过渡金属催化的硅烷基C(sp3)–H键活化

有机硅化合物在有机合成、材料化学和药物化学中都有广泛应用.因此,其自身的合成方法学在近年来广受关注.从原子经济性的角度出发,选择性的C(sp³)–H键切断是一种高效经济的合成策略.硅烷基单元在有机化合物中广泛存在,通过对硅烷基中的C(sp³)–H键直接官能团化来合成新的有机硅化合物是一种十分有前景的合成方法.近年来,过渡金属催化的C(sp³)–H键活化成为有机合成研究的热点领域.与肟基、唑啉、吡啶基、酰胺基、羧酸酯基等官能团或是与氧、氮或硫等杂原子相连的C(sp³)–H键的活化研究已有许多报道,但是与硅相邻的C(sp³)–H键活化研究报道很少.本文综述了近年来过渡金属催化的硅烷基C(sp³)–H键切断的研究进展.     

添加不同塑料与污泥混合热解对生物炭中重金属的影响

利用高温管式炉开展城市污泥（SS）与四种塑料（PE、PP、PS和PVC）混合热解实验,分别得到四种生物炭（SSC_PE、SSC_PP、SSC_PS和SSC_PVC）,研究了生物炭中重金属（Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb）含量、残余率、BCR形态和TCLP浸出毒性特征,并开展潜在生态风险评估。结果表明,添加不同塑料与污泥混合热解能够降低除Cd以外重金属的残余率。与污泥单独热解所得生物炭（SSC）相比,添加PE、PP和PS能够促进生物炭中的重金属向相对稳定态（F3+F4）转化,实现固化稳定;添加PVC仅对生物炭中Cr和As有固化稳定作用,对其他重金属有明显活化作用。四种生物炭中的重金属浸出量低于GB5085.3-2007浸出毒性鉴别标准规定的限值,生态风险均明显地降低至轻微风险水平,表明添加PE、PP、PS和PVC与污泥混合热解所得生物炭的应用不会带来新的环境风险,这为污泥与废塑料协同处置工艺提供了良好的理论支撑。     

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.     

物理有机手段在铑催化的惰性键转换中的应用

本研究组过去几年中在过渡金属铑(Rh)催化的惰性化学键转换方面取得了一定的研究进展.从Rh( Ⅲ)催化的C–H键对亚胺、醛、酮及酯或酰胺类化合物的加成反应开始,对这类反应机理进行了系统深入的研究,在此基础上,开展了Rh(Ⅰ)催化的C–H键和羧酸的脱羰基偶联反应;Rh( Ⅲ)催化的通过C–C键断裂进而实现的烯基化、芳基化、还原断裂及有机分子片段转换反应;Rh(Ⅰ)催化的通过C–C键断裂进而实现的脱羰基化反应以及有机分子片段的快速重组反应.本文以这些研究为素材,展示了几种重要的物理研究手段,如同位素实验、竞争反应、活性中间体合成、动力学实验及计算化学在反应机理研究中的应用.     

基于热重红外联用分析的PE、PS、PVC热解机理研究

利用TGA-FTIR联用技术考察了PE、PS、PVC三种典型塑料的热解特性。结果表明,热稳定性从弱到强依次为PVC、PS、PE。PE热解反应过程为典型的一段式反应,红外光谱分析结果表明,PE热解过程为无规则断链形式,生成产物成分复杂,且随热解过程而改变,开始以饱和烃基团为主,中后期以烯烃基团为主,同时有少量炔烃;PS热解过程同样为一段式反应,红外光谱显示主要热解产物为苯乙烯单体,说明热解过程主要是苯乙烯的解聚过程;PVC热解过程较为复杂,主要分为脱氯阶段和共轭多烯重构阶段,红外光谱结果表明,产物中有芳香族化合物。脱氯过程和共轭多烯重构、环化过程在时间和空间上有重合,给二噁英类污染物的生成制造了可能。     

傅里叶变换红外光谱结合差示扫描量热法分析PE/PP再生料

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)与差示扫描量热法(DSC)相结合,鉴别原料聚乙烯(PE)、再生聚乙烯,原料聚丙烯(PP)、再生聚丙烯及聚乙烯/聚丙烯共混物。以对二甲苯为溶剂,无水乙醇为沉淀剂,应用溶解–沉淀法消除着色剂、填料等添加剂对高聚物组分的干扰。根据PE/PP共混物的红外光谱特征,分别确定719,730 cm~(–1)为PE的定量分析波数,1 165 cm~(–1)为PP的定量分析波数。聚乙烯和聚丙烯组分比例与特征波长红外吸收峰面积比有良好的线性关系,相关系数为0.998 9,测定结果的相对标准偏差为1.14%(n=5)。FTIR和DSC结合的方法具有准确度高、取样量少、检测时间短的特点,计算结果相对误差均小于6%,该方法测定的组分比例(PE与PP的质量比)为0.50～2.0。该法能满足海关快速商品定性和归类的要求。     

高硫煤热解过程活性氢/氧对有机硫变迁行为影响研究述评

随着优质煤资源的消耗,高硫煤的清洁高效转化备受关注,尤其是高硫炼焦煤中有机硫的调控至关重要。煤热解过程中,有机硫的变迁始于煤大分子结构中C–S键的断裂和含硫自由基的稳定,活性氢/氧是影响其转化赋存形态的重要因素。研究表明,煤在富氢/氧氛围下热解或与生物质、含氧有机物共热解的体系中,含有的活性氢/氧可弱化有机硫的C–S键,促进其断裂并及时结合生成的含硫自由基,促进煤中硫分向气相变迁,减少了含硫自由基与煤基质的二次反应。同时,高挥发分煤与高硫煤共热解过程中,相对丰富的挥发分中的活性氢/氧也会影响高硫煤中有机硫的变迁,降低焦炭中的硫含量,这为煤中硫分定向调控提供了理论基础。     

不饱和醇电还原的质谱-电化学循环伏安(MSCV)法研究 Ⅱ.炔丙醇的电还原

炔丙醇在多孔Pt黑电极上,0.5mol·dm~(-3)HClO_4溶液中电还原的MSCV研究结果表明炔丙醇电还原时既涉及烯丙基上C—OH断键反应亦涉及炔丙基上C—OH断键反应生成烃类.此外有少量炔丙醇直接质子化生成部分饱和的烯丙醇.表征各种反应产物的m/z的质谱电流-电极电位扫描曲线(I_(M-φ))详细描绘了各分步反应的图象.各m/z的lgI_(M-φ)曲线在一定电位范围内呈线性,并求得它们的Tafel斜率.依据实验结果对反应机理进行了详细分析.     

过渡金属催化的双齿导向基辅助的惰性C(sp~3)—H键芳基化

近年来,过渡金属催化的惰性碳氢键官能团化受到广泛关注,然而,C(sp3)—H键由于低极性、高解离能和低选择性,其选择性活化尤为困难.综述了过渡金属催化的双齿导向基辅助的C(sp3)—H键芳基化的最新研究进展,主要探讨了不同过渡金属催化下芳基化反应的底物范围、反应机理和合成应用.     

铜铁共催化实现尿素作为氰源的碘代芳烃的氰化

尿素作为一种大宗氮肥,将其作为廉价、易得的化工原料用于高附加值产品的生产已经引起了广泛关注.然而,由于尿素具有较高的热力学稳定性,以其为原料经C–N或C–O键重构的选择性催化转化极具挑战.本文实现了以尿素作为"CN"源的碘代芳烃氰基化反应.该体系无需使用配体,以催化量的CuO和Fe(Ⅱ)盐作为共催化剂,硅烷为还原剂,对于多种碘代芳烃类底物均能以中等到优秀的产率得到相应的腈类产物(包括~(13)C/~(15)N标记的芳腈).本文对反应机理进行了初步探索,反应历程为硅基异氰酸酯中间体对铜(Ⅲ)-碳键的插入和随后的1,3-硅基迁移.     

某些酸性磷(膦)酸酯-Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、VO(Ⅱ)配合物的电子光谱和ESR波谱

本文对某些酸性磷(膦)酸酯与Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、VO(Ⅱ)配合物的电子光谱进行了测定,讨论了这类配合物的构型和光谱参数对萃取性能的影响。实验测得并计算了VO(Ⅱ)配合物的ESR波谱参数和键参数,对这类配合物的成键特性进行了讨论。     

Synthesis and Crystal Structure of a Copper(Ⅱ) Compound Constructed by N-(4,6-Dimethoxylpyrimidin)-N'-(ethoxycarbonyl)thiourea

A copper(Ⅱ ) complex Cu(L)2(NO3)2 constructed by the L (L = N-(4,6-dime- thoxylpyrimidin)-N'-(ethoxycarbonyl)thiourea) ligand crystallizes in monoclinic, space group C2/c with a = 16.2416(16), b = 9.1385(7), c = 22.0008(18) , β = 108.077(2)o, V = 3104.3(5)3, Dc = 1.627 g/cm3, Z = 4, C20H28CuN10O14S2, Mr = 760.18, μ(MoKα) = 0.920 mm–1, F(000) = 1564, R = 0.0471 and wR = 0.1284 for 2239 observed reflections (I > 2σ(I)). X-ray diffraction shows the existence of weak complementary intramolecular N–H…O (DA) hydrogen bonds which further strengthen the coordination from the two L ligands with the Cu(II) ion, intermolecular C–H…O hydrogen bonds and weak π…π stacking interactions, leading to the formation of a multi-dimen- sional supramolecular network.     

与煤结构和煤液化有关的五个模型化合物热解反应动力学的研究

本文对二苯甲烷、二苯乙烷、二苯醚、苯基苄基醚和二苄醚等五个与煤的化学结构和煤液化有关的模型化合物在供氢溶剂四氢萘中、N_2压力为50—60大气压下的热解反应动力学及反应机理进行了研究。结果表明: (1) 二苯甲烷和=苯醚在435 ℃/2 h条件下依然比较稳定, 这意味着, 在实际煤液化过程中, C—C、C—O键的断裂不能靠这些简单结构方式的裂解加以解释; (2) 二苯乙烷和苯基苄基醚的热解有一级反应特征, 其反应机理为自由基过程, 反应速度方程和速度常数的理论计算与实验结果完全一致; (3) 二苄醚的热解可用分子内氢转移模型得到较好解释, 热解产物苯甲醛进一步脱氧生成甲苯, 这可能是煤液化中除氧的一条很重要的途径。     

木质素二聚体模型化合物热解机理的量子化学研究

β-O-4连接是木质素主体结构单元之间的主要联结方式。采用密度泛函理论方法B3LYP,在6-31G (d, p)基组水平上,对β-O-4型木质素二聚体模型化合物(1-愈创木基-2-(2-甲氧基苯氧基)-1,3丙二醇)的热解反应机理进行了研究。提出了三种热解反应途径:C_β-O键均裂的后续反应、C_α-C_β键均裂的后续反应以及协同反应。对各种反应的反应物、产物、中间体和过渡态的结构进行了能量梯度全优化,计算了各热解反应途径的标准动力学参数。分析了各种主要热解产物的形成演化机理以及热解过程中温度对热解机理的影响。计算结果表明,C_β-O键的均裂反应和协同反应路径(1)和(3)是木质素二聚体热解过程中主要的反应路径,而C_α-C_β键的均裂反应和协同反应路径(2)和(5)是主要的竞争反应路径;热解的主要产物是酚类化合物如愈创木酚、1-愈创木基-3-羟基丙酮、3-愈创木基-3-羟基丙醛、愈创木基甲醛和乙烯等。在热解低温阶段协同反应是热解过程中的主要反应形式,而在高温阶段自由基均裂反应是热解过程的主要反应形式。     

左旋葡聚糖热解机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论B3LYP/6-31++G(d,p)方法,对纤维素热解的主要产物左旋葡聚糖的热解反应机理进行了理论计算分析,设计了四种可能的热解反应途径, 对各种反应的反应物、产物和过渡态的结构进行了能量梯度全优化。计算结果表明,左旋葡聚糖开环成链状中间体时,首先,左旋葡聚糖中的两个半缩醛键C(1)-O(7)和C(6)-O(8)断裂,经过渡态TS₁形成中间体IM₁,同时,C(6)-O(7)结合成键使C(5)-C(6)-O(7)形成环状结构,该反应的能垒较高,为296.53 kJ/mol,然后IM₁经过渡态TS₂转变为中间体IM₂,该反应的能垒为234.09 kJ/mol;对IM₂设计了四条可能的反应路径,反应路径2和3能垒较低,是IM₂最可能的热解反应途径;在反应路径1和4中都包含了脱羰基反应,其反应能垒较高,不易发生。     

聚丙烯-聚乙烯嵌段共聚物和相应共混物的热分析

用DSC研究了预期为聚丙烯-聚乙烯两嵌段共聚物(PP-PE)和相应共混物(PP+PE)在热学性能上的差异。经用不同分子量的PP和PE及其共混物进行试验后发现,由于PP和PE在结晶时出现过冷的难易不同。在共混物降温热分析曲线上,当降温速率较快时仅出现一个放热峰,而降温速率较慢时出现PP和PE各自的结晶放热峰,从而解释了文献中的不同结果。并发现共混物的PP和PE熔融、结晶温度均较组分相同的嵌段共聚物的相应温度为高;嵌段共聚物中PP和PE的△H_f值均低于均聚物的△H_f值,而PE的值降低尤甚。我们认为这与嵌段间的共价键限制嵌段活动和结晶过程有关,从而确认DSC热分析可以作为识别是否为嵌段共聚物的一种方法. 本工作的结果表明,所研究的PP-PE试样具有嵌段结构。     

(HAlNH)n(n=2～3)环状化合物的结构特征

用自洽场理论(HF)和密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-31G*的水平上对化合物(HAlNH)2和(HAlNH)3的几何结构进行优化,并分别与环丁二烯C4H4和苯分子C6H6的结构和成键方式进行比较.以B3LYP/STO-3G方法讨论其分子轨道波函数(ψ).结果表明C4H4和(HAlNH)2均为D2h对称,前者为长方形结构,形成两个孤立的π键;而后者为菱形结构,形成一个π44键.C6H6和(HAlNH)3分子点群分别为D6h和D3h,并均形成一个π66键.成键原子对分子轨道的贡献不同,其中C原子是完全等价的,而Al和N原子各不相同,N原子比Al的贡献要大得多.     

iPP/HDPE/EPDM三元共混体系的组分分布、相容性和结晶行为

用DSC、~(13)C-NMR、SEM和WAXD等方法研究了IPP/HDPE/EPDM三元共混体系的组分分布、相容性和结晶行为。实验结果表明,EPDM与PE组分的相容性优于与PP组分的相容性,多数EPDM分子链段能够分布在PE组分中;EPDM含量为15％时,共混物相容性最好,SEM照片呈现晶体微区的互连或网络状结构;随EPDM含量增加,总结晶度X_c减小,其中PE组分结晶度X_(cE)有较大幅度地降低,PP组分结晶度X_(cp)基本没有变化,这可以根据EPDM和PE、PP之间相容性的差异以及PE、PP两组分在冷却过程中不同的结晶行为来解释。     

高分散超薄二硫化钼/硫、氮共掺碳复合材料的电催化析氢性能

氢气是一种清洁可再生能源,有望在未来替代化石燃料成为最主要的能源物质.电催化析氢技术是最有效的产氢途径之一.目前,电催化析氢催化剂主要是贵金属铂,由于其昂贵的价格限制了它的大规模应用.所以在不减少催化剂活性的前提下尽量减少贵金属的使用或者寻找替代物质,降低成本是工业化大规模使用析氢反应(HER)催化剂的前提.二硫化钼基催化剂因其价格低廉、资源丰富且具有优异的催化析氢性能而引起研究者的广泛关注.实验和理论研究都证明了二硫化钼的催化性能和其催化活性位点有关.所以,开发一种具有丰富的活性位点、良好的导电性的二硫化钼基催化剂可以获得高的产氢性能和良好的稳定性.因此,对于提高MoS2的电催化析氢性能的研究主要集中于增加MoS2暴露活性位点的个数和导电性.然而,二硫化钼层与层之间的相互作用可能导致其发生聚集,较低的导电率都有可能降低它的电催化活性.我们通过水热的方法直接制备出了固体的硫、氮共掺杂的、具有石墨化结构的碳复合材料(SNC).将钼酸钠加入到反应中后,多钼酸盐通过化学交互作用均匀地嵌入、分散到SNC中.经高温处理后,SNC放出S2-,多钼酸盐结合S2-生成二硫化钼.SNC有效地防止了二硫化钼聚集成大的颗粒.我们成功地制备出具有较好析氢性能的、高度分散于SNC中的二硫化钼纳米片.通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、元素分析、X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对材料进行了表征,通过电催化析氢、电化学阻抗以及稳定性测试等手段研究了其电催化性能.由MoS2/SNC-900-12h的TEM图片可以看出,二硫化钼纳米片高度分散于碳复合材料中,且层数只有一到几层,暴露出了更多的催化活性位点.拉曼光谱图的D带(1341 cm-1)和G带(1584 cm-1)体现出了材料具有较好的石墨化结构,提高了材料的导电性.XPS C 1s谱图中存在C–S和C–N键,S 2p谱图中存在C–S–C、C=S和C–SOx–C键,N 1s谱图中存在吡啶氮和石墨氮,结合元素分析,说明该碳材料确为硫氮共掺杂的碳;Mo谱测试显示出Mo 3d5/2(229.4 eV)和Mo 3d3/2(232.6 eV),证明了二硫化钼成功地嵌入到了碳材料中.电化学性能表征显示MoS2/SNC-900-12h在H2SO4溶液(0.5 mol/L)中展现出较低的起始电位(115 mV)以及低的过电位(237 mV).电化学阻抗测试显示在H2SO4溶液(0.5 mol/L)中过电位为?0.2 V(vs.RHE)时Rct只有124Ω.此外,在?0.3–0 V(vs.RHE)下,经5000圈稳定性测试后性能只有约2.6%(10 mA/cm2)的衰减,说明MoS2/SNC-900-12h同样具有优异的电化学稳定性.     

基于C–H活化的炔烃聚合反应合成多功能稠(杂)环聚合物

稠(杂)环聚合物是一类重要的功能聚合物,因其优异的光电特性而被广泛应用于光电领域.这类聚合物的传统制备方法往往需要用到修饰有复杂官能团的稠(杂)环单体,这些单体种类有限且合成难度大,导致稠(杂)环聚合物的发展受到限制. C–H活化过程的发现与提出为利用惰性的C–H键作为潜在官能团提供了可能,有效避免了对单体进行复杂修饰的要求,大大扩增了单体的种类和来源.基于C–H活化的炔烃环化聚合反应,能够在聚合物骨架中原位直接形成稠(杂)环结构,具有原料简单易得、聚合效率高、产物结构丰富等诸多优势,因此受到广泛关注.本文分类总结了基于C–H活化的炔烃环化聚合领域的最新进展,包括合成手段和所得聚合物的性质与功能介绍,并对该领域的未来发展方向进行了展望.