КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 22-23-00701
НазваниеМеталлациклические производные металлоценов IVБ группы и их реакции с кислотами Льюиса. Новые пути к катализаторам полимеризации и других процессов
РуководительБурлаков Владимир Васильевич, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова Российской академии наук, г Москва
Период выполнения при поддержке РНФ | 2022 г. - 2023 г. |
Конкурс№64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-203 - Химия координационных соединений
Ключевые словатитан, цирконий, гафний, металлоцены, цвиттерионы, ацетиленовые комплексы, металлациклопентадиены, металлациклокумулены, кислоты Льюиса, полимеризация, катализ
Код ГРНТИ31.17.29
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В проекте предполагается осуществить синтез широкого круга новых металлациклических производных металлоценов IVБ группы, в том числе металлациклокумуленов, содержащих [3]кумуленовую группировку в кольце, металлациклопентадиенов, металлациклодигидрофуранов и др. Полученные металлациклы будут далее вводиться в реакции с кислотами Льюиса (B(C6F5)3, iBu2AlH, iBu3Al, перфторированные ртутные антикрауны и др.) с целью синтеза новых цвиттерионных металлоценов. Особое внимание в проекте будет уделено исследованию строения синтезированных цвиттерионов и их каталитической активности в реакциях полимеризации и других процессах. Ожидается, что в случае успеха работы по проекту будут найдены новые эффективные катализаторы различных органических реакций на основе цвиттерионных металлоценов IVБ группы.
Ожидаемые результаты
В случае реализации предлагаемого проекта будут a) синтезированы новые металлациклы металлоценов IVБ группы и изучено их строение; б) изучены реакции этих металлациклов с различными кислотами Люиса в) исследовано строение синтезированных цвиттерионов г) определена каталитическая активность синтезированных цвиттерионов в реакциях полимеризации и других процессах. В результате работы по проекту будут найдены и подробно исследованы новые эффективные катализаторы реакций полимеризации и других процессов, перспективные для дальнейшего развития этой важной области химии. Полученные результаты будут соответствовать высшему международному уровню исследований. Они будут опубликованы в ведущих международных научных журналах (см. раздел 1.9).
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2022 году
1) Проведены теоретические расчеты на уровне теории PBE0/Def2-TZVP синтеза металлациклокумуленовых комплексов Ср2М(η4-RC4R) из диацетиленидов Cp2M(CCR)2, где M = Ti, Zr, Hf; R = Me, Ph, tBu, SiMe3 и возможных побочных реакций приводящих к димерным продуктам [Cp2M(CCR)]2 и [Cp2MC(R)CCC(R)MCp2.
2) Осуществлен синтез пятичленных цирконациклокумуленовых комплексов Ср2Zr(η4-tBuC4tBu) и Ср2Zr(η4-PhC4Ph) исходя из дешевых и комерчески доступных монозамещенных ацетиленов.
3) Изучены реакции пятичленного цирконациклокумуленового комплекса Ср2Zr(η4-tBuC4tBu) с различными карбонильными соединениями. При взаимодействии Ср2Zr(η4-tBuC4tBu) с бензофеноном получен пятичленный цирконадигидрофурановый комплекс Ср2Zr[(tBuС2)C=C(tBu)C(Ph2)O]. Комплекс полностью охарактеризован аналитическими и спектральными методами, а его строение установлено методом РСА. Обнаружено, что реакция цирконациклокумуленового комплекса Ср2Zr(η4-tBuC4tBu) с 9-флуореноном протекает сразу с двумя молекулами и в этом случае, как при нагревании до +100°C так и при облучении длинноволновым ультрафиолетом, образуя девятичленный диоксацирконациклокумулен. Комплекс полностью охарактеризован аналитическими и спектральными методами и его строение доказано рентгеноструктурным анализом.
4) Разработан эффективный метод, позволяющий проводить последовательную сборку амидиновой функциональной группы в координационной сфере циркония, исходя их ацетиленов и нитрилов. Найдено, что сгенерированные in situ ацетиленовые комплексы цирконоцена способны реагировать с алифатическими нитрилами с образованием цирконаазациклопентадиеновых комплексов. Те, в свою очередь, способны при нагревании вступать в реакцию с еще одной молекулой нитрила с образованием уже бициклических производных цирконоцена, содержащих амидиновый фрагмент. Для амидинового комплекса с ацетиленидной группой в α-положении обнаружена необычная термическая изомеризация с участием ацетиленового фрагмента. Это превращение приводит к образованию тригетероциклических напряженных комплексов содержащих Т-образный пиррольный атом углерода. Все комплексы выделены в аналитичеси чистом виде, а их структуры установлены с помощью рентгеновской кристаллографии.
5) Исследованы реакции кислот Льюиса с различными металлациклическими производными металлоценов IVБ группы. Так, например, при взаимодействии полученного нами комплекса Ср2Zr[(tBuС2)C=C(tBu)C(Ph2)O] с ди-изо-бутилалюминийгидридом получается комплекс, которому на основании данных ЯМР 1Н и 13С была предложена структура с мостиковым гидридным атомом. Реакция ди-изо-бутилалюминийгидрида с винилацетамидиновым комплексом также приводит к образованию цвиттерионного комплекса имеющего в своем составе мостиковый атом водорода. При взаимодействии диоксацирконациклокумуленового комплекса с AlBr3 происходит переметаллирование комплекса и получается цирконоцендибромид Cp2ZrCl2 и диоксаалюмациклокумулен.
6) Исследована каталитическая активность полученных в отчетный период цвиттерионных комплексов в катионной полимеризации ε-КЛ с раскрытием цикла. Исследования показали, что эти комплексы являются активными катализаторами полимеризации ε-капролактона с раскрытием цикла.
https://doi.org/10.1021/acs.organomet.2c00130
Публикации
1. М.В. Андреев, В.С. Богданов, Р.Р. Айсин, А.Ф. Смоляков, Ф.М. Долгушин, В.В. Бурлаков Vinyl-Acetamidination of In Situ-Generated Acetylenic Complexes of Zirconocenes: Thermal Isomerization of Obtained Zirconabicycles ACS Publications, Organometallics, 2022, 41, 13, 1631–1639 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1021/acs.organomet.2c00130
Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1) Исходя из дешевых и коммерчески доступных монозамещенных ацетиленов осуществлен синтез ряда пятичленных металлациклокумуленовых комплексов Ср2M(η4-tBuC4tBu) и Ср2M(η4-PhC4Ph) (M = Ti, Hf)
2) Изучены реакции пятичленного цирконациклокумуленового комплекса Ср2Zr(η4-tBuC4tBu) с различными карбонильными соединениями. Синтезированы симметричный и первый несимметричный девятичленные диоксацирконациклокумулены. Найдено, что при протолизе девятичленных диоксацирконациклокумуленовых комплексов образуется Cp2ZrCl2 и цис-[3]кумуленовый диол.
3) Исследованы реакции пятичленных металлациклокумуленовых комплексов Ср2M(η4-tBuC4tBu) (M = Ti, Hf) с HCl и бромидом анилиния. Выделены и полностью охарактеризованы монохлоридный и монобромидный комплексы цирконоцена и гафноцена, содержащие σ-связанный ениновый заместитель Ср2M(Х)(CHtBu=C2tBu) (X = Cl, Br). Получен транс-2,2,7,7-тетраметилокт-3-ен-5-ин, который затем был использован для синтеза нового пятичленного цирконациклоалленового комплекса
4) Разработанный нами эффективный метод, позволяющий проводить последовательную сборку амидиновой функциональной группы в координационной сфере циркония исходя их ацетиленов и нитрилов, был использован для соединений гафния.
Найдено, что реакция пятичленного гафнациклокумуленового комплекса Ср2Hf(η4-tBuC4tBu) с избытком ацетонитрила приводит к образованию бициклического комплекса, который при нагревании необратимо изомеризуется в трициклический комплекс гафноцена. Теоретические расчеты показали, что изомеризация бициклических комплексов в трициклические вероятнее всего протекает через обратимую реакцию с образованием промежуточного металлаазациклопентадиенового металлацикла.
5) Рассмотрены и систематизированы все имеющиеся в литературе данные по синтезу, спектральным свойствам и строению ацетиленовых комплексов металлоценов 4 группы, которые, как правило, являются исходными или промежуточными соединениями при синтезе различных металлоорганических соединений титана, циркония и гафния.
6) Изучена реакция тетрамерной перфтор-о,о'-бифениленртути как нового класса кислот Льюиса с монобромидным комплексом гафноцена. В результате был выделен и структурно охарактеризован первый комплекс тетрамерной перфтор-о,о'-бифениленртути с бромид-анионом.
7) При взаимодействии бициклического комплекса гафноцена с ди-изо-бутилалюминийгидридом и трихлоралюминием получены новые цвиттерионные комплексы гафния.
8) Исследована каталитическая активность полученных цвиттерионных комплексов в реакциях в реакциях полимеризации этилена и в полимеризации ε-капролактона (ε-KL) с раскрытием цикла. Исследования показали, что полученные нами комплексы являются активными катализаторами полимеризации ε-капролактона с раскрытием цикла.
9) Опубликованы 2 статьи
https://doi.org/10.1016/j.ccr.2023.215252
https://doi.org/10.1016/j.mencom.2023.10.003
Публикации
1. Андреев М.В., Богданов В.С., Фролов М.А., Нуржанова Е.Р., Смоляков А.Ф., Бурлаков В.В. Protolysis of five-membered metallacyclocumulene complexes of zirconocene and hafnocene. Elsevier, Mendeleev Commun., 2023, 33, 6, 750–752 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.mencom.2023.10.003
2. Бурлаков В.В., Ляховецкий Ю.И. Acetylene complexes of metallocenes of titanium, zirconium and hafnium. I. Synthesis, structure, and spectral characteristics. Elsevier, Coord. Chem. Rev., 2023, 493, 215252 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.ccr.2023.215252
Возможность практического использования результатов
Не очевидно