科研進(jìn)展
蘭州化物所區(qū)域選擇性氫胺甲基化反應(yīng)研究取得新進(jìn)展
有機(jī)胺是一類重要的化工中間體,廣泛用于農(nóng)藥醫(yī)藥、生物活性天然產(chǎn)物以及功能材料單體等化學(xué)品的合成。烯烴的氫胺甲基化是一類重要的串聯(lián)羰基化反應(yīng),能以一鍋的方式直接合成有機(jī)胺,具有100%原子經(jīng)濟(jì)性。然而,目前的氫胺甲基化反應(yīng)中,均相催化體系存在昂貴銠、釕金屬難以重復(fù)使用,雙相催化工藝反應(yīng)效率較低,同時(shí)多相催化的區(qū)域選擇性氫胺甲基化鮮有報(bào)道。因此,亟需設(shè)計(jì)高效的多相催化劑用于氫胺甲基化反應(yīng),以獲得優(yōu)異的產(chǎn)率、選擇性以和可重復(fù)使用性。
中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所羰基合成與選擇氧化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室均多相融合催化課題組長(zhǎng)期致力于多相羰基化反應(yīng)的研究(Green Chem., 2018, 20, 3457; Chin. J. Chem., 2019, 37, 139; Green Chem., 2019, 21, 4040; Adv. Synth. Catal., 2020, 362, 2348;J. Catal., 2021, 401, 321)。
近期,該課題組基于均多相融合催化的理念,以DPMphos和p-3vPPh3為共聚單體,創(chuàng)制了一種新型原位封裝單原子銠的聚合物催化劑—Rh@CPOL-DPMphos&p-3vPPh3,并將其首次應(yīng)用于烯烴的多相氫胺甲基化反應(yīng),以良好至優(yōu)異的產(chǎn)率和直鏈選擇性獲得相應(yīng)產(chǎn)物胺。聚合物催化劑中多級(jí)孔道的限域效應(yīng)和雙膦配體DPMphos的配位作用協(xié)同促進(jìn)了氫胺甲基化反應(yīng)活性和區(qū)域選擇性的提升,且在聚合物催化劑循環(huán)使用過程中沒有檢測(cè)到銠的流失。
圖一.雙膦共聚物原位封裝的單原子Rh催化劑用于多相氫胺甲基化反應(yīng)
固態(tài)13C和31P MAS NMR表明p-3vPPh3和DPMphos成功聚合制備了目標(biāo)聚合物催化劑。N2吸脫附曲線表明聚合物催化劑具有大的比表面積和多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)。TGA曲線表明聚合物催化劑具有良好的熱穩(wěn)定性。
圖二.Rh@CPOL-DPMphos&p-3vPPh3催化劑的13C MAS NMR(a)、31P MAS NMR(b)、N2吸脫附(c)、TGA(d)表征圖
HR-TEM和Abreaction-corrected HAADF-STEM表征表明,在新鮮的和重復(fù)使用后的聚合物催化劑中,活性物種Rh均以單原子形式封裝于雙膦共聚物中,證明了聚合物催化劑具有良好的熱穩(wěn)定性和重復(fù)使用性。
圖三.新鮮(a和b)和重復(fù)使用后(c和d)Rh@CPOL-DPMphos&p-3vPPh3催化劑的HR-TEM和Abreaction-corrected-HAADF-STEM表征圖
上述研究為設(shè)計(jì)高選擇性的多相催化劑提供了思路,促進(jìn)了均多相融合催化理念的發(fā)展。
相關(guān)研究成果在線發(fā)表在Chemical Communications(DOI: 10.1039/d2cc02469a)上。趙康博士為該論文的第一作者,崔新江研究員和石峰研究員為共同通訊作者。
以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和甘肅省自然科學(xué)基金的支持。