新型氮杂环卡宾锌化合物催化CO2和环氧化物高效合成环状碳酸酯

合成了一系列新型的芘标记含溴亲核阴离子的氮杂环卡宾前驱体化合物,接枝卤化锌后获得具有CO2捕获能力以及路易斯酸碱位点的NHC-PDBI-ZnX2(X=Cl、Br、I)催化剂,通过1H NMR、13C NMR 、XPS、FT-IR、13C CP-MAS NMR和ICP-AES表征技术对该类催化剂结构和化学性质进行了表征。氮杂卡宾锌配合物被证明是有效的单组分多功能催化剂,对环氧丙烷和CO2的环加成反应显示出较高的催化活性和选择性。最佳活性的NHC-PDBI-ZnI2催化剂在120℃、3.0MPa、2.0h较温和条件下,取得98%以上碳酸丙烯酯收率。该催化剂还具有优异的底物普适性和循环使用稳定性,归因于路易斯酸性Zn 2 与NHC-PBDI主链形成的强共价键。此外,结合FTIR等表征推测了反应机理,其中NHC-PDBI-ZnX2的卡宾位吸附活化CO2以及路易斯酸碱位点开环的协同效应促进了环加成反应在无溶剂和助催化剂的条件下有效地进行。     

离子液体催化CO2与环氧化物合成环状碳酸酯

综述了离子液体催化CO2与环氧化物的环加成反应制备环状碳酸酯的研究进展。目前报道的离子液体主要包括咪唑盐、季铵盐、季鏻盐等。对比了传统离子液体与功能化离子液体对CO2环加成反应的催化活性、选择性以及催化作用机制。与传统的离子液体相比,功能化离子液体的羟基或羧基等官能团与卤素离子等Lewis碱之间存在协同效应,使得其对CO2与环氧化物的环加成反应具有更好的催化活性;将功能化离子液体固载于无机材料(SiO2,SBA-15,MCM-41等)或聚合物所得的多相催化剂不仅保持了官能团与阴离子之间的协同效应,而且载体与离子液体活性组分之间也显示出协同效应,使得该类催化剂具有很好的催化活性,稳定性好,可以多次重复使用,具有较好的工业化前景,是值得深入研发的一类催化材料。此外,离子液体对于手性环状碳酸酯的合成也具有较好的催化活性和立体选择性。     

N-杂环卡宾-吡啶锰配合物/四丁基碘化铵催化CO2和环氧化物合成环状碳酸酯(英文)

该工作发展了一类二齿N-杂环卡宾(NHC)-吡啶锰配合物催化CO₂和环氧化物偶联反应的方法.锰配合物和四丁基碘化铵(TBAI)构成的二元催化体系对环氧化物和CO₂合成环状碳酸酯的反应表现出了较高的活性.该二元催化体系适用于广泛的底物范围,例如端环氧化物和高位阻的内环氧化物.通过紫外-可见光谱、红外光谱和高分辨质谱的研究对反应机理进行了阐述.     

非金属催化剂在催化环氧化物和CO2合成环状碳酸酯中的研究进展

随着科学技术的进步和工业化的发展,大量化石燃料被消耗,大气中二氧化碳浓度急剧增加,导致温室效应加剧,严重威胁到人类的生存和发展。基于可持续发展的思想,利用储量丰富且廉价的二氧化碳作为 C1资源替代有毒的气体(如一氧化碳和光气等)制备具有广泛应用的环状碳酸酯,不仅满足“绿色化学”的要求,而且符合“原子经济性”的原则。迄今为止,大量用于催化二氧化碳和环氧化物环加成反应合成环状碳酸酯的催化剂,包括均相催化剂(如金属卤化物、有机碱、离子液体和金属配合物),多相催化剂(如金属氧化物、负载型催化剂、有机聚合物、金属有机框架材料和碳材料等)被报道。其中金属催化剂占主导地位,大多表现出优异的催化活性。然而,目前可供开采的金属矿越来越少,大多数金属的回收再利用率较低,重金属污染日趋严重。因此,开发新型、廉价、绿色、高效、循环性和稳定性好的非金属催化剂具有重要意义。
　　本文主要介绍了近3年以来用于催化二氧化碳和环氧化物环加成反应合成环状碳酸酯的非金属催化剂,主要包括有机碱、离子液体、固载型催化剂、有机聚合物和碳材料等。概括了不同种类催化剂的设计思想及其催化反应机理,重点阐述了分子内以及分子间各种功能基团的协同作用对环加成反应的影响。通过比较发现,具有“C–N=C”结构的有机碱活性相对较高,氢键给体和亲核物质都能与有机碱协同作用提高其催化活性;传统离子液体的活性一般不理想,氢键给体如羟基和羧基的引入有利于促进环加成反应,且多阳离子和多氢键给体功能化的离子液体表现出更高的催化活性;负载型催化剂中,载体和活性组分之间的协同作用有利于加速环加成反应的进行,多种功能基团负载和以共价键方式多层固载能更好地提高催化剂稳定性和催化活性;利用非烯烃化合物制得的活性组分位于主链的多孔有机聚合物,催化活性和稳定性大多高于活性组分位于侧链的烯烃聚合物;碳材料催化剂中,引入不饱和的 N物种(如伯胺和吡啶氮),有利于 CO2的吸附和活化,能促进环加成反应。此外,利用密度泛函的方法,计算模拟催化反应过程,能更好地揭示反应机理,并为设计和制备高效的催化剂提供理论指导。
　　该领域目前面临的重要挑战是研发可以同时实现二氧化碳捕获和转化的新型、环保和高效非金属催化剂,终极目标是利用多孔催化材料在常温和常压下直接捕获工业废气中的二氧化碳,并利用捕获的二氧化碳实现环状碳酸酯的连续生产。基于协同催化的设计思想,利用多种基团功能化的策略合成高效吸附和活化二氧化碳以及开环活化环氧化物的非金属催化剂,有望实现上述目标。     

超临界二氧化碳中马来酸锌催化合成环状碳酸酯

在超临界二氧化碳中, 利用马来酸锌催化二氧化碳与环氧化物反应合成环状碳酸酯. 单独使用马来酸锌作为催化剂时, 对二氧化碳与环氧丙烷反应的催化活性较低, 而在DBU、DMAP、三乙胺、吡啶、咪唑或4-氨基吡啶等有机碱的存在下, 反应活性较高, 产物的收率得到明显提高. 有机碱作用的强弱顺序为DBU>Et3N>咪唑>4-氨基吡啶>DMAP>吡啶. 在压力为8 MPa, 温度110 ℃, 反应时间48 h条件下, 马来酸锌与DBU组成的二元催化系统可以催化二氧化碳与环氧丙烷反应, 得到83.4%产率的碳酸丙烯酯. 该二元系统也能催化其它环氧化物高产率地转化为相应的环状碳酸酯.     

水合碱金属卤化物催化 CO2 与环氧化物合成环状碳酸酯

 在不添加任何助剂及溶剂的条件下, 考察了水合碱金属卤化物催化 CO2 与环氧丙烷合成碳酸丙烯酯的反应性能. 结果表明, 水合碱金属卤化物表现出远高于无水碱金属卤化物的催化活性, 其中, 以 NaI2H2O 的催化性能最好, 在 120 C, 1 MPa 的条件下反应 1.5 h, 碳酸丙烯酯收率达 97%. 此外, NaI2H2O 在 CO2 与其它环氧化物合成相应环状碳酸酯反应中也表现出较高的催化活性.     

有序介孔碳CMK-3负载离子液体催化CO2与环氧化物合成环状碳酸酯

采用有序介孔碳CMK-3为载体负载咪唑类离子液体制得CMK-3-IL催化剂,用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸附、热重分析和元素分析等手段表征了催化剂样品,并考察了CMK-3-IL催化剂催化CO2与环氧丙烷合成碳酸丙烯酯的反应性能。结果表明,离子液体被成功的负载到CMK-3载体上,CMK-3负载离子液体后孔道结构没有被破坏,但孔体积、孔径和比表面积均有所下降。催化实验表明,在120℃、2 MPa的条件下反应6 h,环氧丙烷转化率达到64%,碳酸丙烯酯选择性高达99%。     

氮杂环卡宾-钯配合物催化Buchwald-Hartwig偶联反应最新研究进展*

钯催化的Buchwald-Hartwig偶联反应是用于构建C-N键非常直接有效的方法。氮杂环卡宾-钯配合物具有性能稳定、催化活性高等优点,是Buchwald-Hartwig偶联反应的高效催化剂。对这一领域近3年的研究进展作简要介绍。     

溴化锌-离子液体复合催化体系高效催化合成环状碳酸酯

随着全球“温室效应”和能源危机的加剧,用CO2作为某些化学品的Cl起始原料,既经济、安全,又能降低CO2对环境的危害,由于CO2的性质极不活泼,在固定CO2的反应中最典型的一个催化过程就是利用CO2和环氧化合物通过环加成反应合成环状碳酸酯：     

水溶性氮杂环卡宾金属配合物的研究进展

氮杂环卡宾(NHCs)金属配合物作为一类重要的催化剂一直是有机合成领域研究的热点。近年来,通过引入水溶性配体而得到的水溶性氮杂环卡宾过渡金属配合物受到广大科研工作者的青睐。本文主要总结了水溶性NHCs的分类、合成及其在C-C偶联反应、复分解反应以及催化加氢反应中的应用,并对水溶性NHCs金属配合物的发展趋势进行了展望。     

二氧化碳与环氧化合物合成环状碳酸酯的研究进展

二氧化碳作为温室气体和储量大、无毒且可循环利用的碳资源,其化学利用受到了人们的广泛关注. 二氧化碳与环氧化合物通过环加成反应制备环状碳酸酯是二氧化碳化学法利用最为有效的途径之一. 本文综述了近年来该反应的研究进展,讨论了催化剂作用下的反应机理.     

Zinc Imine Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane as a Quattro-Site Catalyst for the Synthesis of Cyclic Carbonates from Epoxides and Low-Pressure CO2

In the present research, the synthesis, spectroscopic characterization, and structural investigations of a unique Zn^II complex of imine-functionalized polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) is designed, and hereby described, as a catalyst for the synthesis of cyclic carbonates from epoxides and CO₂. The uncommon features of the designed catalytic system is the elimination of the need for a high pressure of CO₂ and the significant shortening of reaction times commonly associated with such difficult transformations like that of styrene oxide to styrene carbonate. Our studies have shown that imine-POSS is able to chelate metal ions like Zn^II to form a unique coordination complex. The silsesquioxane core and the hindrance of the side arms (their steric effect) influence the construction process of the homoleptic Zn₄@POSS-1 complex. The compound was characterized in solution by NMR (¹H, ¹³C, ²⁹Si), ESI-MS, UV/Vis spectroscopy and in the solid state by thermogravimetric/differential thermal analysis (TG-DTA), elemental analysis, diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS), cross-polarization magic angle spinning (CP MAS) NMR (¹³C, ²⁹Si) spectroscopy, and X-ray crystallography.     

Polystyrene-supported Phenol/DMAP： an Efficient Binary Catalyst System for CO2 Fixation to Give Cyclic Carbonates

Polystyrene-supported phenol （PS-PhOH） was successfully synthesized by alkylation reaction of phenol with 2% DVB cross-linked chloromethylated polystyrene and characterized by IR spectra and elemental analysis. In conjunction with an organic base such as DMAP, DBU, triethylamine （Et3N）, diethylamine （Et2NH） or pyridine, the PS-PhOH could effectively catalyze the coupling reaction of carbon dioxide with epoxides to give cyclic carbonates in high yield and selectivity under mild conditions. The binary catalyst system of the PS-PhOH/DMAP was found to be the most active. The influence of reaction temperature, carbon dioxide pressure and reaction time on the yield of product was carefully investigated. The PS-PhOH could be recycled by simple filtration for at least up to ten times without loss of catalytic activity.     

双功能金属卟啉催化环氧化合物与 CO2 偶联反应合成环碳酸酯

 合成了新颖的双功能水溶性金属卟啉 催化剂 M(TTMAPP)I4(X) (M = Co, Fe, Mn 和 Cr; X = OAc, CF3COO, CCl3COO, OTs, Cl, Br 和 I), 研究了它们催化 CO2 与末端环氧化合物合成环碳酸酯的偶联反应. 分别考察了反应温度、不同金属的 Lewis 酸中心、抗衡离子和催化剂重复使用次数对反应性能的影响. 当以 Co(III)(TTMAPP)I4(OAc) 为催化剂, 底物与催化剂摩尔比为 1 000, 温度为 353 K, CO2 压力为 667 kPa 和无溶剂条件下, 反应 5 h 时丙烯环碳酸酯收率为 95.4%. 在 298 K, 底物与催化剂之比为 2 000 时, 加入 1 ml 甲醇, 反应 24 h 丙烯环碳酸酯收率为 19.4%. 催化剂可以用乙醚回收, 循环使用 5 次后催化剂活性没有明显降低.     

Efficient CO2 Insertion and Reduction Catalyzed by a Terminal Zinc Hydride Complex

The terminal zinc hydride complex [Tntm]ZnH ( 2 ; Tntm=tris(6‐tert‐butyl‐3‐thiopyridazinyl)methanide) is an efficient hydrosilylation catalyst of CO₂ at room temperature without the need of Lewis acidic additives. The inherent electrophilicity of the system leads to selective formation of the monosilylated product (MeO)₃SiO₂CH (at room temperature with a TOF of 22.2 h^?1 and at 45 °C with a TOF of 66.7 h^?1). In absence of silanes, the intermediate formate complex [Tntm]Zn(O₂CH) ( 3 ) is quantitatively formed within 5 min. All complexes were fully characterized by ¹H and ¹³C NMR spectroscopy and single‐crystal X‐ray diffraction analyses. Density functional theory (DFT) calculations reveal a high positive charge on zinc and the increased preference of the ligand to adopt a κ³‐coordination mode.     

Synthesis of Cyclic Carbonates from CO2 and Epoxides Catalyzed by Hexaalkylguanidinium Halides

Hexaalkylguanidinium halides exhibit an efficient catalytic activity in the synthesis of cyclic carbonates from epoxides and carbon dioxide. By this method cyclic carbonates can be obtained in a high yield and a high selectivity at a low temperature and atmospheric pressure. This procedure is easy for the product isolation and recycling of the catalyst.