以功能化咪唑盐及其衍生的氮-杂环卡宾为配体的新型铁化合物的合成及其在交叉偶联反应中的应用

随着社会对环保、资源、能源的需求,以价廉无毒、生物相容性好和环境友好的铁替代钯和镍、开发新型高效的交叉偶联反应催化剂正日渐成为金属有机化学和现代有机合成化学中的一个前沿研究领域。在已有工作基础上设计合成以功能化咪唑盐及其衍生的氮-杂环卡宾为配体的新型铁化合物，研究它们在一些交叉偶联反应中的催化性能，了解分子结构对催化活性、选择性和再循环利用的影响规律；研究相关交叉偶联反应的机理。预期可为交叉偶联反应、特别是含B-H的烷基卤代烃参与的交叉偶联反应开发一些高效的、具有自主知识产权和工业化应用前景的新型铁系催化剂；拓展铁系催化剂在交叉偶联反应中的应用，丰富和发展氮-杂环卡宾铁的金属有机化学。

随着社会对环保、资源、能源的需求，开发价廉易得、生物相容和环境友好的高效铁系催化剂以替代传统的钯系或者镍系催化剂已经成为金属有机化学和现代有机合成化学中的一个前沿研究领域。本课题以一系列烃基取代、烷氧取代、酚基取代和亚胺基取代的咪唑（啉）盐及其衍生的氮-杂环卡宾为配体，设计合成了共7个系列近80个新的铁化合物。其中，含咪唑（啉）阳离子的离子型铁(III)配合物的合成方法简单易行，产物收率绝大多数在85%以上，可以放大量合成。考察了配体结构对所得配合物的结构和稳定性的影响，发现离子型铁(III)配合物大多为空气稳定的固体产物，为其催化应用提供了很大的方便。系统研究了这些铁配合物在传统Kumada交叉偶联反应、基于C-O键活化的（还原）Kumada交叉偶联反应、氧化交叉偶联反应、二氧化碳的转化合成羧酸以及环酯开环聚合等反应中的构-效关系。为非活化的烷基氯代烃或者芳基磷酸酯参与的（还原）Kumada交叉偶联反应开发了一系列高效的铁系催化剂，为炔丙基胺、三芳胺、炔丙基酸、酰亚胺、羧酸酯以及聚酯等的合成开发了一系列高效的、具有自主知识产权的铁系催化剂。它们的催化活性普遍高于目前已知的铁系催化剂的催化活性，并往往还显示了更好的底物适用性。.通过本项目的研究工作不仅显著优化和丰富了铁系催化剂的催化性能，发展了基于咪唑（啉）盐及其衍生的氮-杂环卡宾类配体的铁化合物的金属有机化学，对于进一步设计开发高效的铁系催化剂具有很好的指导意义。