[JACS]二价稀土烷基配合物的合成与催化反应研究进展

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1. 研究背景:

稀土金属包括钪Sc、钇Y、及镧系(La-Lu)共17种元素。稀土金属有机化学是金属有机化学的重要组成部分和前沿课题。我国稀稀土金属包括钪Sc、钇Y、及镧系(La-Lu)共17种元素。稀土金属有机化学是金属有机化学的重要组成部分和前沿课题。土资源丰富,开展稀土金属有机化学方面的研究有助于稀土的开发和利用。


中国科学院上海有机化学研究所陈耀峰课题组长期致力于高活性稀土金属配合物的合成反应方面的研究。在过去的工作中,他们合成了一种基于beta-二亚胺骨架的新型四齿氮配体,并在此基础上实现了钪末端氮宾配合物(Chem. Commun. 2011, 47, 743; ACIE 2011, 50, 7677)、首例过渡金属腈亚胺配合物(JACS 2013, 135, 8165)、钇氢簇合物(ACIE 2013, 52, 4243)等高活性配合物的合成(见上图)。近期他们利用该配体实现了高活性的二价稀土单核烷基配合物的合成。


2. Yb(II)烷基配合物的合成及催化性能(JACS 2019, 141, 138)


相比三价稀土烷基配合物,二价稀土烷基配合物的稳定性要差很多,迄今为止报道仍然很少。该四齿氮配体稳定的Yb(II)单核烷基配合物可通过Yb(II)碘化物与烷基钾盐的盐消除反应得到,其中配合物2经X-射线单晶衍射表征。该配合物呈畸变四方锥构型,其中四齿氮配体的四个氮原子位于平面,烷基碳原子位于轴向顶点。


这两个烷基配合物均对初级芳基硅烷(primary arylsilane)的重分配反应表现出非常高的催化活性。这里的重分配既包括两分子相同芳基硅烷之间的反应,也包括含吸电子取代基的芳基硅烷与含供电子取代基的芳基硅烷之间的反应。该催化反应可以克级规模进行,进一步证实了该反应的应用价值。使用相应的三价稀土烷基配合物[LYb(CH2SiMe3)2]则不能实现上述催化反应,表明该催化反应的中间体均为二价物种。此外,他们还实现了这些催化反应产物向其它硅化合物的进一步转化,表明该催化反应可作为合成多种芳基硅烷化合物的有效方法。


3. Sm(II)单核烷基配合物的合成及催化性能(Chem. Eur. J. 2020, doi:10.1002/chem.202000342)


相比Yb(II)离子,Sm(II)离子半径更大,其烷基配合物的合成更具有挑战性。研究表明,使用上一篇工作中的烷基-CH2SiMe3无法实现Sm(II)配合物的稳定。接下来他们采用更大位阻的-CH(SiMe3)2,顺利得到了Sm(II)单核烷基配合物,并对其进行X-射线单晶衍射表征。与之前的Yb(II)烷基配合物类似,该Sm(II)烷基配合物同样呈畸变四方锥构型,其中四齿氮配体的四个氮原子位于平面,烷基碳原子位于轴向顶点。


该Sm(II)配合物在次级硅烷与芳基甲基炔的催化氢硅化反应中表现出优异的催化性能,且高选择性地生成alfa-(E)产物。目前他们正在合成含手性烷基的Sm(II)配合物,并研究相应的催化不对称氢硅化反应。


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