新型有机多孔聚合物的合成及催化性能研究

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均相催化剂广泛应用到许多有机反应中,如氢甲酰化反应、不对称氢化反应和Suzuki偶联反应等,但因贵金属催化剂很难重复利用限制了其大规模的使用。均相催化剂固载化能很好解决这个问题。有机多孔聚合物材料因具有高的热稳定性、高的比表面积和大的孔容等优点,在非均相催化领域有很大的潜在应用价值。基于这个背景,我们合成了多种新型功能化的膦配体并以不同的方式聚合成有机多孔聚合物,催化氢甲酰化反应、不对称氢化反应和Suzuki偶联反应表现出优异的性能。  在本论文的第二章中,我们成功合成了以下四种乙烯基功能化的有机膦配体。  1.从3-叔丁基-4-羟基苯甲醚出发经过脱甲基、选择性酯化、酚羟基保护、Suzuki偶联、酚羟基脱保护和亲核取代反应,最终得到了乙烯基官能团化的亚磷酸酯(Vinyl-biphephos),七步总产率为17%。将Vinyl-biphephos与三(对乙烯苯基)膦在溶剂热条件下通过自由基聚合成有机多孔聚合物CPOL-bp&PPh3,在聚合过程中不加其他交联剂。担载铑的催化剂(Rh/CPOL-bp&PPh3)在催化氢甲酰化反应中表现出很高的区域选择性(l:b=98:2),重复使用6次后活性和区域选择性未降低。  2.我们以9,9-二甲基氧杂蒽为原料,经过去质子化锂化、多次取代反应得到乙烯基功能化的氧杂蒽(Vinyl-xantphos),四步总产率为7%。在氯代过程中,必须通入干燥的HCl(g)而不能采用HCl/Et2O溶液。  3.以(S)-2,2-双二苯膦基1,1-联萘为原料,经过氧化、溴代、Suzuki偶联和还原,合成了两种乙烯基功能化的BINAP,分别为(S)-4,4-divinyl-BINAP和(S)-5,5-divinyl-BINAP,四步总产率分别为13%和12%。在反应过程中,BINAP的手性一直保持下来。其与二乙烯基苯发生自由基聚合,分别合成了聚合物POL-4-BINAP和POL-5-BINAP。将得到的聚合物作为配体,络合钌制得催化剂Ru/POL-4-BINAP和Ru/POL-5-BINAP,其在β-酮酯的不对称氢化反应中表现了优异的活性、对映选择性和重复利用性能。  在本论文的第三章中,我们用1,3,5-三乙炔基苯分别与三(4-溴苯基)膦和三(2-溴苯基)膦通过钯催化Sonogashira偶联反应一步法构建出两种新型有机多孔聚合物Pd/CMP-P-TPP和Pd/CMP-O-TPP,相应聚合物中的Pd原子源于聚合过程中的Pd催化剂。利用固体核磁、红外、X射线粉末衍射、热重分析、X射线光电子能谱及透射电镜等对Pd/CMP-P-TPP和Pd/CMP-O-TPP的结构、稳定性、形貌等方面进行了详细的表征。TGA结果表明Pd/CMP-P-TPP是一种具有优异热稳定性的共轭微孔聚合物。后来我们对Pd/CMP-P-TPP和Pd/CMP-O-TPP在大位阻Suzuki-Miyaura偶联反应的应用进行了研究。催化结果表明,Pd/CMP-P-TPP活性高于Pd/CMP-O-TPP,Pd/CMP-P-TPP在催化大位阻芳溴的Suzuki偶联反应中表现出优异的活性和重复利用性能,重复利用5次,活性未降低。
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