喹啉及其衍生物的多相不对称氢转移反应

喹啉及其衍生物的多相不对称氢转移是制备杂环手性化合物的理想策略.多相手性催化体系具有催化剂可循环利用及产物分离提纯容易等优势.然而,喹啉及其衍生物的多相手性高效催化体系鲜有报道.这主要是由于多相手性氢转移为水-油-固三相反应,在反应的过程中,传质问题极大影响固体催化剂的催化性能.因此,发展具有相转移功能的手性催化材料,是提高多相氢转移体系催化效率的有效途径.本文采用一锅法合成策略,通过离子液体(ILs)为连接基团实现了TsDPEN手性配体在SBA-15介孔孔道中的嫁接.与Rh盐配位后,获得手性固体催化剂SBA-ILBF4-TsDPEN-Rh.FI-IR光谱和13C NMR结果表明,手性催化活性中心成功负载在SBA-15中,随着手性活性中心负载量的增加,SBA-ILBF4-TsDPEN-Rh的比表面积、孔径和孔容逐渐降低.在喹啉衍生物不对称氢转移反应中,SBA-ILBF4-TsDPEN-Rh系列催化剂催化得到产物的ee值为91％,表明多相手性催化剂具有较高的手性选择性.多相手性催化剂的催化活性随着活性中心负载量的上升而呈现下降的趋势,这主要是由于活性中心负载量较低的多相催化剂具有更高的比表面积和孔容,更有利于催化过程中的传质.与均相手性催化剂相比,优化后的多相手性催化剂表现出更高的催化活性(TOF值分别为75和92 h-1).作为对比,本文还合成了采用烷基链为连接基团的SBA-TsDPEN25-Rh,并以其为基础进一步嫁接了ILs基团,得到SBA-TsDPEN20-ILBF4-Rh.在相同的反应条件下,SBA-ILBF4-TsDPEN50-Rh表现出更高的催化活性.上述结果证实了ILs基团在反应过程中起到相转移以及富集氢源甲酸盐的作用,极大促进了喹哪啶不对称氢转移多相催化体系的活性,并且ILs基团和手性活性中心在空间距离上的接近更有利于催化活性的提高.此外,本文还研究了反应体系pH值对固体催化剂上反应速率的影响,随着反应的进行,反应溶液的pH会呈现明显上升的趋势,导致反应速率减缓以及底物转化受限.通过在反应过程中加入适量甲酸或者选用浓度更高的缓冲溶液可以有效防止催化过程中反应速率的减慢.综上可见,负载手性催化剂中的连接基团对多相手性催化剂的催化性能有重要影响.通过改变手性配体的连接基团提高手性固体催化剂的催化活性和手性选择性的策略可以拓展到其他多相手性催化体系.     

SiO2/COPs的合成及其在光催化反应中的协同效应

共价有机聚合物(COPs)是一类由轻质元素(C,H,O,N和B等)通过共价键的方式连接而成的有机多孔材料.COPs的共轭结构赋予其优异的可见光吸收特性,已经在光催化水分解制氢、二氧化碳还原、有机合成和污染物降解等领域显示出巨大的应用潜力.虽然COPs具有能带结构易调控和高孔隙率等优点,但其光催化活性仍有待提升.使用助催化剂是提升COPs的光催化活性,促进表面反应普遍采用的策略.此外,底物活化官能团的引入和光催化剂表面性质的调控也是提高光催化剂反应活性的有效方法.虽然可以通过改变COPs单体种类、化学键的类型和拓扑结构来调控COPs的组成,但要同时兼顾COPs的结构和亲疏水性的调控以及底物活化官能团的引入仍十分困难.与纯COPs相比,与其他材料进行杂化为扩大COPs的化学组成和功能性提供了更多可能.迄今为止,在COPs纳米孔中封装分子、纳米颗粒或将COPs涂覆在其他固体材料上是制备基于COPs复合材料的常用策略.但是,考虑到COPs和无机材料合成条件的不相容性,在纳米尺度精确控制复合材料的组分、结构和形貌仍然是一项艰巨的任务.本文制备了稳定在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)疏水核中的COPs胶体,其粒度分布在16 nm左右.通过溶胶-凝胶法在CTAB周围水解聚合四乙氧基硅烷,得到SiO2/COPs复合材料.表征结果表明,COPs均匀分布在氧化硅的骨架中.该复合材料具有分别来自于SiO2和COPs的介孔和微孔结构.与纯COPs相比,复合材料的表面疏水性降低.SiO2/COPs具有可见光响应特性,其吸收带边随COPs含量的增加而红移,表明在复合材料中COPs在高含量时发生团聚.SiO2/COPs作为光催化剂,可高效催化α-溴代苯乙酮的还原脱卤反应(汉斯酯为还原剂),其催化活性和SiO2/COPs比例相关,在COPs含量为22.6 wt％时达到最优.SiO2/COPs的催化活性较COPs有大幅度提高.在优化的SiO2/COPs比例下,SiO2/COPs的TOF是COPs的近12倍.控制实验表明,SiO2中的羟基对汉斯酯为还原剂有活化作用.此外,本文研究发现,复合材料的活性与SiO2/COPs的比值呈火山型曲线,表明在光催化反应中SiO2和COPs之间存在协同效应.由此可见,将光催化剂和反应物活化材料耦合是提高光催化反应活性的有效策略.