis碱加合物的合成

天然硼中主要含有两种稳定同位素,即硼-10和硼-11,丰度分别为19.78%和80.22%.其中,富集的硼-10同位素在核工业以及放射治疗癌症等方面有重要应用.因此,硼-10富集含硼化合物的合成具有重要的研究意义.硼烷类化合物是合成这类化合物的主要起始原料,但是目前合成硼-10富集硼烷化合物的方法还比较少.以商业可得的硼-10富集硼酸为起始原料,首先采用改进的文献方法合成了硼-10富集的Na¹⁰BH₄,Na¹⁰BH₄与碘单质反应生成乙硼烷(¹⁰B₂H₆)然后,乙硼烷与各种Lewis碱进行配位,得到了一系列硼-10富集的硼烷Lewis碱加合物,包括四氢呋喃硼烷(THF·¹⁰BH₃)、二甲基硫醚硼烷(DMS·¹⁰BH₃)、N,N-二甲基苯胺硼烷(DMA·¹⁰BH₃)、氨硼烷(NH₃·     

稀土金属配合物催化的甲胺基硼烷脱氢聚合反应

报道了稀土金属配合物催化的胺基硼烷脱氢聚合反应.双茂稀土烷基配合物[(C₅Me₄R)₂LnR’,R=Me,H;Ln=Sc,Y;R’=CH₂Si Me₃,CH(SiMe₃)₂]可以有效地实现甲基胺基硼烷(Me NH₂·BH₃,MAB)脱氢反应,生成相应的硼氮聚合物[(Me NH-BH₂)_n,PMAB].研究表明随着稀土金属离子半径的增大或者茂基配体空间位阻的减小,聚合活性会随之降低.在机理研究中,通过催化剂与底物的化学计量反应,成功分离得到一例具有β-B-agostic结构的钪胺基硼烷配合物;同时通过控制实验证实了活性的钪氢中间体可能为催化活性物种.     

BH_3和BF_3都是缺电子化合物为什么BH_3不稳定,而BF_3能稳定存在?

硼能与氢形成一系列共价氢化物—硼烷,但最简单的一种是B_2H_6,而不是BH_3。人们也曾用还原硼的卤化物BX_3的方法,期待制得BH_3,但结果得到的是B_2H_6:     

氢化物还原试剂的发展

1939年H.C.Brown等在美国化学会会志上首次报导“硼氢化物应用于有机化合物的还原”但由于当时二硼烷难于制得,化学家们尚不感兴趣。在第二次世界大战期间,为了要制造铀硼氢U(BH_4)_4,从而发展了合成二硼烷及钠硼氢的方法,并发现钠硼氢对氢化有机分子是一个有价值的新试剂。1945年又发现了锂铝氢,它与钠硼氢一样,对还原有机分子中的功能团引起了革命性的变化。锂铝氢LiAlH_4(简写为LAH)是一个非常强的还原剂,它溶解于各种醚类熔剂,如乙醚,四氢呋喃(THF),乙二醇二甲醚(monoglyme),二甘醇二甲醚(diglyme)和三甘醇二甲醚(Trigly-     

苯甲酮不对称还原反应的理论研究

本文用AM1分子轨道方法研究了1,3,2-噁唑硼烷对苯甲酮的不对称催化还原.反应经历了噁唑硼烷-硼烷配合物的形成及其与苯甲酮的结合、氢转移及脱去噁唑硼烷形成手性产物二级醇-硼烷配合物四步过程.获得了各步的反应热、速度控制步骤的过渡态结构和位能曲线及其相应的反应活化能,计算发现反应机理中的第3步氢转移产物有四员环结构特征.     

取代基对胺硼烷热分解行为的影响

利用不锈钢高压反应釜内衬聚四氟乙烯反应器,对胺硼烷(RR′NHBH_3, R,R′=H, AB; R=H, R′=Me, MAB; R,R′=Me, DMAB)的热分解行为进行了研究.三种硼烷化合物的分解方式不同.氨硼烷(AB)在80～100℃下形成的聚合物产物[NH_2BH_2]_n,在高于110℃的温度下进一步转化为[NHBH]_3和[N_3B_3H_x]_n.甲基胺硼烷(MAB)则首先形成聚合产物[MeNHBH_2]_(3-)_x和[MeNHBH_2]_(2-)_x,然后进一步转化为[MeNBH]_3.二甲基胺硼烷(DMAB)的热分解过程中没有检测到聚合产物,相反,检测到[Me_2NBH_2]_2二聚体和(Me_2N)_2BH分子化合物生成,随后转化为(Me_2N)_3B.最后讨论了甲基取代对这些胺硼烷热分解行为的影响.     

噁唑硼烷催化前手性酮不对称还原反应机理的量子化学研究

对手性噁唑硼烷催化3,3-二甲基丁酮-2不对称还原反应机理进行了从头算研究.结果表明,该不对称还原反应是放热的.反应经历了催化剂-硼烷加合物、催化剂-硼烷-酮加合物、含B-O-B-N四元环的催化剂-烷氧基硼烷加合物的生成,以及催化剂-烷氧基硼烷加合物的离解并再生催化剂等过程.在催化剂-硼烷-酮加合物经氢转移而生成催化剂-烷氧基硼烷加合物的过程中,氢转移与B-O-B-N四元环的形成是协同进行的.氢转移是还原反应的控制步骤.氢转移过渡态具有扭曲的椅式结构,所决定的还原产物是与实验相吻合的R手性醇.     

唑硼烷催化前手性酮不对称还原反应机理的量子化学研究

对手性唑硼烷催化3,3-二甲基丁酮-2不对称还原反应机理进行了从头算研究.结果表明,该不对称还原反应是放热的.反应经历了催化剂-硼烷加合物、催化剂-硼烷-酮加合物、含B-O-B-N四元环的催化剂-烷氧基硼烷加合物的生成,以及催化剂-烷氧基硼烷加合物的离解并再生催化剂等过程.在催化剂-硼烷-酮加合物经氢转移而生成催化剂-烷氧基硼烷加合物的过程中,氢转移与B-O-B-N四元环的形成是协同进行的.氢转移是还原反应的控制步骤.氢转移过渡态具有扭曲的椅式结构,所决定的还原产物是与实验相吻合的R手性醇.     

铜催化噁唑硼烷一锅法氢转移：芳香醛的还原胺化反应研究

通过三羟甲基氨基甲烷与BH3•THF反应制得1,3,2-噁唑硼烷络合物,并以其作为氢源,以甲磺酸铜为催化剂,在温和反应条件下（60 ℃, 24 h）,实现了芳香醛的一锅法氢转移还原胺化,以45%~80％的收率得到20个二级胺类化合物,其结构经1H- NMR确证。     

三个巢式磷碳硼烷镍配合物的合成、光谱表征和晶体结构

合成了3个巢式磷碳硼烷镍配合物[NiCl(Py){7,8-(PPh2)2-7,8-C2B9H10}].CH2Cl2(1)、[Ni{7,8-(PPh2)2-7,8-C2B9H10}2](2)、[Ni{7,8-(OPPh2)-7,8-C2B9H10}{7,8-(PPh2)-7,8-C2B9H10}](3),并通过元素分析、红外光谱、核磁共振谱以及单晶衍射等手段对其进行了表征。单晶结构分析表明,镍离子的配位环境在这3个配合物中都是稍微扭曲的平面方形,其中2个配位位置由磷碳硼烷配体的两个磷原子占据,另外2个配位位置分别由氯离子、吡啶氮原子或者氧化的磷碳硼烷配体的氧原子占据。借助于分子间的C-H…Cl氢键或者C-H.H-B双氢键作用,3个配合物都可以形成一维超分子结构。     

氨基络合物制备氨硼烷及放氢性能研究

以NaBH₄为硼源、氨基络合物Ni(NH₃)₆Cl₂为氨源制备高储氢容量的氨硼烷(NH₃BH₃, Ammonia Borane, AB)及其放氢性能研究. 通过XRD, FTIR, ¹¹B NMR, ICP等手段分析表征了所制备产物的组成和纯度, 在此基础上探究了原料比例、反应温度、时间和溶剂等因素对产物的影响. 同时, 对不同原料比制得氨硼烷的热解放氢性能进行了研究. 实验结果表明: 当物质的量NaBH₄∶Ni(NH₃)₆Cl₂＝2∶1经过10 h的反应, 得到了纯度非常高的氨硼烷(纯度＞99%)|以NaBH₄∶Ni(NH₃)₆Cl₂＝3∶1得到的氨硼烷, 当以2 ℃/min进行升温时, 氢气释放主要集中在第一步, 并且没有硼烷和硼嗪等杂质气体的产生. 另外, 在产物中得到了金属Ni纳米颗粒, 经洗涤干燥后其粒径大小可控制在10 nm左右, 在催化氨硼烷等材料的水解放氢方面具有潜在的应用价值.     

过渡金属催化硼-氢键活化合成含硼-杂原子键邻碳硼烷衍生物的研究进展

十二顶点碳硼烷是一类含有碳、氢及硼原子的簇合物,具有特殊的热稳定性和化学稳定性,在医药、材料、能源、配位化学及金属有机化学中都得到广泛的应用.近年来,过渡金属催化的碳硼烷直接硼-氢键活化发展迅速,为硼顶点选择性官能团化提供了一系列新的高效路径.总结了利用过渡金属催化硼-氢键活化策略来实现邻碳硼烷硼-硼、硼-氮、硼-氧、硼-硫及硼-卤键构建的研究进展,同时对部分反应机理进行了讨论,并就该研究领域所面临的挑战和发展前景进行了展望.     

乙硼烷(B~2H~6)在醚溶液中分解的理论研究

以二甲醚模拟四氢呋喃在乙硼烷分解过程中的作用。B3LYP/6-31G^*的计算结果发现,硼烷的分解是一个两步过程,每一步中均有一个醚分子与一个硼原子形成硼氧配位键,且只有一个氢桥键断裂。第一步反应的活化能为42.30kJ·mol^-^1,第二步的为4.33kJ·mol^-^1。当考虑溶剂效应时,第一步的活化能更降低为28.03kJ·mol^-^1。     

铜催化噁唑硼烷氢转移还原亚胺化合物

以三氟甲烷磺酸铜为催化剂,以1,3,2-噁唑硼烷络合物（由乙醇胺与BH₃•THF反应制得）作为氢源。在温和反应条件下（80 ℃, 24 h）,实现了铜催化的亚胺氢转移还原,合成了21个胺类化合物,产率62%~85％,其结构通过¹H NMR和¹³C NMR确证。      

含碳硼烷膦氧配体镍、铱化合物的合成与表征

碳硼烷双膦配体L1分别与三苯基膦氯化镍(NiCl2(PPh3)2)和1,5-环辛二烯氯化铱(IrCl(COD))在空气中反应生成含巢式碳硼烷膦氧配体的镍、铱化合物1和2。本文对此两个化合物进行了核磁、质谱、红外及单晶衍射等表征。化合物1中溶剂分子氯仿与主体结构存在着常见的Cl…H氢键作用和较少见的CH…π作用,化合物2是首例以膦氧配体形成的Ir(Ⅰ)配合物,同时由于金属的差别导致了碳硼烷双膦配体被氧化程度的不同形成了新颖的碳硼烷[P,O]和[O,O]配体。     

(R)-或(S)-1,1''''-联-2-萘酚硼酸-(S)-脯氨酸酐促进的C=N键的不对称硼烷还原

2002年初,我们首次发现具有O3NB骨架的手性螺硼酸酯对前手性酮、肟醚、亚胺的不对称硼烷还原及醛的烷基化反应显示出不对称催化活性[1].在前面的论文中,我们报道了此类手性硼化合物催化的前手性酮的不对称硼烷还原反应[2,3],在优选的条件下,(R)-1,1'-联-2-萘酚硼酸-(S)-α,α-二苯基脯氨酯在THF中催化苯乙酮的硼烷还原给出92%对映体过量(R)-仲醇.作为这种研究的继续,在这里我们将报告(R)-或(S)-1,1'-联-2-萘酚硼酸-(S)-脯氨酸酐[(R,S)-1或(S,S)-1]对具C=N键的前手性化合物不对称硼烷还原的催化作用.     

关于在醚溶剂中烯烃硼氢化反应机理的讨论

硼氢化反应作为烯烃的主要化学性质之一在国内外有机化学教科书中均有论述,但对反应机理的描述却众说纷纭,概括起来有如下几种观点: 观点一认为硼氢反应经历了一个正碳离子过程,如下所示: 硼烷作亲电试剂进攻双键含氢较多碳,双键另一碳变成正离子,硼烷上的一个氢异裂下来与正碳离子结合,形成顺式加成产物. 观点二认为反应历程不经过形成正碳离子中间体这一步,硼烷中的硼极化带正电荷,硼与氢加在双键的同一边,各碳原子上原子或取代基仍保持原来的相对位置,整个分子的几何形状不发生改变,保持原来构型     

trans—PtHX（AsPh3）2配合物的合成及核磁共振研究

合成了 trans-PtHX(AsPh_3)_2(X=Cl~-、Br~-、I~-、SCN~-)四个配合物,除 trars-PtHCl(AsPh_3)_2外,其余三个为新配合物。用 NMR 和 IR 谱鉴定了结构和 trans-PtHSCN(AsPh_3)_2 的键合异构。研究了配体(X)对铂-氢化学位移(δ_H)和铂-氢偶合常数(J_(Pt-H))的影响、铂-氢键键长与铂-氢化学位移(δ_H)的关系以及铂-氢化学位移(δ_H)与铂-氢伸展振动频率的相关性。发现 trans-PtHCl(AsPh_3)_2 在不同溶剂中的重结晶产物,其 Pt-H 键的红外伸展振动频率不同,而 ~1HNMR 谱(在 CDCl_3 中)完全一样。     

碳水化合物衍生的手性膦及其配位的cis-和trans-铂(Ⅱ)化合物的合成

通过硼烷对三级有机膦的配位保护,避开了甲基化试剂对膦官能团的季膦化作用,以甘露糖环氧物为原料经4步反应以55%总产率制得甲基2-O-甲基-3-脱氧-3-二苯膦基-4,6-O-苯次甲基-α-D-吡喃阿糖苷(5).制得的含碳水化合物单元的新手性膦5分别与cis-[Pt(DMSO)2Cl2]和trans-[Pt(NCMe)2Cl2]反应制得相应的cis-和trans-[Pt(5)2Cl2](6和7).实验中发现:(1)在烷氧根负离子存在时,硼烷优先与三级膦配位形成膦硼烷加合物;(2)室温下四氢呋喃中糖环上二级醇形成的烷氧根锂盐不能有效地与碘甲烷发生反应,而相应的钠盐顺利地形成目标产物;(3)有机碱是有效的脱硼烷试剂,而乙醇则有更好的反应结果,后处理简便且可几乎定量地得到产物;(4)偶合常数1JPt-P可作为指认这类含碳水化合物单元的手性膦配位的Pt(II)络合物几何构型的可靠参数.