室温离子液体中水溶性铑膦配合物催化1-己烯氢甲酰化反应的研究

研究了水溶性膦配体铑配合物在若干离子液体中的1-己烯氢甲酰化反应性能．通过改变离子液体的阴阳离子结构，可使水溶性TPPTS-铑配合物在离子液体中表现出较高的卜己烯氢甲酰化反应活性和选择性；在[BMI]BF4离子液体中加入适量的水，可提高TPPTS-铑配合物的催化活性；在[BMI]BF4离子液体中，水／有机两亲性膦配体与铑形成的配合物，反应后催化剂与产物自动分层，实现催化剂的循环使用．本文结果表明，水溶性膦配体铑配合物的催化活性与其在离子液体中的溶解度密切相关．     

有机胺功能化离子液体中离子型铑(Ⅲ)配合物催化的1-辛烯两相氢甲酰化反应

考察了离子型+3价铑配合物1a和2a作为催化剂前体在1-辛烯氢甲酰化反应中的催化行为.实验结果表明,在无助剂存在下,配合物1a和2a表现出较差的催化性能,而廉价低毒的有机叔胺助剂如三乙胺或N-甲基哌啶可以显著提升配合物1a和2a的催化性能,可获得800 h-1以上的转化频率(TOF).当以哌啶功能化离子液体[PEmim]BF4兼作助剂和溶剂时,不仅可以促进配合物1a和2a对氢甲酰化反应的活性和选择性,还可实现"离子液体-有机"两相氢甲酰化反应,使得锁定在[PEmim]BF4离子液体相中的配合物1a(或2a)催化剂得以简单两相分离和回收循环使用,但在5次循环使用过程中锁定在[PEmim]BF4中的催化剂存在向有机相流失和失活的问题,导致产物壬醛的收率逐渐下降.     

多孔有机含BINAP聚合物负载Rh催化剂在苯乙烯不对称氢甲酰化中的应用:柔性手性口袋对产物对映体选择性的提高作用

不对称氢甲酰化是合成具有单一光学活性物质(如光学活性的醛、α-氨基酸和醇等)最为重要的反应之一.尽管不对称氢甲酰化反应的研究超过40年,但仍然是催化体系中具有挑战性的课题.该反应涉及到产物的化学选择性、立体选择性和对映体选择性的优化.目前,在Rh催化体系中,使用磷-亚磷酸酯手性配体或双亚磷酸酯配体可以在不对称氢甲酰化反应中取得优异的催化性能.然而在Rh/手性双膦配体催化体系中,不对称氢甲酰化反应性能通常很低.以BINAP配体为例,负载Rh金属后,在催化苯乙烯不对称氢甲酰化反应中,产物的ee值只有25％.同时,由于均相催化体系存在催化剂回收和产物提纯等问题,因此有必要研究多相不对称氢甲酰化反应催化剂.本文使用乙烯基修饰的BINAP配体5,5'-divinyl-BINAP与具有不同结构的共聚单体二乙烯基苯或1,3,5-三乙烯基苯基苯共聚,得到具有不同孔结构的聚合物Poly-1和Poly-2.为了比较,利用线性共聚单体乙二醇二甲基丙烯酸甲酯与乙烯基BINAP共聚得到聚合物Poly-3.上述三种聚合物材料负载金属Rh后,用作苯乙烯不对称氢甲酰化反应的催化剂.固体13C核磁分析表明,三种聚合物材料负载金属后仍然保持较为稳定的C骨架结构.通过31p核磁可以看到,嵌入在材料骨架中的BIANP仍然保持未被氧化的状态.N2物理吸附结果发现Poly-1和Poly-2具有较大的比表面积和孔体积,而Poly-3的比表面积最小.热重分析显示,这些材料具有较高的热稳定性.在不同反应溶剂中催化剂活性差异较大.通过优化反应温度和合成气压力后,催化剂Rh/Poly-1在80℃和0.2 MPa下产物的对映体选择性可高达58.9％,支链醛与直链醛的比值为8.5;而在相同反应条件下,均相催化剂Rh-BINAP的ee值仅为35.3％,但高于Rh/Poly-3.这是由于三个多相催化剂骨架中BINAP周围环境不同所致.前两个催化剂中,BINAP与空间位阻较大的单体相连接,使得反应底物按照特定方向与催化活性位点接触,形成了类似于手性口袋的结构.而Rh/Poly-3中,BIANP周围是线性的共聚单体,不能形成有效的手性口袋结构.Rh/Poly-1重复使用7次后,催化活性没有显著下降.拓展X射线吸收精细结构表征结果表明,Rh/Poly-1催化剂使用前没有Rh-Rh键存在,但经重复使用后,Rh金属部分聚集,生成了Rh-Rh键.球差电镜照片也证实了这一点.     

多孔有机含BINAP聚合物负载Rh催化剂在苯乙烯不对称氢甲酰化中的应用:柔性手性口袋对产物对映体选择性的提高作用（英文）

不对称氢甲酰化是合成具有单一光学活性物质(如光学活性的醛、α-氨基酸和醇等)最为重要的反应之一.尽管不对称氢甲酰化反应的研究超过40年,但仍然是催化体系中具有挑战性的课题.该反应涉及到产物的化学选择性、立体选择性和对映体选择性的优化.目前,在Rh催化体系中,使用磷-亚磷酸酯手性配体或双亚磷酸酯配体可以在不对称氢甲酰化反应中取得优异的催化性能.然而在Rh/手性双膦配体催化体系中,不对称氢甲酰化反应性能通常很低.以BINAP配体为例,负载Rh金属后,在催化苯乙烯不对称氢甲酰化反应中,产物的ee值只有25%.同时,由于均相催化体系存在催化剂回收和产物提纯等问题,因此有必要研究多相不对称氢甲酰化反应催化剂.本文使用乙烯基修饰的BINAP配体5,5'-divinyl-BINAP与具有不同结构的共聚单体二乙烯基苯或1,3,5-三乙烯基苯基苯共聚,得到具有不同孔结构的聚合物Poly-1和Poly-2.为了比较,利用线性共聚单体乙二醇二甲基丙烯酸甲酯与乙烯基BINAP共聚得到聚合物Poly-3.上述三种聚合物材料负载金属Rh后,用作苯乙烯不对称氢甲酰化反应的催化剂.固体~(13)C核磁分析表明,三种聚合物材料负载金属后仍然保持较为稳定的C骨架结构.通过~(31)P核磁可以看到,嵌入在材料骨架中的BIANP仍然保持未被氧化的状态.N_2物理吸附结果发现Poly-1和Poly-2具有较大的比表面积和孔体积,而Poly-3的比表面积最小.热重分析显示,这些材料具有较高的热稳定性.在不同反应溶剂中催化剂活性差异较大.通过优化反应温度和合成气压力后,催化剂Rh/Poly-1在80℃和0.2MPa下产物的对映体选择性可高达58.9%,支链醛与直链醛的比值为8.5;而在相同反应条件下,均相催化剂Rh-BINAP的ee值仅为35.3%,但高于Rh/Poly-3.这是由于三个多相催化剂骨架中BINAP周围环境不同所致.前两个催化剂中,BINAP与空间位阻较大的单体相连接,使得反应底物按照特定方向与催化活性位点接触,形成了类似于手性口袋的结构.而Rh/Poly-3中,BIANP周围是线性的共聚单体,不能形成有效的手性口袋结构.Rh/Poly-1重复使用7次后,催化活性没有显著下降.拓展X射线吸收精细结构表征结果表明,Rh/Poly-1催化剂使用前没有Rh-Rh键存在,但经重复使用后,Rh金属部分聚集,生成了Rh-Rh键.球差电镜照片也证实了这一点.     

双膦配体修饰铑催化乙酸乙烯酯氢甲酰化反应(英文)

研究了双膦配体对铑催化的乙酸乙烯酯氢甲酰化反应的促进作用,结果表明,在优化反应条件下,以双膦化合物2,2’-二(二苯膦甲基)-1,1’-联苯(BISBI)为配体时,铑催化乙酸乙烯酯氢甲酰化反应的TOF(转化频率)值达到4000h1,生成2-乙酰氧基丙醛的选择性99%.当在较温和的条件下Rh/BISBI催化乙酸乙烯酯氢甲酰化反应较长时间时TON(转化数)值达到9200,成醛率超过90%,2-乙酰氧基丙醛选择性仍保持99%.     

DpenPhos/Rh(I)催化的β-脱氢氨基酸酯的不对称氢化反应

本文研究了一类结构可调手性单齿亚磷酰胺配体DpenPhos在Rh(I)催化的E和Z型β-脱氢氨基酸酯的不对称催化氢化反应中的应用.经过系统的反应条件和配体结构优化,发现N原子上含有H的亚磷酰胺配体与Rh(I)形成的催化剂通常比N原子上不含H的配体表现出更高的反应活性.在E型β-脱氢氨基酸酯的不对称氢化反应中,催化剂(R,R)-3k/Rh(I)表现突出,可以实现底物的常压催化氢化,取得了92%～96%的对映选择性,催化剂用量可降低至0.2 mol%;对于Z型β-脱氢氨基酸酯的不对称氢化反应,则(R,R)-3l/Rh(I)为最优催化剂,可以获得92%～98%ee值的氢化产物,特别是对于β-芳基取代衍生物的氢化反应,相应氢化产物的ee值可以达到96%～98%.该类催化剂为天然或非天然光学活性β氨基酸的合成提供了一个简便、高效的方法.     

DpenPhos/Rh（Ⅰ） Catalyzed Asymmetric Hydrogenation of Dehydro- β -Amino Acid Esters

本文研究了一类结构可调手性单齿亚磷酰胺配体DpenPhos在Rh（I）催化的E和Z型β-脱氢氨基酸酯的不对称催化氢化反应中的应用.经过系统的反应条件和配体结构优化,发现N原子上含有H的亚磷酰胺配体与Rh（I）形成的催化剂通常比N原子上不含H的配体表现出更高的反应活性.在E型β-脱氢氨基酸酯的不对称氢化反应中,催化剂（R,R）-3k/Rh（I）表现突出,可以实现底物的常压催化氢化,取得了92%～96%的对映选择性,催化剂用量可降低至0.2 mol%;对于Z型β-脱氢氨基酸酯的不对称氢化反应,则（R,R）-3l/Rh（I）为最优催化剂,可以获得92%～98%ee值的氢化产物,特别是对于β-芳基取代衍生物的氢化反应,相应氢化产物的ee值可以达到96%～98%.该类催化剂为天然或非天然光学活性β氨基酸的合成提供了一个简便、高效的方法.     

膦配体链长对锚合膦配体修饰的Rh/SiO_2催化剂上氢甲酰化反应性能的影响(英文)

烯烃氢甲酰化反应产物醛是生产多种有机化合物的重要中间体,具有重要的工业价值.均相催化剂具有反应条件温和及催化效率高的优点,因而成为工业应用的主要催化体系,但催化剂分离复杂且昂贵.多相催化剂具有易分离和易回收的优点,但在氢甲酰化反应中的活性和选择性较低,因而大大阻碍了其在工业上的应用.为了得到兼具两种催化剂优点的新型催化剂,人们进行了数十年的研究,均相催化剂多相化便是其中一个研究热点.实现该策略最常用的一个方法是将均相催化剂固载到载体上,以此来达到催化剂易从反应物及产物中分离,同时保有高活性高选择性的目的.通过化学键将金属配合物的配体键合到载体上已经取得了一定的成功,但依然存在着活性组分流失和催化剂失活的问题.本课题组开发了一种锚合膦配体修饰的Rh/SiO_2新型催化剂,在乙烯氢甲酰化反应中表现出卓越的稳定性,反应1000 h后依然没有出现活性下降和组分流失的现象,这是因为配体和活性金属同时被固载在载体SiO_2上.但是由于配体和活性金属都不能自由移动,很多配体不能与金属原子有效接触,起不到配位效应,因而催化剂活性仍不够高.因此,为了提高锚合膦配体修饰的Rh/SiO_2催化剂的活性,我们合成了具有较长链长的膦DPPPTS,并与商业购买的链长较短的膦DPPETS做对比,研究锚合膦配体链长和催化剂活性的关系.使用N_2物理吸附、原位红外光谱(FT-IR)和固体~(31)P核磁共振(NMR)等探讨了膦配体链长影响催化性能的原因.固定床上乙烯氢甲酰化反应结果表明,当膦配体的链长增长一个亚甲基长度后,反应稳定后催化剂的活性提高了一倍以上.N_2物理吸附实验表明,延长配体的链长对催化剂结构性质的影响不大,因而也不会改变反应时的传质.催化剂吸附合成气(CO:H_2=1:1)的原位FT-IR结果表明,不同链长膦配体修饰的Rh/SiO_2催化剂上均原位生成了类似于用于均相氢甲酰化反应的Wilkinson型催化剂的活性物种HRh(CO)_2(DPPPTS)_2[或HRh(CO)_2(DPPETS)_2],以及吸附在Rh上的线式CO.这两种吸附物种均利于氢甲酰化反应的进行,其中以前者活性更好.从原位FT-IR结果同样看出,锚合链长较长的膦配体的催化剂(DPPPTS-Rh/SiO_2)上原位生成的活性物种量更多,因而催化活性更高.固体~(31)P NMR结果表明,催化剂上的膦以自由态的膦(高场峰β)和与Rh配位的膦(低场峰α)两种形式存在.α峰面积和β峰面积之比(r)越高代表与Rh配位的膦配体占总膦量的比例越高.发现DPPPTS-Rh/SiO_2催化剂的r值(1.31)高于DPPETS-Rh/SiO_2催化剂(1.05),即前者与Rh配位生成活性物种的膦配体的比例更高.结合原位FT-IR和固体~(31)P NMR的结果可知,链长较长的DPPPTS更容易与Rh配位,从而生成更多的铑膦配合物活性物种,因而催化剂活性更高.因此,增长锚合膦配体的链长有助于提高其修饰的Rh/SiO_2催化剂的活性.     

聚氧乙烯基取代膦—铑配合物催化有机单相苯乙烯氢甲酰化反应研究

基于非离子表面活性膦配体的临界溶解温度特性 ,研究了以 Rh Cl3· 3H2 O为催化剂前体、聚氧乙烯基取代膦为配体原位合成的膦铑配合物催化剂 ,对有机单相体系中苯乙烯氢甲酰化反应的催化性能 .考察了反应温度、压力及不同聚氧乙烯基取代膦 -铑配合物催化剂对反应的影响 .以 Rh/PETPP配合物为催化剂时 ,在 T=10 0℃ ,p=6 .0 MPa (CO/H2 =1∶ 1)条件下 ,反应 3.5 h后 ,烯烃转化率和产物醛收率可分别达 96 .7%和 92 .6 %     

有机胺功能化离子液体中离子型铑(Ⅲ)配合物催化的1-辛烯两相氢甲酰化反应

考察了离子型+3价铑配合物1a和2a作为催化剂前体在1-辛烯氢甲酰化反应中的催化行为. 实验结果表明, 在无助剂存在下, 配合物1a和2a表现出较差的催化性能, 而廉价低毒的有机叔胺助剂如三乙胺或N-甲基哌啶可以显著提升配合物1a和2a的催化性能, 可获得800 h^-1以上的转化频率(TOF). 当以哌啶功能化离子液体[PEmim]BF₄兼作助剂和溶剂时, 不仅可以促进配合物1a和2a对氢甲酰化反应的活性和选择性, 还可实现“离子液体-有机”两相氢甲酰化反应, 使得锁定在[PEmim]BF₄离子液体相中的配合物1a(或2a)催化剂得以简单两相分离和回收循环使用, 但在5次循环使用过程中锁定在[PEmim]BF₄中的催化剂存在向有机相流失和失活的问题, 导致产物壬醛的收率逐渐下降.     

Rhodium-catalyzed linear cross-trimerization of two different alkynes with an alkene and two different alkenes with an alkyne

Crossing paths with rhodium: A cationic Rh(I)/H(8)-BINAP complex has been found to catalyze the linear cross-trimerization of terminal alkynes, acetylenedicarboxylates, and acrylamides to give substituted trienes. The asymmetric linear cross-trimerization, giving substituted chiral dienes, has also been achieved by using monosubstituted alkenes and (R)-BINAP instead of terminal alkynes and H(8)-BINAP (see scheme; H(8)-BINAP = 2,2'-bis(diphenylphosphino)-5,5',6,6',7,7',8,8'-octahydro-1,1'-binaphthyl; BINAP = 2,2'-bis(diphenylphosphino)-1,1'-binaphthyl]).     

Biphasic asymmetric hydroformylation and hydrogenation by water-soluble rhodium and ruthenium complexes of sulfonated (R)-2,2′-bis(diphenylphosphino)-1,1′-binaphthyl in ionic liquids

A biphasic catalytic system with water-soluble rhodium complexes of sulfonated (R)-2,2′-bis(diphenylphosphino)-1,1′-binaphthyl (labeled as (R)-BINAPS) in ionic liquid BMI·BF₄ has been developed for the asymmetric hydroformylation of vinyl acetate under mild conditions. The corresponding ruthenium complexes have been investigated for the biphasic asymmetric hydrogenation of dimethyl itaconate. The biphasic asymmetric hydroformylation of vinyl acetate provided 28.2% conversion and 55.2% enantiomeric excess when BMI·BF₄–toluene was used as the reaction medium at 333 K and 1.0 MPa for 24 h. The biphasic asymmetric hydrogenation of dimethyl itaconate in BMI·BF₄–ⁱPrOH at 333 K and 2.0 MPa afforded 65% enantiomeric excess with an activity similar to the homogenous analogs. Both biphasic catalytic systems with (R)-BINAPS ligand could be reused several times without significantly decrease in the activity, enantio- and regio-selectivities. The effects of properties of ionic liquid, molar ratio of ligand to rhodium, temperature, pressure and reaction time have been discussed.     

Synthesis and application of a new bisphosphite ligand collection for asymmetric hydroformylation of allyl cyanide

A series of mono- and bidentate phosphites was prepared with (S)-5,5',6,6'-tetramethyl-3,3'-di-tert-butyl-1,1'-biphenyl-2,2'-dioxy [(S)-BIPHEN] as a chiral auxiliary and screened in the asymmetric hydroformylation of allyl cyanide. These hydroformylation results were compared with those of two existing chiral ligands, Chiraphite and BINAPHOS, whose utility in asymmetric hydroformylation has been previously demonstrated. Bisphosphite 11 with a 2,2'-biphenol bridge was found to be the best overall ligand for asymmetric hydroformylation of allyl cyanide with up to 80% ee and regioselectivities (branch-to-linear ratio, b/l) of 20 with turnover frequency of 625 [h(-)(1)] at 35 degrees C. BINAPHOS gave enantioselectivities up to 77% ee when the reaction was conducted in either acetone or neat but with poor regioselectivity (b/l 2.8) and activities 7 times lower than that of 11. The product of allyl cyanide hydroformylation using (R,R)-11 was subsequently transformed into (R)-2-methyl-4-aminobutanol, a useful chiral building block. Single-crystal X-ray structures of (S,S)-11 and its rhodium complex 19 were determined.     

水/有机两相体系中单萜烯烃的氢甲酰化反应

考察了水溶性铑膦络合物RhCl(CO)(TPPTS)2(TPPTS为间-三苯基膦三磺酸钠)在水/有机两相体系中对不同单萜烯的氢甲酰化反应的催化性能.结果表明,添加表面活性剂对催化活性影响很大.在8.0 MPa,100℃的条件下,该催化体系对萜烯氢甲酰化反应具有较好的催化活性,月桂烯、莰烯和艹宁烯的转化率可分别达到92%,72%和86%.反应完成后,含水溶性铑膦络合物的水溶液与含产物的有机相分离方便,催化剂重复使用8次,其活性和选择性均未明显下降,易于实现催化剂的循环使用.     

Asymmetric Hydroformylation Using a Rhodium Catalyst Encapsulated in a Chiral Capsule

Supramolecular capsules can be used to change the activity and selectivity of a catalyst through the influence of the second coordination sphere, reminiscent of how enzymes control the selectivity of their processes. In enzymes, this approach is used to also control the enantioselectivity of reactions in which the active catalytic site is often not chiral but the second coordination sphere is. We are interested in the possibility to generate a chiral second coordination sphere around an otherwise achiral transition metal complex for asymmetric catalysis. In this paper we show that the ligand template approach can be used to generate a chiral second coordination sphere around a rhodium complex, which is used in asymmetric hydroformylation.     

新型水溶性膦铑络合物催化烯烃的氢甲酰化反应研究

新型水溶性膦铑络合物催化烯烃的氢甲酰化反应研究燕远勇，左焕培，金子林（大连理工大学化工学院，大连１１６０１２）关键词烯烃，水溶性膦铑络合催化剂，氢甲酰化，醛．１．前言为克服催化剂的流失和与反应产物的分离困难，近年来均相催化的一个重要进展是开发了以磺化...     

Recycle and recovery of rhodium complexes with water-soluble and amphiphilic phosphines in ionic liquids for hydroformylation of 1-hexene

A biphasic catalysis system composed of ionic liquid and rhodium complexes with water-soluble or amphiphilic phosphine ligands bearing water-soluble groups of sodium sulfonate have been employed for hydroformylation of 1-hexene. The experimental results show that the activity is almost independent of the hydrotropicity of the phosphine ligands in BMI·BF₄. In this system, the extraction of phosphine species by the organics from the IL phase was quite low but larger than that of rhodium species and showed rather good stability of catalytic activity. A slight decrease in the aldehyde n/i ratio during the catalyst reuse could be recovered, in part, by replenishing certain amount of ligand into the used catalyst system.     

Asymmetric Hydroformylation of Olefins Catalyzed by a Chiral Diphosphite-Rhodium Complex

A C2-symmetrical aryl diphosphite derived from chiral binaphthol was prepared and its rhodium complex was used as catalysts in the asymmetric hydroformylation of olefins. High catalytic activity and good regioselectivity were observed. Up to 31.2% ee and 38.1% ee were achieved for the hydroformylation of 4-fluoro-styrene and vinyl acetate respectively. The influences of ligand-to-metal ratio, reaction temperature and the pressure of syn-gas on the enantioselectivity and regioselectivity were also studied.     

Monohydride-Dichloro Rhodium(III) Complexes with Chiral Diphosphine Ligands as Catalysts for Asymmetric Hydrogenation of Olefinic Substrates

We report full details of the synthesis and characterization of monohydride-dichloro rhodium(III) complexes bearing chiral diphosphine ligands, such as (S)-BINAP, (S)-DM-SEGPHOS, and (S)-DTBM-SEGPHOS, producing cationic triply chloride bridged dinuclear rhodium(III) complexes ( 1 a : (S)-BINAP; 1 b : (S)-DM-SEGPHOS) and a neutral mononuclear monohydride-dichloro rhodium(III) complex ( 1 c : (S)-DTBM-SEGPHOS) in high yield and high purity. Their solid state structure and solution behavior were determined by crystallographic studies as well as full spectral data, including DOSY NMR spectroscopy. Among these three complexes, 1 c has a rigid pocket surrounded by two chloride atoms bound to the rhodium atom together with one tBu group of (S)-DTBM-SEGPHOS for fitting to simple olefins without any coordinating functional groups. Complex 1 c exhibited superior catalytic activity and enantioselectivity for asymmetric hydrogenation of exo-olefins and olefinic substrates. The catalytic activity of 1 c was compared with that of well-demonstrated dihydride species derived in situ from rhodium(I) precursors such as [Rh(cod)Cl]₂ and [Rh(cod)₂]⁺[BF₄]⁻ upon mixing with (S)-DTBM-SEGPHOS under dihydrogen.     

Aqueous biphasic hydroformylation of higher alkenes and highly efficient catalyst recycling in the presence of a polar low boiling solvent

The hydroformylation of higher alkenes under aqueous biphasic reaction conditions with a rhodium catalyst derived from BISBIS (sodium salt of sulfonated 2,2′-bis (diphenylphosphinomethyl)-1,1′-biphenyl) in the presence of a polar low boiling point solvent was studied. The addition of ethanol greatly accelerated hydroformylation, such that the turnover frequency (defined as the moles of converted alkene per mole of Rh per hour) and the selectivity for linear aldehyde were up to 2095 h^?1 and 99 %, respectively. The catalytic system could be recycled for at least five runs without significant loss of activity in the aqueous biphasic hydroformylation of 1-octene; the rhodium content leaching in product mixtures detected by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy was < 0.1 ppm.