Luận án tiến sĩ: Tổng hợp, cấu trúc và phản ứng phức imido cobalt

Luận án tiến sĩ nghiên cứu tổng hợp, cấu trúc và phản ứng phức imido cobalt đầu cuối. Khám phá tính chất và ứng dụng các hợp chất cobalt trong hóa học vô cơ.

Trường ĐH

University of Delaware

Chuyên ngành

Chemistry and Biochemistry

Tác giả

Luan An

Thể loại

dissertation

Năm xuất bản

Số trang

135

Thời gian đọc

21 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

40 Point

Tóm tắt nội dung

I. Phức Imido Cobalt Đầu Cuối Tổng Quan Nghiên Cứu

Phức chất cobalt với ligand imido đầu cuối đại diện cho một lĩnh vực quan trọng trong hóa học cơ kim hiện đại. Nghiên cứu về tổng hợp, cấu trúc và phản ứng của các phức kim loại chuyển tiếp này mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong xúc tác. Liên kết kim loại-nitơ trong phức imido cobalt thể hiện tính chất độc đáo, khác biệt so với các phức chất kim loại khác. Cobalt hóa trị cao kết hợp với nhóm imido tạo nên trung tâm phản ứng mạnh. Các phức chất này có khả năng tham gia phản ứng chuyển nhóm và phản ứng nitrene. Ứng dụng trong xúc tác amina hóa được kỳ vọng cao. Tài liệu này tập trung vào việc phát triển phương pháp tổng hợp phức chất mới. Đặc trưng cấu trúc phân tử được xác định bằng nhiều kỹ thuật phân tích. Nghiên cứu phản ứng hóa học giúp hiểu rõ cơ chế hoạt động.

1.1. Vai Trò Của Phức Chất Cobalt Trong Hóa Học Cơ Kim

Phức chất cobalt chiếm vị trí đặc biệt trong hóa học cơ kim do tính linh hoạt về mặt hóa trị. Kim loại cobalt có thể tồn tại ở nhiều trạng thái산hóa khác nhau. Điều này tạo điều kiện cho các phản ứng산hóa-khử đa dạng. Ligand imido mang điện tích âm hai, ổn định cobalt ở trạng thái산hóa cao. Sự kết hợp này tạo ra các phức kim loại chuyển tiếp có hoạt tính cao. Các nghiên cứu trước đây tập trung chủ yếu vào phức imido của sắt và mangan. Phức imido cobalt đầu cuối ít được nghiên cứu hơn do khó tổng hợp. Tuy nhiên, tiềm năng ứng dụng của chúng rất lớn trong xúc tác hữu cơ.

1.2. Liên Kết Kim Loại Nitơ Trong Phức Imido

Liên kết cobalt-nitơ trong phức imido có đặc điểm liên kết bội mạnh. Cấu trúc điện tử cho thấy sự tương tác orbital d-p đáng kể. Độ dài liên kết Co-N thường ngắn hơn so với liên kết đơn. Góc liên kết Co-N-R gần như thẳng hàng (180 độ). Điều này chứng tỏ tính chất lai hóa sp của nitơ. Mật độ điện tử cao tại liên kết tạo nên tính phản ứng đặc trưng. Các phép tính lý thuyết hỗ trợ quan sát thực nghiệm về bản chất liên kết.

1.3. Ứng Dụng Tiềm Năng Trong Xúc Tác

Phức imido cobalt đầu cuối hứa hẹn trong nhiều phản ứng xúc tác quan trọng. Xúc tác amina hóa các hợp chất hữu cơ là ứng dụng nổi bật. Phản ứng chuyển nhóm nitơ vào liên kết C-H được quan tâm đặc biệt. Phản ứng nitrene chuyển vị mở ra con đường tổng hợp mới. Khả năng hoạt hóa liên kết nhờ cobalt hóa trị cao rất có giá trị. So với các xúc tác kim loại quý, cobalt có giá thành thấp hơn. Phát triển hệ xúc tác dựa trên cobalt góp phần vào hóa học xanh.

II. Tổng Hợp Phức Imido Cobalt Phương Pháp Và Chiến Lược

Tổng hợp phức chất imido cobalt đầu cuối đòi hỏi chiến lược cẩn thận và điều kiện phản ứng đặc biệt. Các phương pháp tổng hợp phức chất thường sử dụng tiền chất cobalt hóa trị thấp. Ligand hỗ trợ đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định cấu trúc. Hệ ligand scorpionate như TptBu,Me được ưa chuộng do khả năng bảo vệ không gian tốt. Phản ứng tạo phức diễn ra trong điều kiện yếm khí nghiêm ngặt. Nguồn nitơ thường là azide hữu cơ hoặc amin. Nhiệt độ và dung môi ảnh hưởng mạnh đến hiệu suất phản ứng. Các sản phẩm phụ cần được loại bỏ cẩn thận để thu được phức chất tinh khiết. Kỹ thuật kết tinh được áp dụng để tinh chế sản phẩm cuối.

2.1. Lựa Chọn Tiền Chất Cobalt Phù Hợp

Tiền chất cobalt(II) thường được sử dụng làm điểm khởi đầu cho tổng hợp phức chất. Các phức halide cobalt dễ điều chế và bền trong điều kiện thường. Phức cobalt với ligand scorpionate cung cấp nền tảng ổn định. Quá trình산hóa từ Co(II) lên Co(III) hoặc Co(IV) cần tác nhân산hóa mạnh. Azide hữu cơ vừa là nguồn nitơ vừa là chất산hóa. Phản ứng loại bỏ N2 tạo ra nhóm imido đầu cuối. Điều kiện nhiệt độ thích hợp thường từ -40°C đến nhiệt độ phòng. Dung môi không phối trí như toluen hoặc pentane được ưu tiên.

2.2. Vai Trò Của Ligand Scorpionate

Ligand scorpionate cung cấp môi trường phối trí ba chiều quanh tâm kim loại. Nhóm thế tert-butyl và methyl tạo hiệu ứng không gian lớn. Điều này ngăn cản sự tạo phức đa nhân không mong muốn. Hệ TptBu,Me đặc biệt hiệu quả trong ổn định phức imido cobalt. Ba nhóm pyrazolyl cung cấp sáu electron cho cobalt. Cấu trúc hình học bát diện bị biến dạng được hình thành. Ligand này cho phép điều chỉnh tính chất điện tử của kim loại. Độ bền nhiệt của phức chất được cải thiện đáng kể.

2.3. Nguồn Nitơ Và Cơ Chế Tạo Nhóm Imido

Azide hữu cơ R-N3 là nguồn nitơ phổ biến nhất trong tổng hợp phức imido. Phản ứng với tiền chất cobalt giải phóng khí N2. Quá trình này tạo ra liên kết kim loại-nitơ bội. Cơ chế có thể đi qua trung gian nitrene. Nhóm R trên azide trở thành nhóm thế trên nitơ imido. Các nhóm R thường gặp là adamantyl, tert-butyl, ethyl. Kích thước và tính chất điện tử của R ảnh hưởng đến độ bền phức. Azide thơm ít được sử dụng do phản ứng phụ nhiều hơn.

III. Cấu Trúc Phân Tử Của Phức Imido Cobalt Đầu Cuối

Nghiên cứu cấu trúc phân tử phức imido cobalt đầu cuối cung cấp thông tin quan trọng về bản chất liên kết. Kỹ thuật nhiễu xạ tia X đơn tinh thể là công cụ chính để xác định cấu trúc. Các phức chất thường có hình học phối trí giả bát diện. Nhóm imido chiếm vị trí đầu cuối với góc liên kết Co-N-R gần 180 độ. Độ dài liên kết Co-N dao động từ 1.6 đến 1.7 Å. Giá trị này ngắn hơn đáng kể so với liên kết đơn Co-N. Ligand scorpionate tạo mặt phẳng ba nitơ xung quanh cobalt. Cấu trúc điện tử được nghiên cứu bằng phổ học và lý thuyết. Phân tích orbital phân tử hỗ trợ mô hình liên kết bội.

3.1. Đặc Điểm Hình Học Phối Trí

Phức imido cobalt với ligand TptBu,Me có cấu trúc giả bát diện bị biến dạng. Ba nitơ từ ligand scorpionate tạo mặt phẳng tam giác. Nitơ imido nằm vuông góc với mặt phẳng này. Góc liên kết N-Co-N từ ligand scorpionate khoảng 85-90 độ. Khoảng cách Co-N từ pyrazolyl dao động 1.9-2.0 Å. Nhóm imido tạo góc Co-N-R từ 170 đến 180 độ. Độ lệch khỏi 180 độ phụ thuộc vào nhóm thế R. Cấu trúc tổng thể phản ánh sự cân bằng giữa các yếu tố không gian và điện tử.

3.2. Phân Tích Độ Dài Và Bậc Liên Kết Co N

Độ dài liên kết Co-N trong phức imido cobalt đầu cuối rất ngắn. Giá trị trung bình khoảng 1.65 Å cho thấy liên kết bội mạnh. So sánh với liên kết đơn Co-N (khoảng 2.0 Å) thấy rõ sự khác biệt. Phân tích cho thấy tính chất liên kết ba một phần. Orbital d của cobalt tương tác với orbital p của nitơ. Hai liên kết π vuông góc nhau được hình thành. Mật độ điện tử cao tập trung tại vùng liên kết. Các phép tính DFT xác nhận bậc liên kết cao.

3.3. Ảnh Hưởng Của Nhóm Thế R Lên Cấu Trúc

Nhóm thế R trên nitơ imido ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc phức. Nhóm adamantyl lớn tạo hiệu ứng không gian mạnh. Điều này làm tăng độ bền của phức chất. Nhóm tert-butyl cũng cung cấp bảo vệ không gian tốt. Các nhóm nhỏ hơn như methyl, ethyl cho phức kém bền hơn. Góc Co-N-R phụ thuộc vào kích thước của R. Nhóm R lớn làm tăng độ dài liên kết Co-N một chút. Tính chất điện tử của R ảnh hưởng đến mật độ electron tại cobalt.

IV. Đặc Trưng Phổ Học Phức Chất Imido Cobalt

Phương pháp phổ học đóng vai trò quan trọng trong việc đặc trưng phức imido cobalt. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) cung cấp thông tin về cấu trúc trong dung dịch. Phức cobalt thuận từ cho tín hiệu NMR dịch chuyển mạnh. Phổ UV-Vis hiển thị các dải hấp thụ đặc trưng của phức kim loại chuyển tiếp. Phổ hồng ngoại (IR) xác định dao động của liên kết kim loại-nitơ. Phổ khối lượng xác nhận thành phần phân tử. Phổ EPR nghiên cứu các phức có electron không ghép đôi. Từ tính được đo để xác định trạng thái spin. Kết hợp các phương pháp này cho bức tranh toàn diện về tính chất phức chất.

4.1. Phổ Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân NMR

Phổ 1H NMR của phức imido cobalt thường cho tín hiệu dịch chuyển rộng. Tính thuận từ của cobalt gây ra hiệu ứng dịch chuyển tiếp xúc. Các proton gần tâm kim loại bị ảnh hưởng mạnh nhất. Tín hiệu có thể xuất hiện từ -50 đến +100 ppm. Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ rộng và vị trí đỉnh. Phổ 13C NMR cũng cho tín hiệu dịch chuyển bất thường. Phân tích phổ NMR xác nhận cấu trúc đối xứng trong dung dịch. Sự thay đổi phổ theo thời gian chỉ ra độ bền của phức.

4.2. Phổ UV Vis Và Chuyển Dời Điện Tử

Phổ UV-Vis của phức imido cobalt hiển thị nhiều dải hấp thụ. Vùng khả kiến thường có dải hấp thụ mạnh. Các chuyển dời điện tử từ orbital d-d xuất hiện ở vùng 400-700 nm. Chuyển dời chuyển điện tích kim loại-ligand (MLCT) ở vùng năng lượng cao hơn. Màu sắc của dung dịch phức thường xanh lam hoặc xanh lục. Hệ số hấp thụ mol cao chỉ ra chuyển dời cho phép. Nghiên cứu phổ ở nhiều nhiệt độ cung cấp thông tin nhiệt động. So sánh với phức tương tự giúp hiểu cấu trúc điện tử.

4.3. Phổ Hồng Ngoại Và Dao Động Phân Tử

Phổ IR của phức imido cobalt cho thấy dao động đặc trưng của liên kết Co-N. Tần số kéo giãn Co-N xuất hiện ở vùng 900-1100 cm⁻¹. Giá trị cao chỉ ra bậc liên kết mạnh. Dao động của ligand scorpionate cũng được quan sát. Nhóm C-H từ tert-butyl cho đỉnh mạnh ở 2800-3000 cm⁻¹. Dao động N-H (nếu có) xuất hiện ở 3200-3400 cm⁻¹. Phổ Raman bổ sung thông tin về dao động đối xứng. Phân tích chi tiết giúp gán các mode dao động.

V. Phản Ứng Hóa Học Của Phức Imido Cobalt

Phức imido cobalt đầu cuối thể hiện phản ứng hóa học phong phú và đa dạng. Phản ứng chuyển nhóm nitơ là một trong những phản ứng quan trọng nhất. Nhóm imido có thể chèn vào liên kết C-H của hydrocacbon. Phản ứng với olefin tạo ra sản phẩm aziridine. Phản ứng nitrene chuyển vị mở rộng khung carbon. Khả năng hoạt hóa liên kết nhờ cobalt hóa trị cao rất đáng chú ý. Phức chất có thể tham gia phản ứng산hóa-khử. Phản ứng với acid hoặc base cho các sản phẩm khác nhau. Nghiên cứu cơ chế phản ứng giúp thiết kế hệ xúc tác hiệu quả hơn.

5.1. Phản Ứng Chuyển Nhóm Nitơ Vào Liên Kết C H

Phức imido cobalt có khả năng hoạt hóa liên kết C-H trơ. Cơ chế phản ứng thường đi qua trạng thái chuyển tiếp bốn tâm. Liên kết C-H tiếp cận nhóm imido tạo phức trung gian. Chuyển hydrogen từ carbon sang nitơ tạo liên kết C-N mới. Sản phẩm là amin bậc hai hoặc bậc ba. Phản ứng này có ý nghĩa lớn trong tổng hợp hữu cơ. Tính chọn lọc phụ thuộc vào cấu trúc không gian của phức. Các liên kết C-H benzylic phản ứng dễ hơn C-H alkyl.

5.2. Phản Ứng Với Olefin Và Tạo Aziridine

Phức imido cobalt phản ứng với olefin tạo hợp chất aziridine. Nhóm imido chuyển sang liên kết đôi C=C. Cơ chế có thể là cộng hợp [2+1] hoặc từng bước. Trung gian metallacycle đôi khi được quan sát. Sản phẩm aziridine có giá trị trong tổng hợp dược phẩm. Tính chọn lọc lập thể phụ thuộc vào cấu trúc olefin. Olefin thế electron nghèo phản ứng chậm hơn. Điều kiện phản ứng ôn hòa, thường ở nhiệt độ phòng.

5.3. Phản Ứng Với Các Chất Nucleophile

Phức imido cobalt có tính electrophile tại nitơ imido. Các chất nucleophile mạnh có thể tấn công vị trí này. Phosphine phản ứng tạo phức phosphinimide. Amin bậc nhất hoặc bậc hai cũng phản ứng được. Sản phẩm thường là phức hydrazide. Alcohol và thiol phản ứng chậm hơn amin. Cơ chế thường là cộng nucleophile trực tiếp. Phản ứng này có thể dùng để chức năng hóa phức chất. Sản phẩm đôi khi mất ligand scorpionate.

VI. Ứng Dụng Xúc Tác Của Phức Imido Cobalt

Phức imido cobalt đầu cuối có tiềm năng lớn làm xúc tác trong nhiều phản ứng hữu cơ. Xúc tác amina hóa C-H là ứng dụng được nghiên cứu nhiều nhất. Phản ứng aziridine hóa olefin cũng thu hút sự quan tâm. Khả năng chuyển nhóm nitơ một cách chọn lọc rất có giá trị. Cobalt rẻ hơn nhiều so với rhodium hay iridium thường dùng. Điều này làm cho xúc tác cobalt hấp dẫn về mặt kinh tế. Độ bền nhiệt và hóa học của phức ảnh hưởng đến hiệu quả xúc tác. Nghiên cứu tối ưu hóa ligand cải thiện hoạt tính xúc tác. Hiểu rõ cơ chế giúp thiết kế hệ xúc tác thế hệ mới.

6.1. Xúc Tác Amina Hóa Liên Kết C H

Phản ứng amina hóa trực tiếp liên kết C-H là thách thức lớn trong hóa học tổng hợp. Phức imido cobalt có thể xúc tác phản ứng này. Azide hữu cơ được dùng làm nguồn nitơ. Phức cobalt tạo trung gian imido hoạt động. Trung gian này chèn vào liên kết C-H tạo sản phẩm amin. Tính chọn lọc vị trí phụ thuộc vào cấu trúc substrate. Hiệu suất phản ứng thường từ trung bình đến khá. Điều kiện phản ứng cần được tối ưu hóa cho từng trường hợp.

6.2. Xúc Tác Aziridine Hóa Olefin

Aziridine là hợp chất vòng ba chứa nitơ có giá trị cao. Tổng hợp truyền thống thường nhiều bước và hiệu suất thấp. Phức imido cobalt xúc tác chuyển nhóm nitơ trực tiếp vào olefin. Phản ứng diễn ra trong điều kiện ôn hòa. Nguồn nitơ có thể là azide hoặc iminoiodinane. Tính chọn lọc lập thể thường cao. Olefin đầu cuối phản ứng tốt hơn olefin nội. Hệ xúc tác cần cải thiện về số vòng quay.

6.3. Triển Vọng Phát Triển Xúc Tác Cobalt

Hóa học cơ kim cobalt đang phát triển nhanh chóng. Phức imido cobalt đại diện cho hướng nghiên cứu mới. Thiết kế ligand hợp lý cải thiện hoạt tính và độ bền. Ligand scorpionate thế hệ mới đang được phát triển. Kết hợp với các kỹ thuật tính toán giúp dự đoán tính chất. Nghiên cứu cơ chế chi tiết hướng dẫn tối ưu hóa. Ứng dụng trong công nghiệp đòi hỏi xúc tác bền và rẻ. Cobalt đáp ứng được yêu cầu về giá thành. Tương lai của xúc tác cobalt rất hứa hẹn.

Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Luận án tiến sĩ: Synthesis, structure, and reactivity of terminal cobalt imido complexes

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (135 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

SYNTHESIS, STRUCTURE, AND REACTIVITY OF TERMINAL COBALT IMIDO COMPLEXES by Daniel Travis Shay A dissertation submitted to the Faculty of the University of Delaware in partial fulfillment of the requirements for the degree Doctor of Philosophy in Chemistry and Biochemistry. Fall 2006 Copyright 2006 Daniel Travis Shay All Rights Reserved UMI Number: 3247713 UMI Microform 3247713 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved. This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code.

ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P. Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 SYNTHESIS, STRUCTURE, AND REACTIVITY OF TERMINAL COBALT IMIDO COMPLEXES by Daniel Travis Shay Approved:_________________________________________________ Charles G. Chair of the Department of Chemistry and Biochemistry Approved:_________________________________________________ Thomas M. Dean of the College of Arts and Sciences Approved:_________________________________________________ Daniel Rich, Ph.

Provost I certify that I have read this dissertation and in my opinion it meets the academic and professional standard required by the University as a dissertation for the degree of Doctor of Philosophy. Professor in Charge of dissertation I certify that I have read this dissertation and in my opinion it meets the academic and professional standard required by the University as a dissertation for the degree of Doctor of Philosophy. Member of dissertation committee I certify that I have read this dissertation and in my opinion it meets the academic and professional standard required by the University as a dissertation for the degree of Doctor of Philosophy. Member of dissertation committee I certify that I have read this dissertation and in my opinion it meets the academic and professional standard required by the University as a dissertation for the degree of Doctor of Philosophy.

Signed:___________________________________________________________ Roger Grey, Ph. Member of dissertation committee Acknowledgements I would first like to thank my advisor Klaus H. Theopold for giving me the opportunity to work in his laboratory on such an interesting research project. He has been a wonderful mentor offering me guidance throughout the past five years.

I am proud to hold the degree of Doctor of Philosophy in Chemistry from his research group at the University of Delaware. I would also like to thank all the students and professors in the Chemistry Department at the University of Delaware who have helped me during my time at the University. I would like to thank the Theopold group (both past and present) for their help and input for my projects. Also, I would like to thank both Dr.

Riordan and Dr. Fox and their respective groups for allowing me to use both their time and their student’s time for helpful discussions, and of course their lab supplies. I would like to thank the departmental staff for helping me keep the lab running smoothly. Our electronic and glass shop have always responded very quickly when their services were required.

Last but not least, I would like to thank my wife Ni Yan who has given me the support and encouragement to complete my Ph. She has pushed me each time I thought the road was long and for that I am grateful. I would also like to thank myself for sticking with it and seeing it to the end. IV Dedicated to my loving wife Ni Yan V Table of Contents List of Tables--------------------------------------------------------------------------- IX List of Figures-------------------------------------------------------------------------- XI List of Schemes------------------------------------------------------------------------- XII Abstract----------------------------------------------------------------------------------- XIV Introduction------------------------------------------------------------------------------ 1 Synthesis, Structure, Reactivity of Terminal Imido Complexes-Results and Discussion Synthesis and Structure-------------------------------------------------------- 14 Spectroscopic Characterization----------------------------------------------- 36 Reactivity------------------------------------------------------------------------ 48 Conclusion----------------------------------------------------------------------- 87 Experimental Section----------------------------------------------------------- 88 General Techniques---------------------------------------------------- 88 Synthesis of TptBu,MeCoNAd------------------------------------------ 89 Synthesis of TptBu,MeCoNtBu------------------------------------------ 89 Synthesis of TptBu,MeCoNMe------------------------------------------ 90 Synthesis of TptBu,MeCoNEt-------------------------------------------- 91 Synthesis of BptBu,Me(Me-pz-CMe2CH2N(Ad)H)Co --------------- 92 Synthesis of BptBu,Me(Me-pz-CMe2CH2N(Ad)H)CoI -------------- 93 Synthesis of BptBu,Me(Me-pz-CMe2CH2N(tBu)H)Co --------------- 93 Synthesis of TptBu,MeCo(Lut)BARF----------------------------------- 94 Synthesis of TptBu,MeK-d9---------------------------------------------- 95 VI Synthesis of TptBu,MeCo(N3)------------------------------------------- 97 Reaction of TptBu,MeCoNAd with HCl--------------------------------- 98 Reaction of TptBu,MeCoNAd with H2O------------------------------- 98 Reaction of TptBu,MeCoNAd with CO-------------------------------- 98 Reaction of TptBu,MeCoNtBu with CO-------------------------------- 99 Reaction of TptBu,MeCoLutBARF with O2--------------------------- 99 Adamantyl Aziridine---------------------------------------------------- 100 Adamantyl Piperidine---------------------------------------------------- 100 Methyl Azide------------------------------------------------------------- 101 Azo Adamantane--------------------------------------------------------- 102 Kinetic Isotope Effect Measurements--------------------------------- 102 Crystal Structure Determinations--------------------------------------- 103 Appendix A Figure A1.1 Field dependence of magnetic susceptibility of 1---- 104 Crystal Data and Structure Refinement for TptBu,MeCoNAd-1/2 C5H12 (1)----------------------------------------- 105 TptBu,MeCoNtBu-1/3 C5H12 (2)---------------------------------------- 106 TptBu,MeCoNMe (3)------------------------------------------------------ 107 TptBu,MeCoNEt (4)-------------------------------------------------------- 108 TptBu,MeCoLutBARF-1/2 C5H12 (5)------------------------------------- 109 BptBu,Me(Me-pz-CMe2CH2N(Ad)H)Co (6)----------------------------- 110 BptBu,Me(Me-pz-CMe2CH2N(Ad)H)CoI (7)---------------------------- 111 BptBu,Me(Me-pz-CMe2CH2N(tBu)H)Co (8)----------------------------- 112 VII Table A1.

9 Temperature (oC) vs Chemical Shift (ppm) for 1 ----- 113 Table A1.10 Temperature (oC) vs Chemical Shift (ppm) for 1d27 -- 114 References------------------------------------------------------------------------------------- 115 VIII List of Tables Table 1.1 Interatomic distances in Å for TptBu,MeCoNAd, (1)-------------------------- 16 Table 1.2 Interatomic angles in degree for TptBu,MeCoNAd, (1)----------------------- 17 Table 1.3 Interatomic distances in Å for TptBu,MeCoNtBu, (2)------------------------- 22 Table 1.4 Interatomic angles in degree for TptBu,MeCoNtBu, (2)----------------------- 23 Table 1.5 Interatomic distances in Å for TptBu,MeCoNMe, (3)-------------------------- 28 Table 1.6 Interatomic angles in degree for TptBu,MeCoNMe, (3)----------------------- 29 Table 1.7 Interatomic distances in Å for TptBu,MeCoNEt, (4)--------------------------- 32 Table 1.8 Interatomic angles in degree for TptBu,MeCoNEt, (4)------------------------- 33 Table 1.9 List of chemical shifts for TptBu,MeCoNAd and TptBu,MeCo15Nad --------- 46 Table 1.10 Interatomic distances in Å for [TptBu,MeCo(Lut)][BARF], (5)------------ 54 Table 1.11 Interatomic angles in degree for [TptBu,MeCo(Lut)][BARF], (5)---------- 55 Table 1.12 Interatomic distances in Å for BptBu,Me(Me-pz-CMe2CH2N(Ad)H)Co, (6)-------------------------------------------------------------------------------------- 62 Table 1.13 Interatomic bond angles in degree for BptBu,Me(Me-pz-CMe2CH2N(Ad)H)Co, (6)-------------------------------------------------------------------------------------- 63 Table 1.14 Interatomic distances in Å for BptBu,Me(Me-pz-CMe2CH2N(Ad)H)CoI, (7)-------------------------------------------------------------------------------------- 69 Table 1.15 Interatomic bond angles in degree for BptBu,Me(Me-pz-CMe2CH2N(Ad)H)CoI, (7)------------------------------------- 70 Table 1.16 Interatomic distances in Å for BptBu,Me(Me-pz-CMe2CH2N(tBu)H)Co, (8)-------------------------------------------------------------------------------------- 74 Table 1.17 Interatomic angles in degree for BptBu,Me(Me-pz-CMe2CH2N(Ad)H)Co, IX (8)------------------------------------------------------------------------------------ 75 Table 1.18 Rate Constants (S-1) and isotope effects for the interconversion of 1 to 6--------------------------------------------------------------------------------- 85 Table A1.1 Crystal data and structure refinement for TptBu,MeCoNAd⋅1/2 C5H12, 1 105 Table A1.2 Crystal data and structure refinement for TptBu,MeCoNtBu⋅1/3 C5H12, 2 106 Table A1.3 Crystal data and structure refinement for TptBu,MeCoNMe, 3 ------------ 107 Table A1.4 Crystal data and structure refinement for TptBu,MeCoNEt, 4 ------------ 108 Table A1.5 Crystal data and structure refinement for [TptBu,MeCoLut][BARF] ⋅1/2 C5H12, 5------------------------------------------------------------------------ 109 Table A1.6 Crystal data and structure refinement for BptBu,Me(Me-pz- CMe2CH2N(Ad)H)Co, 6 -------------------------------------------------------- 110 Table A1.7 Crystal data and structure refinement for BptBu,Me(Me-pz- CMe2CH2N(Ad)H)CoI, 7 --------------------------------------------------------- 111 Table A1.8 Crystal data and structure refinement for BptBu,Me(Me-pz- CMe2CH2N(tBu)H)Co, 8 --------------------------------------------------------- 112 Table A1.10 Temperature (oC) vs Chemical Shift (ppm) for 1d27 ------------------- 114 X List of Figures Figure 1.1 Simplified bonding description of terminal imido complexes--------- 1 Figure 1.2 Molecular orbital diagrams of an octahedral metal imido complex depicting the π bonding interaction---------------------------------------------------------------- 3 Figure 1.3 Examples of terminal cobalt (III) imido complexes-------------------- 4 Figure 1.4 The multiple step synthesis of a terminal nickel II imido species---- 7 Figure 1.5 Reaction of an electrophile with an iridium t-butyl imido complex- 9 Figure 1.6 Nucleophilic attack of triphenyl phosphene with a chromium aryl imido complex resulting in ligand transfer-------------------------------------------------- 9 Figure 1.7 Copper catalyzed aziridination of olefins------------------------------- 10 Figure 1.8 One of the more common ligands employed for the catalytic aziridination of olefins-------------------------------------------------------------------------------------- 10 Figure 1.9 Mechanistic picture for the aziridination of olefins-------------------- 11 Figure 1.10 C-H activation of an inferred cobalt imido complex-------------------- 13 Figure 1.11 Molecular structure of TptBu,MeCoNAd, complex 1-------------------- 15 Figure 1.12 Molecular structure of TptBu,MeCoNtBu, complex 2-------------------- 21 Figure 1.13 Molecular structure of TptBu,MeCoNMe, complex 3-------------------- 27 Figure 1.14 Molecular structure of TptBu,MeCoNEt, complex 4---------------------- 31 Figure 1.15 1H NMR spectrum of TptBu,MeCoNAd, 1, in benzene C6D6 at 295K--- 38 Figure 1.16 d orbital splitting pattern of degenerate metal d orbitals in C3V symmetry- 39 Figure 1.17 Magnetic susceptibility and moment as a function of temperature of complex 1 ---------------------------------------------------------------------------- 42 Figure 1.18 Magnetic susceptibility and moment as a function of temperature of XI complex 1 after Hgo----------------------------------------------------------------- 43 Figure 1.19 Variable temperature 1H NMR analysis of 1 in C6D6--------------------- 45 Figure 1.201H NMR of 1:1 mixture of TptBu,MeCo14NAd and TptBu,MeCo15NAd in benzene C6D6 at 295K----------------------------------------------------------- 47 Figure 1.21A The molecular structure and of [TptBu,MeCo(Lut)][BARF], 5----------- 52 Figure 1.21B The molecular structure and of [TptBu,MeCo(Lut)][BARF], 5----------- 53 Figure 1.22 The molecular structure of BptBu,Me(Me-pz-CMe2CH2N(Ad)H)Co, 6--- 61 Figure 1.23 The molecular structure of BptBu,Me(Me-pz-CMe2CH2N(Ad)H)CoI, 7-- 68 Figure 1.24 Molecular structure of BptBu,Me(Me-pz-CMe2CH2N(tBu)H)Co, (8)--- 73 Figure 1.25 Interconversion of 1 to 6 at 335.26 Erying Analysis of TptBu,MeCoNAd from 40-90oC-------------------------- 81 Figure A1.1 Field dependence of magnetic susceptibility of 1 ------------------------- 104 XII List of Schemes Scheme 1.1 Possible organic transformation products of TptBu,MeCoNAd with ethylene 60 Scheme 1.2 Synthesis of pinacolone d3--------------------------------------------------------- 82 XIII Synthesis, Structure, and Reactivity of TptBu,MeCoNR (TptBu,Me = hydrotris(3-tBu-5- Me- pyrazolyl)borate) (R = Me, Et, tBu, Ad) Abstract The synthesis and structural characterization of imido ligated cobalt complexes that employ the sterically hindered hydrotris(3-tBu-5-Me-pyrazolyl)borate ligand, i., TptBu,MeCoNR (R = Me, Et, tBu, Ad) have been accomplished. These terminal imido complexes possess relatively short Co-N bond distances in the range of 1.67 Å, indicating a multiple bond to the metal. Reactivity studies have been undertaken with a variety of substrate ranging from protonation using acids such as HCl and lutidinium- BARF (BARF = tetrakis(3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl)borate) to ligand transfer of the imido fragment to carbon monoxide. Kinetic studies of the thermal decomposition of TptBu,MeCoNAd which undergoes C-H activation of the Tp ligand yielding BptBu,Me(Me-pz-CMe2CH2N(Ad)H)Co, have been closely monitored by 1H NMR spectroscopy.

Determination of the rate of C-H insertion of the imido ligand of TptBu,MeCoNAd at a variety of temperatures led to the generation of an Erying Plot which showed curvature. Kinetic isotope measurements were also conducted showing a temperature dependent kinetic isotope effect indicating that breaking of the C-H bond was involved in the rate determining step. XIV Introduction Stable terminal imido complexes of the late first row transition metals are rare, presumably due to a lack of empty d orbitals available to accept π donation from the NR2- ligand.1 The imido moiety is a strong π-donor ligand, and as such is generally found coordinated to early metals in high oxidation states with d0-d2 configurations.2 Transition metal imido complexes have been postulated as the key intermediates in NR group transfer reactions.3 They have also gained interest because of their role as the catalytically active species in olefin aziridination.4 Metal imido complexes can be categorized into two different classes.5 The first category is linear, i., when an imido complex exhibits a M-N-R bond angle in the range of 160o to 180o.5 The second category is considered to be bent; here the M-N-R bond angle is between 130o to 150o.5,6 Valence bond theory suggests the principal bonding modes consist of one σ and one to two π bonds depending on the interaction of the nitrogen’s lone pair electrons with the metal.1 represents a simplified view of the two different bonding modes of the terminal imido ligand with a transition metal.8 M N R M N R Bonding Mode A Bonding Mode B Figure 1.1: Simplified bonding description of terminal imido complexes. Structure A depicts the linear fashion with the N atom to be considered sp hybridized while structure B shows the bent bonding mode and considers the N atom to be sp2 hybridized.

In this simplified bonding description of the imido ligand, the interaction of 1 the N atom’s lone pair electrons with that of the metal d orbitals determines a linear or bent structure. If empty d orbitals are available for bonding, one can image more interaction of the N atom’s electrons representing a more linear M-N-R bond. In more electron rich compounds bending of the M-N-R bond can occur and the lone pair electrons will be more localized on the nitrogen (bonding mode B). However, bending of the M-N-R bond can occur in complexes with electron deficient metal centers.

One such example is Os(NtBu)4. The Os-N-C bonds are bent with an angle of 156.9 Despite the interaction of the nitrogen’s electrons it is common to represent the metal to ligand bond as M=NR. This allows for a more simplified assignment of the metal’s oxidation state with the imido ligand acting as a di anionic 4 e- donor.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Tổng hợp, cấu trúc và phản ứng của phức imido cobalt đầu cuối" nghiên cứu về vấn đề gì?

Luận án tiến sĩ nghiên cứu tổng hợp, cấu trúc và phản ứng phức imido cobalt đầu cuối. Khám phá tính chất và ứng dụng các hợp chất cobalt trong hóa học vô cơ.

Luận án "Tổng hợp, cấu trúc và phản ứng của phức imido cobalt đầu cuối" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại University of Delaware. Năm bảo vệ: 2006.

Luận án "Tổng hợp, cấu trúc và phản ứng của phức imido cobalt đầu cuối" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Tổng hợp, cấu trúc và phản ứng của phức imido cobalt đầu cuối" thuộc chuyên ngành Chemistry and Biochemistry. Danh mục: Hóa Vô Cơ.

Luận án "Tổng hợp, cấu trúc và phản ứng của phức imido cobalt đầu cuối" có bao nhiêu trang?

Luận án "Tổng hợp, cấu trúc và phản ứng của phức imido cobalt đầu cuối" có 135 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Tổng hợp, cấu trúc và phản ứng của phức imido cobalt đầu cuối" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter