锇、钌、铱杂环化合物的合成、表征及反应性研究

论文摘要

杂环化学是有机化学中最活跃的研究领域之一,它与生命科学、材料科学等学科均有着十分密切的联系。杂环化合物的研究不仅在理论上有着重要的指导意义,而且在实际应用方面也不断影响着人们的日常生活。随着其研究的快速发展,杂环化合物的杂原子已由O、S、N、P、Si等非金属元素拓展到过渡金属元素。过渡金属种类多、有d、f轨道、多价态、可引入不同官能配体,它们的引入使得杂环化学的分子设计空间得到极大的拓展。过渡金属杂环化合物特殊的分子结构、化学活性、物理性能及潜在的应用前景给化学的多个二级学科和生命与材料科学相关领域的发展带来全新的机遇和挑战。本论文将课题组[5+1]关环合成金属苯双季鏻盐的方法发展为简便的[n+1]关环法,并将该法应用到多类金属杂环化合物的合成中,制备了一系列结构新颖的锇、钌、铱杂五、六元环化合物。也对这些化合物进行了系统的表征,还初步研究了部分化合物的反应性:第一章为绪论,对过渡金属杂环化合物的研究现状、结构特点、合成方法以及潜在的催化性能进行了简单的评述。同时,结合本论文的核心内容,分别介绍了过渡金属杂芳香化合物和分子内配位过渡金属有机化合物（IC化合物）的研究进展。此外,对文章的主要设想与目的也进行了阐述。第二章主要研究基于[5+1]关环法的锇杂环化合物合成。本章分别以C5有机配体HC≡CCH（OH）CH=CH2和HC≡CC（CH3）,（OH）CH=CH2与锇配合物OsCl2（PPh3）3反应,利用PPh3对配位炔烃的加成和末端烯烃或炔烃对金属配位的协同反应来完成[5+1]关环,从而发现了合成锇杂环配合物的简便、有效的新方法。首先,合成出两种具有反应活性的金属杂五元环IC配合物OsCl2（PPh3）2(CH=C（PPh3）CH（OH）CH=CH2和OsCl2（PPh3）2(CH=C（PPh3）C（=CH2）-CH=CH2,并对它们进行了系统表征;进而,研究了这些活性五元配合物的反应性,合成出多种稳定的锇杂环配合物,其中包括锇苯、锇呋喃、含配位联烯的锇杂IC环化合化物、含锇卡宾的IC环化物、首例锇杂环戊二烯化合物等多元化的产物。第三章主要阐述从锇苯中间体合成锇杂环化合物的方法。探讨了锇苯中间体的反应性,合成出首例稳定的对一金属苯酚、含α,β-不饱和酮的锇杂环IC化合物,锇呋喃,锇杂环戊二烯化合物等化合物,并进行了系统表征和反应机理推测。第四章为金属苯反应性的初步研究。初步考察了本课题组两种代表性金属苯-锇苯和钌苯的三类反应:脱氯反应、与含氮多齿配体的反应、与醛/Lewis酸的金属苯开环反应,制备了多种金属有机配合物和有机化合物,其中包括两类结构新颖的非配位型双金属苯。第五章主要研究基于[4+1]关环法的铱杂环化合物合成。探索了18e配位饱和的铱氢配合物IrHCl（PPh3）3与三种类型的炔烃HC≡CCH（OH）C≡CH,C6H5C≡CH,C6H5CH（OH）C≡CH的反应。这些反应以[4+1]关环法为基础,涉及PPh3对炔烃的加成、金属氢对炔烃的加成、碳氢活化等多种反应历程,合成了共轭桥联铱氧杂六元环二聚体（即含十个sp2杂化碳桥联的铱二聚体）、铱茚配合物等结构新颖的铱杂五、六元环化合物。此外,还对共轭桥联铱氧杂六元环二聚体的热性能、电化学性能及反应性进行了研究。第六章总结了本论文研究工作的创新性,并对后续的工作进行了展望。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 过渡金属杂环化合物概述
• 1.1.1 过渡金属杂环化合物的结构特征
• 1.1.2 过渡金属杂环化合物的合成方法
• 1.1.3 过渡金属杂环化合物的潜在催化性
• 1.2 过渡金属杂芳香化合物简介
• 1.2.1 金属苯
• 1.2.2 金属呋喃
• 1.3 过渡金属分子内配位化合物简介
• 1.4 本论文的设想与目的
• 1.5 参考文献
• 第二章 基于[5+1]关环法的锇杂环化合物合成
• 2.1 前言
• 2.2 结果与讨论
• 2（PPh₃）₃与HC≡CCH（OH）CH=CH₂的反应'>2.2.1 OsCl₂（PPh₃）₃与HC≡CCH（OH）CH=CH₂的反应
• 2（PPh₃）₃与HC≡CC（CH₃）（OH）CH=CH₂的反应'>2.2.2 OsCl₂（PPh₃）₃与HC≡CC（CH₃）（OH）CH=CH₂的反应
• 2.3 小结
• 2.4 实验部分
• 2.5 参考文献
• 第三章 基于锇苯中间体反应性的锇杂环化合物合成
• 3.1 前言
• 3.2 结果与讨论
• 2（PPh₃）₂（CH=C（PPh₃）CH（OH）C≡CH）与酸的反应'>3.2.1 OsCl₂（PPh₃）₂（CH=C（PPh₃）CH（OH）C≡CH）与酸的反应
• 2（PPh₃）₂（CH=C（PPh₃）CH（OH）C≡CH）与碱的反应'>3.2.2 OsCl₂（PPh₃）₂（CH=C（PPh₃）CH（OH）C≡CH）与碱的反应
• 2（PPh₃）₂（CH=C（PPh₃）CH（OH）C≡CH）与2e配体的反应'>3.2.3 OsCl₂（PPh₃）₂（CH=C（PPh₃）CH（OH）C≡CH）与2e配体的反应
• 3.3 小结
• 3.4 实验部分
• 3.5 参考文献
• 第四章 金属苯反应性的初步研究
• 4.1 前言
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 脱氯反应
• 4.2.2 与含氮多齿配体的反应
• 4.2.3 与Lewis酸体系的开环反应
• 4.3 小结
• 4.4 实验部分
• 4.5 参考文献
• 第五章 基于[4+1]关环法的铱杂环化合物合成
• 5.1 前言
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 铱氢配合物与HC≡CCH（OH）C≡CH的反应
• 6H₅C≡CH的反应'>5.2.2 铱氢配合物与C₆H₅C≡CH的反应
• 6H₅CH（OH）C≡CH的反应'>5.2.3 铱氢配合物与C₆H₅CH（OH）C≡CH的反应
• 5.3 小结
• 5.4 实验部分
• 5.5 参考文献
• 第六章 论文的创新性和展望
• 6.1 论文的创新性
• 6.2 工作展望
• 附录一:论文中所合成新化合物的结构式（53种）
• 附录二:论文中新化合物的单晶结构（43种）
• 附录三:博士期间发表和交流的论文
• 致谢