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本文立足于乙烯齐聚后过渡金属配合物催化剂的设计合成,成功制备了一系列以喹啉衍生物为配体的N^N^N后过渡金属(镍、铁和钴)配合物。在助催化剂作用下,这些配合物具有较高的催化活性。对配体上取代基与催化活性以及所得齐聚物的相互关系进行了阐述,系统地研究了各种催化反应参数(如温度、助催化剂用量、压力等)对乙烯催化活性的影响。本论文包括六个部分:
第一部分:对烯烃聚合和齐聚催化剂的发展历程进行了综述,介绍了几类重要的催化剂的发展,重点介绍了后过渡金属催化剂。讨论了催化剂结构和模型,催化性能和可能的催化反应机理。
第二部分:合成了一系列含有8-(吡啶亚胺基)喹啉的三齿配体的镍配合物并进行了详细表征。晶体结构证明,取代基的位阻对晶体的结构有很大的影响。取代基的位阻大的时候,镍原子的配位几何构型为变形的三角双锥;取代基的位阻小的时候,镍原子的配位几何构型为桥联的变形的正八面体结构。在氯化二乙基铝作用下,这些镍配合物具有较高催化活性,最高达到4.7x106 g·mol-1(Ni)·h-1。反应条件和配位环境对催化活性有很大影响。进而系统研究了含膦辅助配体对催化活性和选择性的影响。在使用Cy3P时,活性达到了4.9x107 g·mol-1(Ni)·h-1。
第三部分:合成并表征了一系列含有8-(吡啶亚胺基)喹啉的三齿配体的铁、钴配合物。在改性甲基铝氧烷(MMAO)的作用下,这些配合物催化乙烯齐聚,具有较高的活性。聚合反应条件和配位环境对催化活性都有很大影响。铁配合物的催化活性最高可达2.8x106 g·mol-1(Fe)·h-1,钴配合物的催化活性最高可达2.3x106 g·mol-1(Co)·h-1。
第四部分:合成了一系列2-苯并咪唑-8-酰胺基喹啉衍生物,其中酰胺活泼氢未被取代的配体和醋酸镍反应得到了第一类L2Ni型的配合物。而双甲基化后的配体和氯化镍反应后,得到的是其水解产物的配合物,对此通过实验手段加以了证实。所有这些配合物进行了红外,元素分析以及单晶结构的表征。以氯化二乙基铝为助催化剂,这些配合物表现出较高的催化乙烯齐聚的活性,对第一类配合物,最高活性可达到6.4×106 g·mol-1(Ni)·h-1,还表现出了良好的α-C4选择性。配位环境和反应条件对催化活性有很大影响。第二类配合物的最高活性可达到7.6x106 g·mol-1(Ni)·h-1。
第五部分:合成了一系列2-苯并咪唑-8-亚胺基喹啉配体。在使用该类配体与氯化镍反应配位时,选择不同的溶剂可以得到不同的产物。在使用四氢呋喃时,得到了L·NiCl2类型的配合物,该类配合物可以高活性的催化乙烯齐聚,催化活性达到了1.3x107g·mol-1(Ni)·h-1;而使用乙醇时,得到了[L2Ni]2+·2Cl-类型的配合物,并得到了晶体结构的证实。在该类配合物中,由于镍与两个配体相配位,和乙烯单体难以接触,在催化测试中没有表现出催化活性。
第六部分:使用一系列取代基空间位阻较小的配体,得到了N^N^N铁、钴配合物。晶体结构证实,它们的结构为[L2M]2+·[MC14]2+类型。该类配合物没有催化乙烯反应的活性,通过测定其磁学性质,研究了它们的自旋结构。