通过远端碳氮双键迁移实现非活化烯烃的三氟甲硫基化反应

利用自由基参与的官能团迁移策略实现了非活化烯烃的三氟甲硫基化反应.通过AgSCF₃和K₂S₂O₈相互作用产生的三氟甲硫基自由基与非活化烯烃反应,继而诱导远端含有碳氮双键官能团（杂芳基、亚胺）的分子内迁移,从而实现非活化烯烃的三氟甲硫基化反应.该转化具有反应条件温和、产物收率高、官能团兼容性广及区域选择性单一等特点,对具有不同电性和位阻的底物具有较好的适用性,高效构建了一系列含有三氟甲硫基的烷烃酮化合物.     

无金属催化N-芳基丙烯酰胺的多氯甲基化/环化反应

以过氧苯甲酰为氧化剂,氯仿或二氯甲烷为多氯甲基源,在与N-芳基丙烯酰胺的反应中通过自由基加成环化,合成了一系列多氯甲基取代的2-吲哚酮类化合物.反应无需金属催化剂,简单高效,底物范围较广.     

在FAP存在下氯仿对α-β-不饱和羰基化合物的Michael加成反应

含三氯甲基的化合物是精细有机合成的重要中间体,因为三氯甲基能进行多种的官能团转移。通常直接引入三氯甲基的方法是氯仿与羰基化合物在碱存在下进行亲核加成而得^[1];而氯仿与α,β-不饱和羰基化合物通过Michael加成,引入三氯甲基,尚未见过文献报道。作者在前文^[2,3]已报道了在附载型氟离子试剂KF/Al₂O₃/PEG 4000(简称FAP)的存在下,硝基烷可与α,β-不饱和羰基化合物顺利地进行Michael加成反应,并且发现FAP具有很强的喊性和弱的亲核性。据文献报道^[7],KF/Al₂O₃是环境友好的碱性催化剂,可催化多种有机反应的进行。而作者发现,FAP的表面碱性比KF/Al₂O₃高。因此,作者用FAP做碱,考察氯仿与不饱和羰基化合物的Michael加成;实验发现,可顺利得到含三氯甲基的Michael加成产物,用GC跟踪反应没有发现产生的三氯甲基负离子进一步衰减为二氯卡宾,与双键加成生成三员环化合物。并且用过的FAP经lmmHg,150℃重新活化2小时后可重新使用,不影响反应效果。     

二氧化碳参与的自由基型烯烃双官能团化反应

二氧化碳(CO₂)是一种理想的C1合成子. 利用其参与化学转化合成羧酸和含羰基杂环等具有高附加值的产品, 具有重要意义. 另一方面, 烯烃的双官能团化反应是有机合成化学中的一类重要反应, 可以将简单易得的烯烃快速高效地转化为结构多样性的重要化合物. 然而, 由于CO₂反应活性较低, 而且烯烃官能团化反应的选择性难以控制, CO₂参与的烯烃双官能团化反应具有较高的挑战性. 近年来, 自由基化学的蓬勃发展为该类反应的开发提供了新的策略, 实现了一些重要转化反应. 基于此, 从CO₂参与烯烃的氧-烷基化反应、碳羧基化反应、硅羧基化反应、硫羧基化反应以及双羧基化反应等反应入手, 全面总结和深入分析了最近几年CO₂参与的自由基型烯烃双官能团化反应进展; 在介绍上述进展的同时, 重点阐述了其可能经历的四类自由基化学历程. 最后对该领域的未来发展方向进行了展望, 希望为该领域的进一步发展提供一些思路.     

二茂铁基功能化的氮杂环卡宾银配合物的合成及催化活性

通过N-二茂铁基甲基-N-吡啶基甲基咪唑盐与氧化银在相转移催化条件下反应, 合成了4个二茂铁基功能化的氮杂环卡宾银配合物(NHC)₂AgX(X=PF₆或BF₄), 并利用NMR及X-射线单晶衍射对其结构进行了表征. 在这4个化合物中, 银为二配位结构, 吡啶氮原子并未参与配位. 催化活性测试结果表明, 合成的4个化合物具有高的催化炔、 醛和胺三组分偶联反应活性.     

表面偶联甲基自由基实现低温高效甲烷氧化偶联

天然气作为一种低碳清洁能源,其储量大,价格低,被认为是最有前途的石油替代资源之一.而以天然气的主要成分——甲烷为原料来生产高价值化学品被认为是石化工业中实现天然气取代石油为原料新化工路线的技术基础,具有极为可观的社会经济价值.目前甲烷的化学利用主要采用间接转化法,即先从甲烷制合成气,再由合成气制备各种化工原料和油品.但该路线流程复杂,能耗大,生产成本高及投资大,具有明显的局限性,这促使着人们不断探索能量效率更高的甲烷直接转化技术.甲烷氧化偶联(OCM)是最重要的甲烷直接转化技术之一.自1982首次报道以来,人们开发了1000多种OCM催化剂,涉及元素超过68种,但C₂烃类(乙烷和乙烯)的收率普遍低于30%,尚未实现工业化.传统研究认为,OCM反应遵循“多相-均相”催化反应机理,甲烷在催化剂表面活化产生甲基自由基后,在气相中进行偶联生成乙烷和乙烯等产物.由于高温下甲基自由基很容易脱附到气相,传统的OCM催化剂一般只在甲基自由基的产生这一步发挥作用.而随后在气相中发生的甲基自由基均相反应并不受催化剂控制,在热力学驱动下,会倾向于深度氧化生成CO2等副产物,因此OCM反应中C₂的收率上限为25%–28%.理论上来说,只有当催化剂能够在甲基自由基偶联这一步发挥作用时,C₂物种的收率才可能打破上限,但目前尚未有催化剂实现甲基自由基可控表面偶联.本文提出并证实5wt%Na₂WO₄/SiO₂(5NaWSi)具有催化甲基自由基表面偶联的能力.在低温下,5NaWSi本身对于OCM没有催化活性,但是它的加入能够显著提高La₂O₃催化剂的C₂选择性,进而提高C₂收率,使其在570℃的低温下即可达到10.9%的C₂收率.在La₂O₃和5NaWSi之间加入一层甲基自由基淬灭剂——石英砂,这种提升作用随即消失,表明甲基自由基在5NaWSi上的表面偶联可能是C₂选择性和收率提升的主要原因.本文进一步采用同步辐射光电离质谱技术原位检测了反应过程中的自由基中间体,结果发现,La₂O₃表面产生的甲基自由基确实可以在5NaWSi表面进行偶联,进而提高C₂的选择性和收率.通过对5NaWSi的组成和结构进行分析,发现5NaWSi中的Na₂WO₄纳米团簇可能是甲基自由基偶联的活性位点,该位点不仅具有很强的甲基自由基吸附能力,为甲基自由基表面偶联提供机会,同时不会深度氧化C₂物种,有效地提高了C₂选择性.以此为基础建立理论模型,我们通过DFT计算对甲基自由基在5NaWSi表面的偶联机制进行了研究.结果表明,5NaWSi对甲基自由基具有很强的吸附能力,而吸附后的甲基自由基更倾向于偶联生成C₂产物,而不是β-H消除生成HCHO等副产物,表明5NaWSi确实是很好的甲基自由基表面偶联催化剂.甲基自由基表面偶联的证实为OCM催化剂的开发开辟了新方向.从双功能催化剂设计的角度出发,将OCM反应分解成甲烷活化和甲基自由基偶联这两个部分,并分别针对这两个部分来筛选和优化催化剂,将有望突破C₂收率上限,进而推进OCM的工业化进程.     

无金属催化非活化烯烃的多氯甲基化/芳基化自由基反应合成含多氯甲基吲哚啉（英文）

N-烯丙基芳胺在非金属催化条件下,发生多氯甲基化/环化串联反应生成多氯甲基取代的吲哚啉.该反应以非活化的烯烃为自由基受体,过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂,廉价的二氯甲烷、氯仿、四氯化碳溶剂作为二氯甲基化或三氯甲基化试剂,且具有操作简单、条件温和、成本低、底物适用范围广等优点.     

利用原位变温EPR研究富勒烯双体笼间的弱C―C键

本文研究了(C₆₀)₂-[P(O)(OCH₃)]₂富勒烯双体内的笼间C―C键的热力学性质(该双体的结构详见文献, Chem. Commun. 2011, 47, 6111)。原位、变温电子顺磁共振波谱实验结果表明,该C―C键的键离解能(BDE)为72.4 kJ·mol^-1 (17.3 kcal·mol^-1),仅约为常见氢键的两倍,或约为常见有机C―C键的五分之一。因此,该二聚体于较高温度时容易发生均裂反应,形成单体自由基;降温时又容易发生自由基聚合反应。基于该笼间C―C键所具有的这些热力学特性,我们对其可被用于制备有序的富勒烯分子元器件等材料作展开讨论。     

常见三氟甲基源释放三氟甲基自由基能力的理论计算研究

三氟甲基自由基源（·CF₃）是发展自由基三氟甲基化反应的基础.采用密度泛函理论（M06-2X）,系统研究35个常见三氟甲基源释放CF₃自由基的能力（TR^·DA：trifluoromethyl radical donor ability）及可能的途径.计算结果表明,35个三氟甲基源通过化学键均裂释放三氟甲基自由基所需能量跨度为-21.5至95.2 kcal·mol^-1.单电子转移、卤键和硫键给体（halogen/chalcogen-bond donor）可促进CF₃自由基释放.相关研究结果将有助于理解和设计新自由基三氟甲基化试剂和反应.     

三氟甲基自由基促进的烯烃官能团迁移新进展

引入三氟甲基官能团可以有效地改善功能分子的化学稳定性、代谢稳定性及脂溶性等理化性质.发展三氟甲基化合物的高效合成方法具有重要的应用价值.近年来,三氟甲基自由基与烯烃的反应得到了迅速的发展,其形成的烷基自由基物种促进分子内官能团的迁移,极大地丰富了烯烃的官能团化方式,在实现烯烃三氟甲基官能团化的同时,为迅速构建多样性的分...     

新型含吡唑环的N-甲氧基氨基甲酸甲酯类化合物的设计、合成及生物活性

以苯(吡啶)乙/丙酮类化合物为原料, 经酯化、环化和缩合三步制得新型含吡唑环的N-甲氧基氨基甲酸甲酯类化合物3a~3r, 化合物及其中间体的化学结构经红外光谱、核磁共振谱及元素分析确认. 生物活性结果表明, 化合物3在400 mg/L下分别对水稻稻瘟病、黄瓜霜霉病和小麦白粉病具有很好的防治效果. 对水稻稻瘟病, R₁为甲基或甲氧基取代的苯基时活性最好; 对于黄瓜霜霉病和小麦白粉病, R₁为苯基或甲基取代苯基的化合物杀菌活性优于其它化合物, R₂为甲基的化合物杀菌活性优于R₂为氢的化合物.     

2种同构紫精配位聚合物的合成及其光致变色性能

变色材料作为一种新型的智能材料,在光存储信息和光学器件等领域具有巨大的应用潜力。以具有柔性骨架的紫精配体1,1’-双(4-羧基苄基)-4,4’-联吡啶二氯化物(H₂BpybcCl₂)作为功能配体,与过渡金属离子Mn²⁺和Cd²⁺自组装,合成2个同构配位聚合物[Mn(Bpybc)Cl₂·H₂O]_n(1)和[Cd(Bpybc)Cl₂·4H₂O]_n(2)。X射线单晶衍射表明,2个化合物为一维链状结构。在紫外灯照射下,光诱导电子转移而产生紫精自由基,2种化合物均表现出明显的光致变色行为。     

Na2CO3催化的叠氮三甲基硅烷对δ-三氟甲基-δ-芳基取代对亚甲基苯醌的1,6-共轭加成: 高效构建含三氟甲基和叠氮取代的二芳基甲烷化合物

报道了一种高效的δ-三氟甲基-δ-芳基-取代对亚甲基苯醌的叠氮化芳基化反应. 以Na₂CO₃为催化剂, 叠氮三甲基硅烷与δ-三氟甲基-δ-芳基取代对亚甲基苯醌发生1,6-共轭加成反应, 以优异的分离产率(90%~96%)获得了结构多样的含有三氟甲基和叠氮取代的二芳基甲烷化合物.该反应具有良好的底物适用范围和官能团兼容性.     

硝酸异丙酯与Cl原子、 OH和NO3自由基反应的机理及动力学

采用CCSD(T)//M06-2X/6-311++G(d,p)方法, 结合传统过渡态理论, 研究了硝酸异丙酯与Cl原子、 OH及NO₃自由基的反应机理和动力学. 两个反应物单体首先形成氢键复合物, 随后X(X=Cl原子、 OH和NO₃自由基)提取硝酸异丙酯中叔碳的α-H原子或甲基的β-H原子, 室温下, 以X提取α-H原子为主. 反应的主要历程为 Cl原子(OH或NO₃自由基)提取(CH₃)₂CHONO₂的α-H原子, 生成HCl(H₂O或HNO₃)分子和(CH₃)₂CONO₂自由基, 后者分解为丙酮和NO₂. 结果表明, 在200~500 K温度范围内, 随着温度的升高, 丙酮和NO₂的产率降低; 在室温下, 硝酸异丙酯与Cl原子、 OH和NO₃自由基反应的速率常数分别为3.933×10^-11, 1.182×10^-13和7.134×10^-19 cm³·molecule^-1·s^-1. 计算所得硝酸异丙酯与OH自由基反应的动力学数据与实验结论一致.     

两种基于B5On(n=11, 12)簇构筑的具有深紫外吸收的硼酸盐

以碱金属和碱土金属为模板, 在溶剂热条件下合成了两种具有深紫外吸收特性的硼酸盐Na₂Ba· [B₅O₈(OH)]₂·2H₂O(1)和KSr[B₅O₈(OH)₂](2), 并利用单晶X射线衍射(SCXRD)、 粉末X射线衍射(PXRD)、 傅里叶变换红外(FTIR)光谱、 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和热重分析(TG)等手段对化合物的结构和性能进行了研究. 结果表明, 化合物1可归属于单斜晶系P2/c空间群, 结构中四连接的B₅O₁₀(OH)簇单元通过共氧连接形成含有两种9-元环窗口的二维层; 化合物2结晶于单斜晶系C2/c空间群, 结构中四连接的B₅O₁₀(OH)₂簇单元则通过共氧交替连接构筑了罕见的含有8-/12-元环孔道的二维褶皱层. 两种基于B₅O_n(n=11, 12)簇单元构筑的化合物均具有低于200 nm的深紫外吸收边, 在紫外/深紫外区具有潜在的应用价值.     

基于Keggin型杂多酸的无机-有机杂化物的合成和光催化活性

采用水热合成方法制备了2个基于Keggin型杂多酸的无机-有机杂化物, 化学式分别为{[Cu₂(4,4′- bipy)₄(H₂O)₄](SiMo₁₂O₄₀)·18H₂O}_n(1)和{[Cu₂(4,4′-bipy)₄(H₂O)₄](PMo₆W₆O₄₀)·18H₂O}_n(2)(bipy=bipyridine). 结构分析 表明2个化合物同构, Cu²⁺是六配位, 分别与4个4,4′-bipy上的N原子和2个水分子上的O原子结合, 形成 [Cu(4,4′-bipy)₂(H₂O)₂]_n²ⁿ⁺二维层状结构. 杂多阴离子通过静电与配位阳离子[Cu(4,4′-bipy)₂(H₂O)₂]_n²ⁿ⁺作用交叉排列在层间. 通过红外光谱、 粉末X射线衍射和固体紫外-可见漫反射光谱等对化合物的性质进行了表征. 研究了所合成化合物对水溶性染料亚甲基蓝的降解活性, 发现2种化合物对于亚甲基蓝均表现出显著的光降解活性, 并对它们的催化机理进行了讨论.     

气体再燃低NOx燃烧中NO与NHi的反应机理研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)对NO与NH_i自由基的反应机理进行了研究,并结合经典过渡态理论对各反应速率常数进行了计算。结果表明,NO与NH₂自由基的反应体系可通过六个反应通道形成N₂+H₂O、N₂O+H₂和N₂H+OH。从能量变化和反应速率两方面考虑,产物N₂+H₂O最容易生成,其最佳反应通道为NO+NH₂→→N₂+H₂O;NO与NH自由基的反应体系可通过七个反应通道形成N₂+OH、N₂O+H和N₂H+O;其中,N₂+OH最容易生成,最佳反应通道为NO+NH→→N₂+OH。比较发现, NH比NH₂自由基更易与NO发生反应生成N₂。因此,在实际运行中改变操作条件,实现NH₂等向NH方向转化,有利于NO_x的还原。     

双反应位点共修饰WO3光催化活化甲烷(英文)

在温和条件下将CH₄转化为液态含氧化合物,对解决能源和环境问题,实现可持续发展具有重要意义.光催化CH₄转化技术可利用光能驱动载流子分离,实现温和条件下CH₄直接转化.然而,该过程面临着活性低和选择性差的瓶颈问题.WO₃作为常见的光催化剂之一,具有热稳定好、可见光响应性能好和价带空穴氧化能力强等特性,但存在光生电荷容易复合的问题.助催化剂能够发挥促进光生电荷分离和加速表面催化反应的双重作用,有助于局域电子密度的重新分布,从而促进光生电荷的分离和转移.然而,单一助催化剂促进光生电荷分离具有一定局限性,为了进一步加强光生电荷的分离和转移,引入氧空位(OVs)是个很好的选择, OVs不仅可通过插入杂质能级增强光吸收和促进电荷分离,而且可以促进小分子吸附和活化,进而加速表面反应动力学.本文采用双活性位点Pd纳米颗粒和OVs改性的WO₃为催化剂,实现温和条件下CH₄转化为液体含氧化合物.参照文献(J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 4486-...     

光催化苄基邻卤芳醚与CO2的连续去芳构化/羧化反应合成螺环羧酸(英文)

自1900年首次发现螺环化合物以来,由于它在药物分子、手性配体、激光染料等领域的重要作用,越来越多的螺环化合物被发现和研究.目前已研发出了几种典型的反应来合成螺环化合物,如分子间的环加成或偶联反应及双官能团化合物分子内的偶联反应.但这些方法仍存在选择性难以控制、螺环中官能团耐受性差、条件苛刻等不足.因此,有必要发展合成含各类官能团的螺环的方法.近年来,芳基化合物的分子内去芳构化已经成为合成螺环骨架的有效策略,尤其是通过光催化去芳构化合成螺环.CO₂作为C1合成子具有丰富、低成本、可持续及无毒等优势,若将CO₂作为羧酸源键联在螺环骨架上,将有可能构建具有潜在生物活性的螺环羧酸衍生物.基于本课题组对光催化CO₂转化利用反应的持续研究,本文设计开发了一种合成螺环羧酸化合物的便捷方法,即光催化苄基邻卤芳醚与CO₂的连续去芳构化/羧化反应.根据条件筛选实验结果,最终选择1,2,3,5-四(咔唑-9-基)-4,6-二氰基苯(4Cz IPN)作为光敏剂, N,N-二异丙基乙基胺(DIPEA)为还原剂,叔丁醇钠作为...     

混合配体构筑的Zn(Ⅱ)金属有机骨架化合物的合成、 结构与荧光性质

在水热条件下, 利用锌离子与2种有机配体合成出1个结构新颖的金属有机骨架化合物[Zn₂(BPDC)(IN)₂](H₂BPDC=4,4'-联苯二羧酸; HIN=异烟酸), 并通过单晶X射线衍射、 红外光谱、 热重分析和荧光光谱等对该化合物进行了表征. 结果表明, 该化合物结构中Zn离子与BPDC的羧基形成双核金属次级结构单元[Zn₂(—CO₂)₂(IN)₂], 相邻次级结构单元通过IN配离子连接形成[Zn₂(—CO₂)₂(IN)₂]_∞二维层面, 相邻的二维层通过BPDC相互连接形成具有三重互穿的简单格子拓扑结构. 该化合物表现出良好的荧光性质.