“受阻路易斯酸碱对”催化的不对称氢化反应

不对称催化氢化反应在有机合成化学中占有重要地位,是获得光学活性化合物最有效的手段之一. 近五十年,过渡金属催化的不对称氢化反应得到了快速发展,取得了令人瞩目的成就. 相对而言,非金属催化不对称氢化研究刚刚起步,面临着诸多挑战性难题. “受阻路易斯酸碱对”是由大位阻路易斯酸和路易斯碱组成,由于位阻因素,它们不能形成传统的路易斯酸碱加合物,从而表现出一些特殊的性质和反应活性. 自2006年Stephan小组首次发现“受阻路易斯酸碱对”可逆活化氢气以来,它在氢气,二氧化碳,一氧化氮等小分子活化及催化氢化方面得到了广泛应用. 同时,也为非金属催化的不对称氢化反应提供了难得的机遇,并取得了一些重要研究进展. 本文从手性底物诱导和手性催化剂控制两方面介绍“受阻路易斯酸碱对”在不对称氢化反应中的研究成果,并对这一新兴领域未来的发展进行展望.     

基于稀土金属路易斯酸碱对化学的研究进展

近年来,利用稀土金属作为路易斯酸,与主族路易斯碱组合的路易斯酸碱对得到了开发.这类酸碱对组合通过路易斯酸与路易斯碱协同作用,从而实现底物的活化,展示了与传统稀土金属配合物不同的活化模式.其可以与氢气反应,断裂非极性的氢-氢键;也能够与羰基类、重氮类及叠氮类等不饱和小分子反应,得到一系列结构独特的稀土金属配合物.同时这类路易斯酸碱对也可以用于催化极性烯烃聚合反应、二氧化碳硅氢化还原反应中,展现出优异的催化性能.综述了上述研究结果,并对该领域的发展趋势和前景进行了展望.     

“受阻路易斯酸碱对”催化的2,3-二取代2H-1,4-苯并噁嗪氢化反应机理研究

在受阻路易斯酸碱对（FLPs）催化的2，3-二取代2H-1，4-苯并噁嗪氢化反应中，3号位取代基不同会导致反应效率极大改变，因此我们选取反应活性具有较大差别的三种底物作为模型化合物对其反应机理进行了研究，建立了氢化反应势能面.发现当B（C₆F₅）₃与2，3-二苯基2H-1，4-苯并噁嗪或2-甲基-3-苯基2H-1，4-苯并噁嗪混合后，会形成FLPs与路易斯酸碱加合物的混合物.而将B（C₆F₅）₃与2，3-二甲基2H-1，4-苯并噁嗪混合后主要形成没有催化活性的路易斯酸碱加合物，因其能量低于FLPs，在催化体系中不容易转化为FLPs，这导致三种模型化合物在FLPs催化的氢化反应中效率不同.进一步的取代基电子效应及位阻效应计算表明：B（C₆F₅）₃与2-甲基-3-取代2H-1，4-苯并噁嗪混合后形成的路易斯酸碱加合物和FLPs化合物之间稳定性差别源于3位取代基空间位阻不同.     

环状聚合物合成新路线:分子内受阻Lewis酸碱对催化下的高浓度合成

与传统线形聚合物的合成不同,环状聚合物的合成通常需要特殊的催化剂设计且容易引入主体单体以外的其他化学结构.最近,吉林大学张越涛团队将两分子硼路易斯酸(LA)与一分子磷路易斯碱(LB)以共价键相连,合成出分子内受阻路易斯酸碱对B-P-B三官能催化剂,通过分子内和分子间的双重协同作用实现了1+1>>2的催化效果,进而成功以γ-甲基-α-亚甲基-γ-丁内酯(MMBL)为单体合成了完全由一种丙烯酸酯类单体构成的环状聚合物c-PMMBL.值得指出的是,与合成环状聚合物的传统策略不同,该催化剂可以在较高浓度下简单快速地合成环状聚合物,开创了环状聚合物宏量高效合成的新路线.     

CeO2(110)还原表面上受阻路易斯酸碱对在合成气直接转化中的作用(英文)

随着石油资源的日益枯竭,寻找非石油路线生产低碳烯烃的新途径显得十分重要.将天然气、煤以及生物质等经合成气(H₂和CO)转化为低碳烯烃是一条具有前景的路线.近年来,双功能氧化物-分子筛(OX-ZEO)催化剂催化合成气直接制备低碳烯烃引起了国内外的广泛关注.由于CO活化并生成中间物种与C-C偶联分别在氧化物和分子筛上发生, OX-ZEO过程突破了费托合成中ASF产物分布的限制,低碳烯烃选择性显著提高.虽然实验方面已经取得了大量进展,但是OX-ZEO过程仍然存在一些关键问题,特别是金属氧化物中氧空位的作用,以及关键中间体是乙烯酮或甲醇的反应机理仍然不清楚.因此,本文通过密度泛函理论(DFT)计算来解决上述两个问题,对典型的可还原金属氧化物CeO₂表面上的合成气直接转化进行了理论研究.计算结果表明, CeO₂(110)表面上的氧空位通过形成受阻路易斯酸碱对(FLP),在活化H₂和CO中起着关键作用.H₂在FLPs上经过异裂分解,形成与O原子结合的质子以及与Ce原子结合的氢负离子,其反应...     

理论研究“受阻路易斯酸碱对”催化的烯醇硅醚氢化反应机理

“受阻路易斯酸碱对”(FLPs)催化的烯醇硅醚氢化反应是一类重要的直接合成醇类化合物的方法, 然而目前其反应机理仍不明确. 基于此, 以乙基取代的全氟苯基硼作为路易斯酸(Et-B(C₆F₅)₂), 三叔丁基膦(t-Bu₃P)作为路易斯碱, 烯醇硅醚化的苯乙酮(Me-TMS)作为底物建立了模型反应, 并使用密度泛函理论系统研究了其催化氢化反应机理. 结果显示: FLPs催化的烯醇硅醚氢化反应从Et-B(C₆F₅)₂和t-Bu₃P形成B-P-FLPs开始, 随后会依次经过H₂裂解, H⁺和H^-转移等过程, 其中H⁺转移为决速步, H^-转移无势垒, B-P-FLPs生成及H⁺转移是吸热反应. 升高温度不利于氢化反应发生, 但是增大压力可促进反应进行. 底物取代基效应会影响H^-转移过程, 可能使反应不发生.     

空间受阻型Lewis酸碱对在小分子活化中的应用

作为一种新型的非金属有机催化剂,空间受阻型路易斯酸碱对由于具有的独特化学反应性,近年来在有机小分子活化和催化加氢领域的研究非常活跃。本文总结了近年来国外发表的有关空间受阻型路易斯酸碱对的研究报道,从其结构特征、有机小分子的活化、H₂活化机理的探讨及在催化领域应用的研究成果4个方面进行了详细的归纳整理。空间受阻型路易斯酸碱对对有机小分子的活化作用来源于其“分子间静电相互作用力”。这个在有机化学中早已熟知的概念却在2006年才被发现可活化有机小分子,并在之后受到广泛的关注。空间受阻型路易斯酸碱对化学的发展也扩展了有机化学反应研究的范畴,继续深入研究这种“分子间静电相互作用力”在其他未知领域的应用必将带来更大的发现。然而目前国内从事相关领域研究的报道很少,因此希望本文能够引起国内更多科研工作者对这个新兴领域产生研究兴趣。     

“受阻Lewis酸碱对”化学的研究进展

受阻Lewis酸碱对(Frustrated Lewis Pairs,FLPs)是一类具有特殊反应活性的Lewis酸碱对。自发现以来,FLPs受到了广泛关注并在许多领域崭露头角。本文对FLPs在不对称氢化、高分子聚合、CO_2催化还原等应用领域取得的突破进行了介绍;同时对过渡金属FLPs和FLPs配位的过渡金属催化体系进行了综述;最后对FLPs领域未来的发展前景进行了展望。     

Lewis酸碱对在聚合中的应用

自从Stephan和Erker两位科学家提出“位阻型(Frustrated)Lewis酸碱对”概念以来,Lewis酸碱对的催化化学得到极大的关注。近年来,人们也发现Lewis酸碱对在催化极性乙烯基单体和内酯单体聚合中有着重要的应用。Lewis酸碱对催化极性乙烯基单体聚合可形成具有高分子量和窄分子量分布的聚合物,而催化活性与所使用的Lewis酸碱对关系密切,最有效的Lewis酸是Al(C₆F₅)₃和B(C₆F₅)₃,Lewis碱是有机磷、氮杂环卡宾和氮杂环卡宾烯和膦腈超强碱,可聚合的单体包括甲基丙烯酸甲酯、γ-甲基-α-亚甲基-γ-丁内酯、α-亚甲基-γ-丁内酯、 丙烯酸正丁酯、 N,N-二甲基丙烯酰胺、 N,N-二苯基丙烯酰胺、 乙烯基磷酸二乙酯、2-乙烯基吡啶、2-异丙烯基-2-氧 NFDA1 唑林以及非对称的极性二乙烯基单体。聚合过程包括:链引发、链增长和链终止。链引发过程是通过Lewis酸、Lewis碱和单体相互作用形成两性离子,链增长是通过双金属活化单体加成方式进行,链终止通过两种途径:1)增长聚合物链中活化的酯氧负离子对相邻酯中羰基碳原子的亲核进攻形成δ-戊内酯;2)增长聚合物链中活化的烯酯碳负离子对倒数第三个酯中羰基碳原子的亲核进攻形成β-酮酸酯。Lewis酸碱对催化内酯单体聚合可形成线形和环状聚合物,所使用的Lewis酸为Zn(C₆F₅)₃、有机铝、氯化铟,Lewis碱为有机胺。     

二氧化铈表面构建固体“受阻”Lewis酸碱对用于小分子活化

Solid materials containing frustrated Lewis pairs (FLPs) as active sites have attracted much attention due to their ability to activate and transform small molecules. However, it is still highly challenging to precisely construct FLP sites on the surfaces of nanomaterials, thereby limiting the applications of these materials. Nanostructured ceria (CeO₂) is commonly employed as a catalyst or functional support, and exhibits both Lewis acid and basic properties as well as abundant and easily regulated surface defects, which originate from the reversible Ce³⁺/Ce⁴⁺ redox pair. When the Lewis acid and base sites of CeO₂ are independent of each other, the combined Lewis acid-base sites play a similar role to that of homogeneous FLP sites. Thus, the rich surface properties of nanostructured CeO₂ provide significant potential for the construction of solid FLPs.     

失配的Lewis对:非金属催化氢化的新策略

“失配的Lewis对”(Frustrated Lewis Pairs,FLPs)作为有机化学领域的新概念,在非金属活化H2,CO2和NH3等小分子方面的研究和应用格外引人注目.以“失配的Lewis对”为催化剂,直接以氢气作为氢源,非金属催化氢化还原醛、烯胺、亚胺、腈和二氧化碳等获得了很好的结果.手性“失配的Lewis对”(Chiral Frustrated Lewis Pairs,Chiral FLPs)在不对称催化氢化还原亚胺的反应中也呈现出较高的光学选择性,产物胺的对映体过量最高达83％ ee.综述了近几年“失配的Lewis对”在非金属催化氢化研究领域的进展情况.     

Aluminium Diphosphamethanides: Hidden Frustrated Lewis Pairs

The synthesis and characterisation of two aluminium diphosphamethanide complexes, [Al(tBu)₂{κ²P,P′‐Mes*PCHPMes*}] ( 3 ) and [Al(C₆F₅)₂{κ²P,P′‐Mes*PCHPMes*}] ( 4 ), and the silylated analogue, Mes*PCHP(SiMe₃)Mes* ( 5 ), are reported. The aluminium complexes feature four‐membered PCPAl core structures consisting of diphosphaallyl ligands. The silylated phosphine 5 was found to be a valuable precursor for the synthesis of 4 as it cleanly reacts with the diaryl aluminium chloride [(C₆F₅)₂AlCl]₂. The aluminium complex 3 reacts with molecular dihydrogen at room temperature under formation of the acyclic σ²λ³,σ³λ³‐diphosphine Mes*PCHP(H)Mes* and the corresponding dialkyl aluminium hydride [tBu₂AlH]₃. Thus, 3 belongs to the family of so‐called hidden frustrated Lewis pairs.     

Trapping of Difluorocarbene by Frustrated Lewis Pairs

Frustrated Lewis pairs consisting of diphenylphosphino and boryl groups located at the ortho‐position can trap difluorocarbene affording stable zwitterionic adducts. The reaction can be reversed to release difluorocarbene at elevated temperatures.     

Perfluoroalkylation of Alkenes by Frustrated Lewis Pairs

The activation of perfluoroalkyl iodides by the frustrated Lewis pair tris(pentafluorophenyl)borane and tri‐tert‐butylphosphine is described. By abstraction of both a fluorine and an iodine atom, an iodophosphonium fluoroborate salt is formed. In the presence of alkenes the corresponding iodoperfluoroalkylation products are generated regioselectively. First mechanistic investigations support a radical mechanism.     

Exploring the Reactivity of a Frustrated Sn/P Lewis Pair: The Highly Selective Complexation of the cis-Azobenzene Photoisomer

The reactivity of the geminal frustrated Lewis pair (FLP) (F₅C₂)₃SnCH₂P(tBu)₂ ( 1 ) was explored by reacting it with a variety of small molecules (PhOCN, PhNCS, PhCCH, tBuCCH, H₃CC(O)CH=CH₂, Ph[C(O)]₂Ph, PhN=NPh and Me₃SiCHN₂), featuring polar or non-polar multiple bonds and/or represent α,β-unsaturated systems. While most adducts are formed readily, the binding of azobenzene requires UV-induced photoisomerization, which results in the highly selective complexation of cis-azobenzene. In the case of benzil, the reaction does not lead to the expected 1,2- or 1,4-addition products, but to the non-stereoselective (tBu)₂PCH₂-transfer to a prochiral keto function of benzil. All adducts of 1 were characterised by means of multinuclear NMR spectroscopy, elemental analyses and X-ray diffraction experiments.     

Reactions of Diethylazo-Dicarboxylate with Frustrated Lewis Pairs

Reactions of PAr₃/B(C₆F₅)₃ (Ar=o-Tol, Mes, Ph) FLPs with diethyl azodicarboxylate (DEAD) afford the corresponding FLP addition products 1 – 3 in which P−N and B−O linkages are formed. In contrast, the reaction of BPh₃, PPh₃ and DEAD gave product 4 where P−N and N−B linkages were confirmed. In all cases, other binding modes were computed to be both higher in energy and readily distinguishable by ³¹P and ¹¹B NMR parameters. These data illustrate the influence of steric demands and electronic structures on the nature of the products of FLP reactions with DEAD.     

Activation of Carbon Dioxide by Silyl Triflate‐Based Frustrated Lewis Pairs

Silyl triflates of the form R_4?nSi(OTf)_n (n=1, 2; OTf=OSO₃CF₃) are shown to activate carbon dioxide when paired with bulky alkyl‐substituted Group 15 bases. Combinations of silyl triflates and 2,2,6,6‐tetramethylpiperidine react with CO₂ to afford silyl carbamates via a frustrated Lewis pair‐type mechanism. With trialkylphosphines, the silyl triflates R₃Si(OTf) reversibly bind CO₂ affording [R′₃P(CO₂)SiR₃][OTf] whereas when Ph₂Si(OTf)₂ is used one or two molecules of CO₂ can be sequestered. The latter bis‐CO₂ product is favoured at low temperatures and by excess phosphine.