简单的配体改变调控钌配合物催化还原CO2的活性：硼基配体的对位效应和Ru―H键的性质

开发高效的催化剂用于催化还原CO₂转化为甲酸和它的盐类已经成为研究的热点,是因为将CO₂转化为C1产物不仅可以解决CO₂的含量升高带来的环境问题,还可以解决化石能源燃烧日趋严重的问题。贵金属配合物催化CO₂转化为甲酸和甲酸盐类是目前这类反应最有效的方式,尤其是Ru、Ir和Rh等贵金属。我们之前的研究结果表明Ir(Ⅲ), Ru(Ⅱ)类配合物催化还原CO₂转化为甲酸盐的活性是由配合物Ru―H键的成键性质决定的。它们能高活性的催化CO₂是由于它们都含有同一种特点的Ru―H键,是由Ru的sd²杂化轨道和H的1s轨道杂化而成的,而且这一特点可以被活性氢的对位配体显著影响。鉴于硼基配体具有强的对位效应,我们基于高活性的均相催化剂Ru(PNP)(CO)H₂ (PNP = 2, 6-二(二叔丁基磷甲基)-吡啶)设计了Ru-PNP-HBcat和Ru-PNP-HBpin,并计算了二者催化还原CO₂的活性。Bcat和Bpin配体是实验上常用的硼基配体。我们的计算结果表明Ru-PNP-HBcat和Ru-PNP-HBpin有比Ru-PNP-H₂更长的Ru―H键、亲核性更强的活性氢,其Ru―H键中的Ru原子的d轨道杂化成分的贡献也比Ru-PNP-H₂的更少。相应地Ru-PNP-HBcat和Ru-PNP-HBpin活化CO₂的能垒比Ru-PNP-H₂低。而且Ru-PNP-H₂、Ru-PNP-HBcat和Ru-PNP-HBpin催化CO₂转化为甲酸盐的能垒分别为76.2、67.8、54.4 kJ∙mol^-1,表明Ru-PNP-HBpin具有最高的催化活性。因此,钌配合物催化还原CO₂的活性可由硼基配体强的对位效应和Ru―H键的成键性质来调控。     

固载Ru基催化剂上二氧化碳加氢合成甲酸的研究(IV): 反应机理

探讨了在CO₂加H₂合成HCOOH过程中原位合成的固载Ru基催化剂的可能结构、CO₂的活化方式以及可能的反应机理. 在反应中, 固载Ru配合物中的一个P配体首先解离, 被质子型溶剂ROH取代而生成循环活性物质, 然后CO₂正插入Ru—H键生成甲酸酯配合物, 之后甲酸酯配合物中的Ru—O₂CH键被H₂氢解生成HCOOH, 而本身重新转化为活性物质, 完成催化循环.     

固载Ru基催化剂上二氧化碳加氢合成甲酸的研究(IV): 反应机理

探讨了在CO₂加H₂合成HCOOH过程中原位合成的固载Ru基催化剂的可能结构、CO₂的活化方式以及可能的反应机理. 在反应中, 固载Ru配合物中的一个P配体首先解离, 被质子型溶剂ROH取代而生成循环活性物质, 然后CO₂正插入Ru—H键生成甲酸酯配合物, 之后甲酸酯配合物中的Ru—O₂CH键被H₂氢解生成HCOOH, 而本身重新转化为活性物质, 完成催化循环.     

新型的钌配合物用于催化还原二氧化碳:理论预测

<正>钳形贵金属配合物是一类重要的均相催化剂,而且这类催化剂被广泛应用于催化还原CO_2的反应中1,2。近年来,以钌为金属中心的钳形PNP配合物得到了高度的关注,并且其催化CO_2还原为甲酸(盐)的活性也达到了全新的高度3,4。虽然这类催化剂的催化活性非常可观,但是催化反应条件依然很苛刻。所以设计和开发在温和条件下催化还原CO2的高活性催化剂是十分有必要的。量     

活性钌、锇-配体多重键配合物研究进展

金属一配体多重键配合物的反应性研究有助人们深入理解许多重要的金属催化过程,如生物体系中的氧化和固氮及有机合成中的金属催化原子或基团转移反应．含Os=N多重键的锇（VI）氮合物在还原剂存在下发生氮偶合反应生成双核氮分子桥连配合物,为与固氮机理有关的金属氮合物氮偶合反应提供实验证据．一系列具有可调结构和氧化性含M=O,M=NR,M=CR^1R^2（M=Ru,Os）多重键的活性钌／锇氧合物,钌亚胺基配合物,钌／锇卡宾配合物（包括手性配合物）已被成功分离,其结构已通过光谱手段和x射线单晶衍射确定．这些活性金属一配体多重键配合物分别能与有机化合物发生氧原子、亚胺基、卡宾转移反应,包括烯烃环氧化、环氮化、环丙烷化、cis双羟基化,c—H键羟基化、酰胺化、卡宾插入等,从而允许直接研究相应催化过程中金属．配体多重键中间体的原子或基团转移反应,为金属催化原子或基团转移反应（包括不对称催化反应）提供重要机理信息．已发展出一系列涉及钌．配体多重键活性物种的高选择性钌催化反应,包括2,6-Cl2pyNO与烯烃的环氧化和Wacker型氧化成醛,H2O2水溶液氧化烯、炔烃和醇为羧酸或cis-二醇,PhI=NR与饱和c—H键的酰胺化,重氮化合物的卡宾偶合,分子内卡宾插入c—H键,重氮化合物、亚胺、烯／炔烃的三组分偶合,及以“PhI（OAc）2＋RNH2”为氮源的金属催化C—N键形成反应等．     

单齿配体取代基对钌(Ⅱ)芳烃配合物光致配体解离能力的影响

合成了三种钌(Ⅱ)芳烃配合物[(η⁶-p-cymene)Ru(bpy)(py-R)]²⁺(bpy=2,2′-联吡啶,py=吡啶,R=N(CH₃)₂,H,NO₂),通过紫外-可见吸收光谱、核磁共振、高分辨质谱及DNA凝胶电泳等手段研究了单齿配体吡啶对位取代基的推拉电子能力如何影响配合物的光致配体解离能力。研究发现,当单齿配体吡啶对位取代基为拉电子基团硝基时,配合物具有光致单齿配体解离能力及潜在的光活化抗肿瘤活性。     

CO_(2)加氢制甲酸理论研究及高效铁基催化剂设计北大核心CSCD

CO_(2)加氢制甲酸由于需同时活化惰性氢气及CO_(2)而富有挑战性,同时此过程原子经济性100%,具有很好的理论和现实研究价值,但文献中报道的活性较好的催化剂均为贵金属催化剂.为了开发活性更高的用于CO_(2)加氢制甲酸的铁基催化剂,我们采用理论计算方法研究了12种不同种类的PNP-Fe(PNP=2,6-(二-叔丁基-磷甲基)吡啶)化合物催化CO_(2)加氢制甲酸的过程.理论研究结果表明,CO_(2)加氢制甲酸反应过程包括H2活化及CO_(2)插入金属氢键两个步骤,H_(2)活化过程是整个反应的速控步骤.催化剂吡啶环上进行P原子取代可以显著降低H_(2)活化能垒.基于以上发现,我们设计了一种新颖的高效铁基催化剂,使用此催化剂催化CO_(2)加氢制甲酸反应,速控步骤能垒只有85.6 kJ/mol,催化活性与贵金属的比较接近.我们研究的12种铁基催化剂速控步骤能垒范围为85.6~126.4 kJ/mol,显示了配体良好的调控催化活性能力.     

通过C—H键断裂合成得到一个柄型的杂硼杂苯二价镧系胺化物

单阴离子硼杂苯配体具有和茂配体类似的配位性质, 而中性硼杂苯配体具有和苯类似的配位性质. 有关于阴离子硼杂苯的金属配合物已有一些报道, 中性硼杂苯的金属配合物只有Cr0被合成得到, 同时含阴离子硼杂苯和中性硼杂苯的金属配合物一直没有报道. 中国科学院上海有机化学研究所陈耀峰等通过一个中性硼杂苯(C5H5B←PMe3)和Yb[N(SiMe3)2]2的反应, 合成得到了一个柄型的杂硼杂苯二价镧系胺化物, 该反应经历了一个C—H键的断裂. 在这个配合物中, 金属离子Yb2＋同时被中性硼杂苯和阴离子硼杂苯络合, 柄型部分罕见地通过配位键和共价键与两个络合的芳环相连接. 这个配合物新奇的结构赋予它很好的反应潜能.     

含负氢配体的单核钌催化的降冰片烯开环易位聚合催化研究

设计的含负氢配体的单核钌配合物Ru(p-cymene)HClPCy₃高活性地催化了降冰片烯开环易位聚合反应(ROMP), 并通过设计的Ru(p-cymene)H₂PCy₃对降冰片烯的催化活性研究证明了单核催化剂需同时含有氯原子配体, 提出了反应机理.     

Ir(CO)Cla(Ph2Ppy)2HgClb(HgCl2)c (a,b=1, 2, c=0, 1)的Ir-Hg相互作用和氧化还原反应性质

应用密度泛函理论(DFT)的PBE0方法, 金属原子采用SDD基组, H、C、O和N原子采用6-31G*基组, P和Cl原子采用6-311G*基组, 对单核配合物Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2(1), 双核配合物Ir(CO)(Cl)2(Ph2Ppy)2HgCl(2)、Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2HgCl2(3)和Ir(CO)(Cl)2(HgCl2)(Ph2Ppy)2HgCl(4)进行结构优化, 并在优化的基础上采用基组重叠误差(BSSE)校正计算相互作用能, 通过自然键轨道(NBO)和前线轨道分析研究Ir-Hg相互作用和氧化还原反应的实质. 通过计算发现, Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2与HgCl2发生氧化还原反应得到的产物2和4比非氧化还原产物3稳定. Ir-Hg相互作用强度顺序为3<4<2, 且随着Ir-Hg相互作用强度增大, HOMO轨道中Ir和Hg成分逐渐趋于接近. 配合物2和4都具有一对Ir-Hg成键与反键轨道, 其成键轨道的组成分别为0.5985sd0.06Hg+0.8012sd2.48Ir和0.5794sd0.05Hg+0.8151sd2.48Ir, 但3中Ir与Hg的相互作用较弱, 只存在弱相互作用(电荷转移作用), 表现为nIr→nHg的直接作用和σIr—P(1)→nHg、σIr—C(1)→nHg的间接作用.     

Ir(CO)Cla(Ph2Ppy)2HgClb(HgCl2)c(a,b=1,2;c=0,1)的Ir-Hg相互作用和氧化还原反应性质

应用密度泛函理论(DFT)的PBEO方法,金属原子采用SDD基组,H、C、O和N原子采用6-31G*基组,P和Cl原子采用6-311G*基组,对单核配合物Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2(1),双核配合物Ir(CO)(Cl)2(Ph2Ppy)2HgCl(2)、Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2HgCl2(3)和Ir(CO)(Cl)2(HgCl2)(Ph2Ppy)2HgCl(4)进行结构优化,并在优化的基础上采用基组重叠误差(BSSE)校正计算相互作用能,通过自然键轨道(NBO)和前线轨道分析研究Ir-Hg相互作用和氧化还原反应的实质.通过计算发现,Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2与HgCl2发生氧化还原反应得到的产物2和4比非氧化还原产物3稳定.Ir-Hg相互作用强度顺序为3＜4＜2,且随着Ir-Hg相互作用强度增大,HOMO轨道中Ir和Hg成分逐渐趋于接近.配合物2和4都具有一对Ir-Hg成键与反键轨道,其成键轨道的组成分别为0.5985sd0.06Hg+0.8012sd2.48Ir和0.5794sd0.05Hg+0.8151sd2.48Ir,但3中Ir与Hg的相瓦作用较弱,只存在弱相互作用(电荷转移作用),表现为nIr→nHg的直接作用和σIr-P(1)→nHg、σIr-C(1)→nHg的间接作用.     

Cu催化偶联反应合成烷基芳基醚的DFT机理研究

本工作提出了Cu催化的2-(2-碘苯基)-1-乙醇分子内Ullmann C―O偶联反应机理, 并用密度泛函理论(density functional theory, DTF)计算验证. 催化循环从原位生成的亚铜配合物开始, 亚铜配合物经氧化加成生成Cu(III)配合物; Cu(III)配合物和反应物醇配位形成四配位Cu(III)配合物; 然后四配位Cu(III)配合物被O-卤键活化, 活化后进行配体交换; 最后经还原消除释放烷基芳基醚并再生催化剂. 量化计算显示叔丁醇离子不仅是一种碱而且还扮演催化剂物种的角色. 然后, 计算各步反应能垒表明配体交换是整个反应的决速步骤. 计算结果与实验结果吻合较好, 证明了计算机理的合理性.     

硼基路易斯酸-过渡金属配合物:新型双功能催化剂（英文）

路易斯酸-过渡金属(LA-TM)配合物作为一种新型的双功能催化剂崭露头角.有别于传统的过渡金属双功能催化剂,LA-TM催化剂另辟蹊跷,用路易斯酸功能位点作为电子受体,过渡金属作为电子给体,进行新型的双功能催化.近期,LA-TM配合物迅速发展.依据其键合特点,对硼基LA-TM配合物进行综述,包括sp3杂化、sp2杂化和sp杂化的硼基LA-TM配合物,并归纳了其在LA-TM催化方面的潜在应用,包括H—H/E—H/E—E键活化、氢化、硅氢化和转移脱氢化等等.本综述有望将为开拓LA-TM双功能催化的新领域提供有价值的信息.     

水对二氧化碳插入TpRu(PPh3)(CH3CN)H生成甲酸根配合物的影响

分别研究了在干燥THF及H2O/THF条件下CO2与TpRu(PPh3)(CH3CN)H(Tp=Hydrotris(pyrazolyl)borate)的反应, 发现水对CO2插入TpRu(PPh3)(CH3CN)H的反应具有显著促进作用. 原位高压NMR研究显示, 在水存在下, CO2插入Ru-H键形成水合甲酸根配合物TpRu(PPh3)(CH3CN)(η1-OCHO)H2O, 其中甲酸根配体与溶剂中水分子形成分子间氢键. B3LYP水平的理论计算表明, CO2插入TpRu(PPh3)(CH3CN)H 中Ru-H键的能垒由于水的存在而显著降低; 在过渡态, CO2分子中碳原子的亲电性由于其氧原子与水分子形成氢键而得到增强. TpRu(PPh3)(CH3CN)(η1-OCHO)*H2O很快转化为另一甲酸根配合物TpRu(PPh3)(H2O)(η1-OCHO), 并与之达成平衡. 后者由于甲酸根配体与水分子配体间形成分子内氢键而稳定.     

Murai反应中芳香酮邻位C–H键活化的区域选择性的理论研究

钌催化剂RuH_2(CO)(PPh_3)_3使Murai反应中芳香酮β位C–H键的催化活化反应具有极高的产率与选择性.本文采用密度泛函(DFT)方法研究了钌配合物催化芳香酮邻位C–H键活化的反应机理,剖析了芳香酮C–H键活化反应中产生区域选择性的原因.计算结果表明,C–H键的活化位垒为1.1 kcal/mol,从反应动态学角度很好地解释了该反应的区域选择性.通过路径a与路径b的比较,发现C=C双键更容易插入到Ru–H键而不是Ru–C键中.另外,无论C–C键形成(C–C活化过程)出现在路径a的烯烃插入基元反应,还是出现在路径b的还原消除基元反应,C–C键形成步骤都是整个催化反应的决速步骤.与路径a和b比较,反应路径c中C–C键形成过程的空间位阻较大,能垒也更高.     

无配体参与的铱催化的苄位二级碳氢键的硼化反应（英文）

报道了无外加配体参与的以吡唑作为导向基团的铱催化的sp~3碳氢键的区域选择性硼化反应.在催化量的[Ir(OMe)(cod)]_2存在下,该反应能够顺利地将苄位的二级碳氢键转化成碳硼键.该反应具有非常广谱的官能团兼容性,能够以良好到优秀的产率生成相应的产物.此外,导向基团吡唑能够通过臭氧接转化成酰胺.     

[Ru（MeIm）4L]^2＋（L=iip，tip，2ntz）的电子结构、DNA-键合、构效关系及光谱特征

采用密度泛函的方法,结合导体极化连续模型研究了水溶性二价钌．甲基咪唑类配合物[Ru（MeIm）4iip]^2＋。（1）、[Ru（MeIm）4tip]^2＋0＋（2）和[Ru（MeIm）42ntz]^2＋（3）的电子结构、DNA的键合倾向及构效关系,在水溶液中几何优化的基础上分析了配合物的电子结构特征,并合理解释了配合物与DNA的键合倾向．计算结果表明,在主配体上用噻吩代替咪唑取代基可以有效提高配合物与DNA的键合力;同时,在主配体的骨架上引入强电负性的N原子及NO2基团可以明显降低配合物最低未占据分子轨道能量及前沿分子轨道能量差．基于以上计算结果,预测所设计的配合物3具有最大的DNA键合力常数．另外,详细分析了配合物1、2的构效关系及抗肿瘤作用机理,并预测了配合物3的抗肿瘤活性．最后,用含时密度泛函方法对配合物的电子吸收光谱进行了计算和模拟,并与实验结果进行了对比分析．     

以苯基吡唑为主配体的Ir配合物电子结构和光谱性质的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)的B3LYP方法对以苯基吡唑ppz为主配体的4种Ir配合物Ir(ppz)₃, Ir(ppz)₂(acac), Ir(ppz)₂(pic)和Ir(ppz)₂(dbm)的电子结构和光谱性质进行了理论研究. 计算结果表明, 辅助配体的改变对Ir配合物的最高占据轨道(HOMO)的影响不大, 但会显著的降低分子最低空轨道(LUMO)的能级, 从而调节Ir配合物的HOMO和LUMO间的能隙. 4种配合物对应的发射跃迁分别为Ir(ppz)₃:d(Ir)+π(ppz)→π*(ppz); Ir(ppz)₂(pic):d(Ir)+(ppz)→π*(pic); Ir(ppz)₂(acac), Ir(ppz)₂(dbm):d(Ir)+π(acacdbm)→π*(acacdbm). 金属配合物的发光颜色可以通过选择合适的辅助配体调节.     

双桥硫配合物Cp_2M_2S_4(M=Fe,Ru)的电子结构及反应性

本文应用EHMO法研究了三个Cp_2M_2S_4(M=Fe,Ru)类配合物的电子结构,根据计算所得的分子轨道能级,轨道特征和Mulliken重叠集居等数据,对其成键性质进行了分析。这类配合物的反应性研究结果表明:在配合物的骨架构型重排η~1-S_2(?)η~2-S_2的可逆氧化还原反应过程中,桥配基是反应的活性位置。     

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。