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“叔膦-季鏻鎓Lewis酸”双功能配体修饰的Ru定向催化胺与合成气的甲基化反应研究

批准号:
22102214
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
杨妲
学科分类:
催化化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨妲

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
胺与合成气(CO/H2)的甲基化反应是经中间产物甲酰胺“一锅法”制备甲基胺的新路线,但制约该方法有效实施的问题是:CO对甲酰胺加氢活性物种的毒害;甲酰胺不同加氢途径之间的选择性调控。本项目提出构建三齿“叔膦-季鏻鎓Lewis酸”双功能配体的策略,其修饰Ru催化体系协同促进胺与CO的甲酰化反应及随后的甲酰胺加氢反应。其优势在于:含有吸电子性取代基的叔膦基团促进加氢活性物种的生成与稳定,实现合成气氛围下的胺甲基化反应;季鏻鎓Lewis酸基团协同Ru-P基团催化甲酰胺的C-O途径定向加氢,高选择性制备甲基胺。在此基础上,考察配体的电子效应对催化活性物种生成与稳定的作用规律,研究不同功能基团在反应各步中的作用机制、剖析功能基团之间的协同效应,探究双功能Ru催化体系下串联反应的机理,并以离子液体为溶剂实现催化剂的循环使用,为胺与合成气甲基化反应中高效双功能Ru催化剂的研究和发展提供新思路、新方案。
英文摘要
The methylation of amines with syngas (CO/H2) is a new route for the “one-pot” synthesis of methylamines through formamide. The active species of hydrogenation denatured by CO atmosphere, the poor selectivity caused by two hydrogenation pathways of the formamide, inhibited the development of the tandem reaction. Herein, we propose a new strategy to construct bi-functional ligands with different electronic effects. The Ru catalysts modified by the bi-functional ligands could promote the formylation of amines and the subsequent hydrogenation of formylation synergically. The introduced phosphines with electron-withdrawing groups could facilitate the formation and stability of species to catalyze the tandem reaction in syngas atmosphere. The introduced phosphoniums groups could convert formamide to methylamines via C-O pathway, in order to improve the selectivity of the reaction. Then, the influence of electronic effects of ligands on the formation and stability of active species will be investigated, the mechanism of the different functional groups in the bi-functional ligand will be studied, the synergistic catalytic effects of different functional groups will be analyzed, the mechanism of the methylation of amines catalyzed by bi-functional Ru catalysts will be explored, the ionic liquid will be used as solvent to fulfil the recovery and recycling of the Ru-catalysts in the reaction. Moreover, the project provides new ideas and new solutions for the research and development of efficient bi-functional Ru catalysts in the methylation of amines with syngas.
胺类化合物是许多具有生物活性化合物的关键结构基序,也是众多药物和农药化学品的重要组成部分。胺类的合成存在多种潜在反应路径和影响因素,如何精准控制反应方向,以及提高反应的选择性和效率,是该研究面临的关键科学问题。同时,“叔膦-季鏻鎓Lewis酸”双功能配体的结构特征和电子性质,对反应的进行有着至关重要的影响。本项目聚焦于胺类化合物合成反应中的关键作用,并围绕“叔膦-季鏻鎓Lewis酸”双功能配体设计、合成展开研究,取得了以下方面的进展:.1. 成功制备并表征了“叔膦-季鏻鎓Lewis酸”双功能配体,优化了合成过程中的关键步骤,解决了多齿膦配体季鏻化的难题,并通过氢甲酰化-缩醛化串联反应探究其双功能性。.2. 构建并优化了多个胺类化合物合成反应体系,包括Ru、Ir催化甲酸为氢源的烯烃氢氨甲基化反应体系,以及多相Co1/N3P1催化醇与胺的N-烷基化反应体系。在各体系中,系统研究了反应条件(如温度、压力、底物用量等)、配体和催化剂前体对反应的影响,确定了最佳反应条件,显著提高了反应的转化率和选择性。.3. 借助原位核磁、分步实验、同位素示踪实验、理论计算等手段,深入探究了各反应体系的机理。跟踪捕获关键活性物种的演变过程,明确了反应路径和作用机制,揭示了催化剂高活性的内在原因。.项目执行期间以第一/通讯作者共发表学术论文8篇,包括J. Am. Chem. Soc. 3篇,J. Catal. 2篇,Chem. Eng. J. 1篇,iScience 1篇,React. Chem. Eng. 1篇。项目研究成果对于新型催化剂的开发和胺类化合物的绿色合成提供了新方法和新思路,有望推动有机合成化学领域的进一步发展。
“叔膦-季鏻鎓Lewis酸”双功能配体修饰的Ru定向催化胺与合成气的甲基化反应研究
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