金属有机催化材料的可控自组装与性能研究

本项目针对目前金属有机配位聚合物催化中亟待解决的问题，结合课题组前期的工作基础，基于超分子化学组装原理，运用自负载策略，通过修饰（手性）有机小分子或金属有机化合物催化剂，实现催化功能导向的金属有机配位聚合物的可控组装与高效制备，进而系统研究组装体结构特点与催化反应选择性、效率及催化剂循环使用情况间的关系，揭示其构效关系，发展出具有高催化活性、高选择性、重现性好及重复使用率高的新一代金属有机配位聚合物催化材料，拓宽金属有机配位聚合物催化材料在绿色化学中的应用范围和实用性，为其工业应用提供新的思路和科学基础。

本项目致力于金属有机催化材料的可控自组装制备与催化性能研究，考察了其在与医药、环境和资源等相关并具有重大意义反应中的应用。重点开展了以下几个方面的研究工作:（1）通过刚性苯并二咪唑盐作为桥联NHC前体和铱盐发生配位组装，制备了NHC-Ir配位聚合物，作为自负载催化剂成功地应用于非均相催化甘油脱氢氧化制备(DL)-乳酸钾，催化剂回收重复使用31次后活性和选择性仍无明显的降低，为利用廉价甘油生产高附加值的产品提供了一条实用的新途径。（2）成功地制备了新型芳基咪唑NHC-Ru自负载催化剂，首次以甲酸铵作为氢源和胺源从乙酰丙酸出发，通过还原氨化高效温和地催化制备了一系列5-甲基-2-吡咯烷酮，催化剂可以使用30次以上并保持高活性和高选择性,为从生物质合成内酰胺等重要分子提供了新途径。（3）通过各类钳型络合物实现了金属有机水凝胶的高效制备，利用配位阻断、构型改变，及弱相互作用调节等策略，研究了凝胶体系在分子识别及催化等方面的应用。(4）对自主创新的手性芳香螺缩酮双膦配体SKP-Pd催化剂进行了自负载化研究，考察了其在烯丙基胺化反应中的催化效果, 发现不同负载方式对催化活性、化学-区域-对映选择性都有显著的影响。机理研究表明SKP与Pd形成多种络合物，其独特的金属-有机双功能机制是取得优秀催化效果的关键。磷酸锆负载的SKP/Pd催化性能下降，可能与配体负载后构象变化自由度受限有关。（5）以(PNP)Ru(II)钳形络合物为催化剂，发展了通过环状碳酸酯均相催化氢化制备甲醇和1,2-乙二醇的新技术，并且成功实现了二氧化碳/胺高效催化氢化合成甲酰胺，这些工作不仅为CO2资源有效利用提供了一条新途径，也为其后续自负载研究打下了基础。（6）以双组分配体/Rh(I)自组装快速构建动态手性催化剂库，在多种取代丙烯酸的不对称催化氢化中通过高效筛选发展了一些新的高选择性的自组装杂手性催化体系,并应用于相关手性药物及天然产物中间体合成中。项目执行期间共发表基金标注的SCI论文19篇，包括ACIE 4篇、ACS Catal. 2篇, CC 4篇和Advanced Materials 1篇，授权中国发明专利7项，申请中国发明专利14项，PCT国际专利4项，2项US Patent进入实审。主编1部专著，多次作邀请报告。四年来共培养博士和硕士生多人。本项目圆满完成了预定计划，顺利达成了预期目标。