烯烃与氧气和二氧化碳的绿色催化反应研究

仿生催化是绿色合成技术和方法学研究的一个重要方面。二氧化碳作为一碳化学的重要组成部分，由于它储量丰富、无毒、惰性等特点，二氧化碳化学研究也越来越受到重视。将二氧化碳、氧气和烯烃在催化剂作用下进行氧化羧基化反应直接生成有机环碳酸酯或聚碳酸酯是绿色化学反应，具有环境友好和原子经济性等特点，是二氧化碳化学研究的主要方向之一。该反应包括两步反应：第一不首先是烯烃的催化氧气环氧化，然后是催化环加成（偶联）反应。本研究通过设计合成新型配体与相应的金属铁、钴、钌、铑、锰、钒、锡钼等制备出金属配合物催化剂；然后在温和条件下催化二氧化碳、氧气和烯烃进行高效的无副产物的仿生催化反应制备环碳酸酯、手性环碳酸酯和聚碳酸酯等。通过对该反应的深入研究，揭示烯烃的催化氧气环氧化机理并阐明二氧化碳和环氧的反应本质以及两步反应的耦合原理等一系列化学反应的内在规律。

本课题按照实验方案设计、合成了两个系列几十种卟啉和Salen型手性和非手性金属催化剂。用其中的六价钌卟啉催化了烯烃、氧气和二氧化碳的仿生绿色催化反应，得到了环碳酸酯。用其中的卟啉镁、铝、锡配合物催化了环氧化合物与二氧化碳的反应，得到了路易斯酸性强弱与催化剂性能成正比的催化反应规律。发现了有机酸加速反应的原因，并得出了此催化反应符合一级反应动力学规律。将卟啉催化剂接枝到磁性纳米四氧化三铁上制备出了可以重复使用16次以上的多相、高效催化剂催化环氧和二氧化碳的反应。手性Salen型催化剂也催化了环氧化合物和二氧化碳的反应，取得了相应的成果。发现了手性和非手性离子液体可有效催化环氧和二氧化碳反应，得到相应的环碳酸酯。申请了国家发明专利3项，得到了2项授权。发表了9篇SCI文章，培养了十余名研究生，其中四人获博士学位，6人获硕士学位。完成预期目标。