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金属Salen[N,N-bis-(saliylaldehyde)ethylendiamine]配合物因其在位阻效应、电子结构和催化活性上拥有和细胞色素P450中的活性部分金属卟啉相近的特性,且相对于金属卟啉配合物具有结构多样、合成路线简单、易于制备、费用低廉等优点,被广泛应用于环氧化物的开环、Diels-Alder反应、末端环氧化物的水解动力学拆分、硫醚氧化反应、烯烃环氧化以及环氧烷烃与CO2的环加成等多种催化反应中,因此成为近几年催化剂领域研究的热点。本论文设计、合成了一种具有吡啶官能团的新型多配位点的Mn(Ⅲ)-Salen(N-N)催化剂,并将其应用于催化烯烃的环氧化反应以及CO2与环氧丙烷环加成的反应中且均优化了工艺条件,该催化剂在这两类反应中均显示出非常高的催化活性,并发现若干有价值的反应规律;(1)通过配体分子设计,以2-叔丁基苯酚、吡啶-4-硼酸和乙二胺等为原料经过Suzuki-Coupling、Schiff-Base等反应合成了具有吡啶官能团的新型Salen(N-N)配体,并通过X-单晶衍射仪确定了其分子结构。将该Salen(N-N)配体与Mn(OAc)2进行配位反应后再通入空气氧化制得目标催化剂Mn(Ⅲ)-Salen(N-N)。利用红外、高分辨率质谱、元素分析对其结构进行了表征,结果表明该催化剂中心锰离子为三价,它与Salen(N-N)配体上的两个氮原子,两个酚氧原子配位,形成一个四齿螯合的Mn3+的配合物,抗衡离子为Cl-。(2)将Mn(Ⅲ)-Salen(N-N)催化剂应用于催化苯乙烯环氧化反应,首先通过研究8种不同氧化体系对苯乙烯环氧化反应转化率和选择性的影响,筛选出以碘苯二乙酸[PhI(OAc)2]作为氧化剂、N-甲基氧化吗啉(NMO)作为轴向配体组成的催化体系为催化苯乙烯环氧化反应的最佳催化体系。进一步对该最佳催化体系进行详细的工艺条件优化,考察氧化剂PhI(OAc)2的量、溶剂种类、催化剂的量、轴向配体NMO的量以及反应温度等因素对反应转化率与氧化苯乙烯收率的影响,实验结果表明该催化体系最佳工艺条件为:PhI(OAc)2的量为2equiv.(相对苯乙烯的摩尔量)、5 mL丙酮、Mn(Ⅲ)-Salen(N-N)的量为0.03 equiv.、NMO的量为0.3 equiv.、温度为30℃、反应时间为4 h,在该工艺条件下反应物苯乙烯的转化率为99%,产物氧化苯乙烯的收率达到99%。此外,研究了该催化体系对其它9种不同结构的烯烃环氧化反应的催化性能,发现该催化体系对其它烯烃具有一定的普适性。进一步,研究了绿色环保且活性氧含量高的H2O2作为苯乙烯环氧化反应的氧化剂,详细考察了在Mn(Ⅲ)-Salen(N-N)催化条件下,H2O2的量、溶剂种类、Mn(Ⅲ)-Salen(N-N)催化剂的量、轴向配体种类与用量、反应温度等因素对反应转化率和氧化苯乙烯收率的影响,结果表明H2O2为氧化剂的最佳催化体系为:H2O2的量为6 equiv.(相对苯乙烯的摩尔量)、8 mL甲醇、Mn(Ⅲ)-Salen(N-N)的量为0.06 equiv.、轴向配体1,2-二甲基咪唑(DMIm)的量为0.3equiv.、温度为0℃、反应时间为7h。在该工艺条件下反应物苯乙烯的转化率为96%,产物氧化苯乙烯的收率达到87%。同样研究了该催化体系对这9种不同结构的烯烃环氧化反应的催化性能,发现该催化体系对其它底物烯烃有一定的普适性,特别是在催化内烯烃环氧化方面表现出比PhI(OAc)2/NMO催化体系更高的催化活性,且该催化体系催化烯烃环氧化反应是一低成本的绿色环保的化学过程。(3)考察了以Mn(Ⅲ)-Salen(N-N)为催化剂催化环氧丙烷(PO)/CO2环加成反应中催化剂浓度、温度、压力和反应时间对PO转化率及碳酸丙烯酯(PC)选择性的影响,结果表明该反应较适宜的工艺条件为:Mn(Ⅲ)-Salen(N-N)催化剂浓度为0.25mol%,反应温度为60℃,压力3 MPa,反应6 h。在该工艺条件下反应物环氧丙烷的转化率为96%,产物碳酸丙烯酯的选择性94%。通过该研究证实了双组份催化体系催化PO/CO2环加成反应,是由亲电试剂Mn(Ⅲ)-Salen(N-N)配合物与亲核试剂四丁基溴化铵(TBAB)组成的亲电-亲核双组份催化体系协同作用下完成的。综上所述,本课题设计的Mn(Ⅲ)-Salen(N-N)既能高活性、高选择性地催化烯烃环氧化反应,也能够高活性、高选择性催化环氧化物与CO2环加成反应,这一实验结果为烯烃环氧化反应与CO2环加成反应进行“串联”,设计反应工艺路线由烯烃和CO2“一锅法”制备相应环状碳酸酯提供研究基础。