新型镍钳形配合物的合成、反应及催化性能研究

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全球正面临着能源危机及由温室气体所引起的一系列环境问题,开发新能源并降低大气中二氧化碳的浓度成为了解决这些难题的关键。以过渡金属化合物为催化剂催化二氧化碳还原来制备燃料成为了近年来科学家们研究的热门课题。但此类催化仍存在着诸如成本高、效率差、难以推广等弊端。近年来,过渡金属钳形配合物以其独特的结构特点、非凡的稳定性、极高的催化活性和易于合成等优点得到科学家们的广泛重视。设计合成结构新颖的过渡金属钳形化合物、研究其反应性能并用于高效催化二氧化碳的还原具有极其重要的意义。  在前期工作的基础上,本文合成了一系列新型镍钳形配合物并对其反应性能及其在催化还原二氧化碳中的应用进行了系统研究。具体工作如下:  通过对前期金属钳形配合物的结构修饰合成了一系列新的POCOP-Ni钳形配合物[4-Z-2,6-(R2PO)2C6H2]NiSY(Z=H,CO2Me;R=tBu,iPr,Ph;Y=C6H5,CH2C6H5,C6H4-p-OCH3,C6H4-p-CH3,C6H4-p-CF3)。将其中的部分化合物用于催化二氧化碳的硼氢化还原,催化反应的转化频率(TOF)高达2490h-1。这是目前所报道的最高效的在温和条件下用过渡金属均相催化二氧化碳还原生成甲醇的反应。  研究了[2,6-(tBu2PO)2C6H3]NiSCH2Ph与BH3·THF的反应,首次发现由硼烷诱导的C-S键活化。在反应过程中金属钳形配合物的C-S键断裂,形成了[2,6-(tBu2PO)2C6H3]NiSH。该结果对目前极少报道的硫醇中C-S键的活化具有非常重要的意义,并将促进对过渡金属催化的硼烷诱导的硫醇C-S键活化的进一步研究。  将前期工作中的一系列镍钳形异硫氰和叠氮配合物用于催化还原二氧化碳。研究结果表明这两类化合物同样可以催化二氧化碳的硼氢化还原,其中镍钳形叠氮配合物具有更高的催化活性。  通过[4-Z-2,6-(R2PX)2C6H2]NiCl(Z=H,C02Me;R=tBu,iPr,Ph;X=O,CH2)与NaSH的反应首次合成了一系列以巯基为辅配体的镍钳形配合物[4-Z-2,6-(R2PX)2C6H2]NiSH(Z=H,CO2Me;R=tBu,iPr,Ph;X=O,CH2)。研究了这类化合物与BH3·THF和有机碱的反应,同时将其成功的用于催化二氧化碳的硼氢化还原。研究结果表明,此类配合物中巯基辅配体很难被去质子化。并且这类配合物同样是温和条件下二氧化碳硼氢化还原的优良催化剂。  综上所述,我们在前期研究的基础上合成了一系列新型镍钳形配合物,对其进行了NMR,FTIR,HRMS,EA,X射线单晶衍射等多项表征,并研究了其反应性能和在催化还原二氧化碳中的应用。此项工作为过渡金属钳形配合物化学的发展提供了宝贵数据。
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