氨基功能化MIL系列MOFs用于卤代物不对称电羧化反应的研究

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CO2的排放是导致全球气候不断恶化的原因之一,但是从另一个角度看CO2是自然界丰富的碳资源,将CO2合理利用已经成为催化研究热点。而通过有机电合成固定CO2的方法反应条件温和,工艺流程较简单。其中在CO2环境下电羧化有机物生成相应的羧酸是固定CO2的有效方法之一。尽管有很多关于电羧化的报道,但是对于不对称电羧化的报道很少。通过不对称电羧化能得到具有光学活性的化合物,在医学、农业、精细化工生产中有重要应用,所以通过不对称电羧化固定CO2具有重要的研究意义和应用前景。尽管金属电极在电化学固定CO2方面是应用最多的,但是由于平板电极几何面积有限,所以催化CO2与底物反应位点较少。MOFs(Metal-organic Frameworks)具有良好的孔隙度和比表面积,而且CO2与MOFs中金属离子和有机配体之间存在相互作用,所以MOFs经常用于CO2的吸附和转化中。由于氨基对CO2有亲和力,将氨基引入到MOFs有机配体上可以进一步提高MOFs对CO2的捕获能力。MIL系列MOFs相比于其他MOFs有相对较高的热稳定性和化学稳定性,具有优越的大孔容和高比表面积,所以可以用来催化大分子反应。近些年来MOFs在不对称催化中逐渐有越来越多的应用,但是将MOFs用在不对称电羧化却鲜见报道。本论文工作利用氨基修饰的MIL系列MOFs比表面积大、吸附CO2性能优异的特点,将其作为CO2转化的多相催化剂,实现卤代物的不对称电羧化反应。考虑到MOFs较大的孔径和可以功能化为手性诱导剂负载提供条件,所以尝试将t-Bu(R,R)salen(Co(II))负载于MIL系列MOFs上得到手性修饰材料,并用于卤代物不对称电羧化反应。具体研究内容如下:(1)合成三种具有游离氨基的MIL系列MOFs,分别为MIL-101-NH2(Cr)、MIL-101-NH2(Al)、MIL-53-NH2(Al),对这三种MOFs进行表征和电催化性能探究。研究表明,MOFs吸附CO2能力不仅与比表面积有关,还与氨基的存在有关。t-Bu(R,R)salen(Co(II))作为手性诱导剂,将这三种MOFs作为多相催化剂用于1-氯-1-苯乙烷和CO2的不对称电羧化反应中,考察了电解电位及电极材料对卤代物不对称电羧化的影响。实验结果表明,这三种MOFs对1-氯-1-苯乙烷的不对称电羧化反应有催化作用。通过探究发现以MIL-101-NH2(Cr)为工作电极时,得到的2-苯基丙酸的产率及光学活性(ee值)最优,所以选择在MIL-101-NH2(Cr)为工作电极时,通过改变催化剂用量、电量、温度等电解条件,实现了温和条件下的不对称电羧化反应。(2)尝试通过合成后修饰和双溶液浸渍法将手性诱导剂负载到MIL-101-NH2(Cr)上,分别得到t-Bu(R,R)salen(Co(II))@MIL-101-AM和t-Bu(R,R)salen(Co(II))@MIL-101-NH2(DSA),XRD表征说明手性诱导剂负载不会对MOFs晶型产生影响;通过FT-IR、ICP表征、N2吸脱附证明t-Bu(R,R)salen(Co(II))成功负载在MOFs上。将得到的手性修饰材料应用于电催化研究,实验结果表明,合成后修饰酰胺化封装法和双溶液浸渍法得到的两种手性诱导剂负载材料均能催化1-溴-1-苯乙烷的不对称电羧化反应。
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