氮杂环卡宾金属分子催化剂的构筑及其在二氧化硫插入偶联反应的应用研究

Concerning several critical issues on the synthesis of sulfonamides and sulfones via transformation of sulfur dioxide, a series of novel N-heterocyclic carbene metal complexes were designed and proposed. By using these NHC-metal complexes as catalysts with feasibility in the insertion of sulfur dioxide of aryl boronic acid or halides as a model reaction, various valuable sulfonamides and sulfones could be obtained efficiently and selectively in the presence of low catalyst loading under mild reaction conditions. After intensive mechanism study, the methodology to access more types of sulfur dioxide transformation may also be developed. Furthermore, in combination with the possible outcomes from the homogeneous catalytic study and correlation between catalyst structure and activity, a series of N-heterocylic carbine metal porous polymers were proposed derived from various NHC ligands via the hyper-cross linked and coordination assembly strategies, which provides a practical, straightforward and efficient approach to fabricate robust and recyclable N-heterocylic carbene metal porous materials with potential applicability in the transformation of sulfur dioxide under mild conditions.

本项目主要针对二氧化硫转化构建磺酰胺和砜类化合物中存在的主要问题，设计合成一系列新型氮杂环卡宾金属催化剂。以芳基硼酸或者芳基卤代物的二氧化硫插入反应作为突破口，实现硼酸和卤代物在低催化量和温和反应条件下高效、高选择性地转化制备磺酰胺和砜。通过深入研究反应机理，探索更多类型二氧化硫转化的可能途径。在总结均相反应机理和催化剂构效关系的基础上，基于超分子组装原理，通过超交联、配位组装等策略，实现以催化功能为导向的氮杂环卡宾金属多孔聚合物的高效制备，从而发展一系列能在温和条件下应用于二氧化硫转化，且具有稳定、高效、可回收利用特性的新型氮杂环卡宾金属多孔催化材料。

随着全球工业发展和人口的增长，环境问题已经引起了人们的普遍关注。二氧化硫是最严重的大气污染物，从化学转化角度来看，它是一种优良的可再生的硫源。过渡金属催化的二氧化硫转化一直是催化化学领域的热点之一，在基础研究和工业合成上具有非常广泛的理论意义和实际应用价值。. 本项目主要针对二氧化硫转化构建磺酰胺和砜类化合物中存在的主要问题，设计合成一系列新型氮杂环卡宾金属催化剂。以芳基硼酸或者芳基卤代物的二氧化硫插入反应作为突破口，实现硼酸和卤代物在低催化量和温和反应条件下高效、高选择性地转化制备磺酰胺和砜。通过深入研究反应机理，探索更多类型二氧化硫转化的可能途径。. 实现高效氮杂环卡宾金属催化剂的制备并成功应用于二氧化硫插入反应； 通过催化剂结构、位阻及电子效应的调节，实现磺酰胺及砜类化合物的一步高效、高选择性制备。通过改变氮杂环卡宾骨架、电子效应、边臂配体以及金属种类等，实现 C-N、 C-O 及 C-H 断裂等多种类型的二氧化硫插入反应，拓宽底物兼容性，为二氧化硫提供更多的转化途径。. 本项目利用氮杂环卡宾金属催化体系实现通过二氧化硫插入反应一步构建磺酰胺类化合物；首次实现超交联氮杂环卡宾金属聚合物等组装催化材料在二氧化硫插入反应的催化应用；通过不同的二氧化硫载体， 对于工业废气中的二氧化硫可以高效利用，减少环境污染，同时可以得到磺酰胺或者砜类重要活性小分子，具有重大的经济和社会效益。