Гетерогенные родийсодержащие катализаторы гидроаминометилирования на основе гибридных органо-неорганических материалов
- Authors: Горбунов Д.Н.1, Ненашева М.В.1, Теренина М.В.1, Синикова Н.А.1, Кардашева Ю.С.1
-
Affiliations:
- Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
- Issue: Vol 97, No 7-8 (2024)
- Pages: 566-574
- Section: Катализ
- URL: https://journals.rcsi.science/0044-4618/article/view/277738
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044461824070065
- EDN: https://elibrary.ru/GLSRSX
- ID: 277738
Cite item
Full Text
Abstract
Синтезированы гетерогенные катализаторы гидроаминометилирования на основе гибридного органо-неорганического материала, представляющего собой силикагель с привитыми полиаллиламинными группами. Носители получены путем модификации исходных материалов дифенилфосфином и 4-дифенилфосфинбензойной кислотой. Закрепление родиевых комплексов на поверхности модифицированных носителей осуществлено путем лигандного обмена. Активность катализаторов изучена на примере реакции гидроаминометилирования октена-1 в присутствии диметиламина. Установлено влияние типа растворителя, температуры в диапазоне 80–180°С, общего давления и состава синтез-газа, мольного соотношения олефин:диметиламин на выход целевых продуктов реакции. Продемонстрирована возможность многократного использования синтезированных катализаторов в реакции гидроаминометилирования линейных алкенов.
Full Text
Тандемные процессы на основе реакции гидроформилирования открывают путь к одностадийному получению продуктов сложного строения на основе олефинов, синтез-газа и сореагента, выбираемого в зависимости от типа проводимой реакции. Так, в настоящее время активно исследуются реакции восстановительного гидроформилирования, гидроформилирования–ацетализации, гидроаминометилирования, гидроформилирования–альдольной конденсации и ряда других тандемных реакций на основе гидроформилирования, поскольку они привлекательны с точки зрения высокой атомной эффективности и возможности проведения нескольких последовательных реакций без стадий дополнительного разделения и очистки [1]. Наиболее высокой каталитической активностью в гидроформилировании характеризуются гомогенные комплексы родия [2]. При проведении процессов в условиях гомогенного катализа основная проблема заключается в отделении катализатора от продуктов реакции. Универсальное решение проблемы — разработка гетерогенных катализаторов как для гидроформилирования, так и для тандемных реакций на его основе. На настоящий момент описаны гетерогенные каталитические системы для гидроаминометилирования, например, наночастицы рутения, нанесенные на TiO2 [3], закрепленные комплексы родия на фосфинсодержащем полимерном носителе [4], а также циклооктадиенильный комплекс родия [Rh(cod)Cl]2 , закрепленный в гидрофобном поверхностном слое модифицированного оксида кремния [5].
Данная работа посвящена синтезу и исследованию твердых родиевых катализаторов тандемной реакции гидроаминометилирования олефинов [схема (I)] — способа получения третичных аминов, соединений, имеющих высокую практическую значимость.
В настоящей работе для синтеза гетерогенных родиевых катализаторов в качестве предшественника фосфорсодержащего носителя предложено использовать гибридный материал BP-1, представляющий собой один из коммерчески доступных мезопористых неструктурированных силикагелей с привитыми на поверхность полиаминными фрагментами. Высокая плотность и подвижность функциональных аминогрупп на поверхности материалов такого типа позволяет эффективно стабилизировать наночастицы и атомы металлов, выступающих в качестве предшественников активных центров катализатора [6, 7]. BP-1, в частности, содержит привитые полиаллиламиновые фрагменты.
Цель работы — синтез и исследование новых родиевых катализаторов гидроаминометилирования на основе модифицированного фосфиновыми фрагментами мезопористого неструктурированного силикагеля с привитыми на поверхность полиаллиламиновыми фрагментами.
Экспериментальная часть
Для использованных в работе реагентов, материалов и их структурных фрагментов введены следующие обозначения: BP-1 — гибридный органо-неорганический материал для синтеза катализаторов; BP-1-Br, BP-1-PPh2 и BP-1-DPBA — материалы BP-1, модифицированные введением брома, фрагментов дифенилфосфина и 4-дифенилбензойной кислоты.
В работе использованы ацетилацетон (для синтеза, кат. номер 8.00023, Sigma-Aldrich), диизокарбодиимид (для пептидного синтеза, 99%, кат. номер D125407, Sigma-Aldrich), дифенилфосфинхлорид (96%, кат. номер С39601, Sigma-Aldrich), 4-дифенилфосфинбензойная кислота (97%, кат. номер 401595, Sigma-Aldrich), литий гранулированный (97%, кат. номер 499811, Sigma-Aldrich), гексен-1 (98%, кат. номер 240761, Sigma-Aldrich), октен-1 (98%, кат. номер O4806, Sigma-Aldrich), децен-1 (≥97.0%, кат. номер 30650, Sigma-Aldrich,), RhCl3 · 4H2O (ОАО «Аурат»), триэтиламин (для синтеза, кат. номер 8.08352, Sigma-Aldrich), 1,2-дибромэтан (98%, кат. номер D40752, Sigma-Aldrich), диметиламин (для синтеза, 40%-ный водный раствор, АО «Ленреактив»), толуол (х.ч., ООО «Компонент-Реактив»), дихлорметан (х.ч., ООО «Компонент-Реактив»), метанол (х.ч., ООО ТД «Химмед»), тетрагидрофуран (ч.д.а., ООО «Компонент-Реактив»), диметилформамид (х.ч., ООО «Компонент-Реактив»), гидроксид натрия (х.ч., ООО «Экос-1»), аргон (газообразный высокой чистоты, марка 5.5, ООО «НИИ КМ») и синтез-газ CO:H2 1:1, об. (ООО «ПГС-Сервис»). Растворители диметилформамид, дихлорметан, толуол, тетрагидрофуран, этанол были подготовлены согласно стандартным методикам.1 Дистиллированную воду получали путем очистки водопроводной воды с использованием аквадистиллятора ДЭ-25М (АО «ЛОиП»). Материал BP-1 — мезопористый неупорядоченный силикагель с привитым на поверхность полиаллиламином, был синтезирован, охарактеризирован [8, 9] и предоставлен E. Rosenberg, Department of Chemistry and Biochemistry, University of Montana, USA.
Исследования методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) проводили с использованием электронного прибора LAS-3000 (ISA-Riber), оснащенного фотоэлектронным анализатором c задерживающим потенциалом OPX-150. Для возбуждения фотоэлектронов использовано рентгеновское излучение алюминиевого анода (AlKα = 1486.6 эВ) при напряжении на трубке 12 кВ и токе эмиссии 20 мА. Калибровку фотоэлектронных пиков проводили по линии углерода С1s с энергией связи 285 эВ. Анализ методом твердотельной спектроскопии ядерного магнитного резонанса (CPMAS, твердотельный ЯМР) на ядрах 1H, 13C и 31P проводили на приборе Varian NMR Systems (Bruker) при рабочей частоте 125 МГц в импульсном режиме с частотой вращения 10 кГц. Количественное определение родия в образцах было выполнено методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (АЭС ИСП) с помощью прибора IRIS Interpid II XPL (Thermo Electron Corp.) с радиальным и аксиальным наблюдением при длинах волн 343.49 нм. Электронные спектры поглощения регистрировали на спектрофотометре Agilent-8453 (Agilent), рабочий диапазон 190–100 нм. Управление спектрофотометром, сбор данных и простейшую математическую обработку данных проводили с помощью программы UV-Visible Chem. Station Rev. A.10.01. Анализ реакционных смесей методом газожидкостной хроматографии проводили на хроматографе Хромос ГХ-1000 (ООО «Хромос-Инжиниринг») с пламенно-ионизационным детектором, капиллярной колонкой 50 м, заполненной фазой DB-5, при программировании температуры от 60 до 230°C со скоростью нагрева 30 град·мин– , газ-носитель — гелий.
Синтез ацетилацетонатодикарбонила родия (I) Rh(acac)(CO)2 проводили согласно [10]. Комплекс получен в виде кристаллов с характерным красно-зеленым дихроизмом; в ИК-спектре комплекса присутствуют интенсивные полосы поглощения 2085, 1987 см–1.
Синтез модифицированного носителя BP-1-PPh2 проводили в круглодонной колбе, снабженной магнитной мешалкой и обратным холодильником, в которую помещали материал ВP-1 (1 г), 1,2-дибромэтан (6 мл), триэтиламин (5 мл) и толуол (7 мл). Полученную реакционную массу перемешивали в течение 6 ч при кипячении, затем дважды промывали этанолом (по 2.0 мл) и дихлорметаном (по 2.0 мл). Полученный порошок серого цвета сушили в вакууме. Выход модифицированного носителя BP-1-Br составил 800 мг. Содержание брома, по данным АЭС ИСП, составило 7.5 мас%. Дальнейшую модификацию поверхности BP-1-Br проводили в токе аргона. К суспензии 0.25 г лития в 12.5 мл свежеперегнанного тетрагидрофурана по каплям добавляли раствор 1.25 мл дифенилхлорфосфина в 5 мл тетрагидрофурана с такой скоростью, чтобы раствор равномерно кипел. По окончании экзотермической реакции холодный раствор фильтровали от лития в токе аргона и в течение 40 мин добавляли по каплям к суспензии 1.5 г BP-1-Br в 25 мл абсолютированного толуола. Перемешивали при кипячении 3 ч. Осадок помещали на фильтр, дважды промывали этанолом (по 2.0 мл), тетрагидрофураном (по 2.0 мл) и дихлорметаном (по 2.0 мл). Содержание фосфора составило 1.88 мас% по данным АЭС ИСП.
Синтез катализатора BP-1-PPh2-Rh проводили в инертной атмосфере. В круглодонную колбу, снабженную якорем магнитной мешалки, помещали BP-1-PPh2 (1.0 г), комплекс Rh(acac)(CO)2 (0.3 г) и дихлорметана (4 мл). Содержимое колбы перемешивали 12 ч, затем трижды промывали дихлорметаном (по 2 мл) и полученный порошок сушили в вакууме. Выход катализатора BP-1-PPh2-Rh составил 0.85 г. Согласно данным атомно-эмиссионой спектроскопии, содержание родия и фосфора составило 0.61 и 0.15% по массе соответственно. В спектре ЯМР 1Н твердого тела присутствовали сигналы при 7.1–9.6 (—СН2—), 12.6 м. д. (C6H5—); ЯМР 13С: 35 (—СН2—), 110–155 м. д. (C6H5—); ЯМР 31Р: 4.0 м. д. (Rh—Р—).
Для приготовления насыщенного раствора диметиламина в диметилформамиде в трехгорлую колбу, снабженную капельной воронкой и газоотводной трубкой, помещали твердый NaOH и прикапывали 40%-ный водный раствор диметиламина. Выделяющийся газообразный диметиламин пропускали в охлаждаемый льдом сосуд с диметилформамидом. Пропускание продолжали до прекращения прироста объема жидкости в приемнике. Массовую долю накопленного диметиламина в растворе определяли по изменению массы приемника и контролировали с использованием газожидкостной хроматографии. В итоге получен раствор, содержащий 49 мас% диметиламина.
Реакцию гидроаминометилирования проводили в стальном автоклаве емкостью 50 мл, снабженном магнитной мешалкой и устройством для термостатирования, в диапазоне температур 80–180°С. В типичной реакции в автоклав загружали 30 мг катализатора, 7.6 ммоль ненасыщенного субстрата, 1.0 мл толуола и 1.0 мл 49%-ного раствора диметиламина в диметилформамиде. В автоклав подавали аргон для вытеснения воздуха и создания инертной атмосферы, затем компримировали в автоклав синтез-газ и водород до требуемого давления и нагревали автоклав до заданной температуры. Реакцию вели при постоянном перемешивании в течение 5 ч. Анализ продуктов проводили методом газожидкостной хроматографии с применением н-додекана в качестве внутреннего стандарта. Полученный катализатор отделяли от реакционной смеси центрифугированием, промывали дихлорметаном, полученный порошок высушивали в вакууме и повторно использовали в реакции.
Обсуждение результатов
Катализатор BP-1-DPBA-Rh был синтезирован согласно методике, описанной в [11]. Схема (II) описывает последовательность синтеза катализатора BP-1-PPh2-Rh.
Первую стадию — алкилирование аминогрупп 1,2-дибромэтаном — проводили в толуоле и триэтиламине с использованием избытка реагента с целью подавления побочной реакции вторичного алкилирования аминогрупп фрагментами BP-1-(CH2)2-Br. В спектре ЯМР 1Н (рис. 1, а) BP-1-PPh2 сигнал в области 13.0 м. д. соответствует ароматическим протонам дифенилфосфиновых фрагментов, а сигналы в области 6.8 м. д. — алифатическим протонам, входящих в состав — СН2 — подложки BP-1-PPh2.
Рис. 1. Спектры твердотельного ЯМР 1Н (а), 13С (б) и 31Р (в) образца BP-1-PPh2 — гибридного материала на основе силикагеля с привитым полиаллиламином, модифицированного дифенилфосфиновыми фрагментами
В спектре ЯМР 13С (рис. 1, б) сигналы при 138.0 м. д. соответствуют ароматическим атомам углерода, входящим в состав трифенилфосфиновых групп. Сигналы в области 30–40 м. д. соответствуют алифатическим атомам углерода. Сигнал с химическим сдвигом при 1.6 м. д. обусловлен наличием метилсиланов, используемых в синтезе BP-1. В ЯМР 31Р спектре (рис. 1, в) сигнал в области –5 м. д. свидетельствует о наличии трехвалентных атомов фосфора в образце BP-1-PPh2, а сигнал более низкой интенсивности в районе 29 м. д. — о присутствии атомов P(V). Катализатор BP-1-PPh2-Rh был получен при обработке фосфинированного материала BP-1-PPh2 раствором Rh(acac)(CO)2 в дихлорметане.
Содержание родия и фосфора, по данным элементного анализа, составило 0.61 и 0.15 мас% соответственно, что близко к мольному отношению P:Rh = 1. Строение катализатора BP-1-PPh2 -Rh определялось с использованием методов твердотельной спектроскопии ЯМР и РФЭС. Cпектры ЯМР 1H и 13C образцов BP-1-PPh2 и BP-1-PPh2 -Rh существенных различий не имеют, тогда как в спектре 31P катализатора BP-1-PPh2-Rh появляется сигнал при δ 48.5 м. д., соответствующий атомам фосфора, связанным с родием, и свидетельствующий об образовании металлокомплекса; сигнал при — 5.0 м. д., соответствующий некоординированным атомам P(III), в спектре отсутствует (рис. 2).
Рис. 2. Спектры твердотельного ЯМР 31Р образцов BP-1-PPh2 — гибридного материала на основе силикагеля с привитым полиаллиламином, модифицированного дифенилфосфиновыми фрагментами, и катализатора, полученного на его основе пропиткой из раствора Rh(acac)(CO)2, — BP-1-PPh2-Rh
Данные РФЭС свидетельствуют о том, что родий в составе катализатора BP-1-PPh2-Rh в основном находится в одной степени окисления; значение энергии связи 308.4 для Rh3d5/2 находится в области, характерной для комплексов родия +1 с фосфиновыми лигандами (рис. 3) [12–14].
Рис. 3. Фрагмент рентгеновского фотоэлектронного спектра образца катализатора BP-1-PPh2-Rh, синтезированного из гибридного материала на основе силикагеля с привитым полиаллиламином, модифицированного дифенилфосфиновыми фрагментами пропиткой из раствора Rh(acac)(CO)2
Таким образом, установлено, что гетерогенный катализатор BP-1-PPh2-Rh, как и катализатор BP-1-DPBA-Rh, содержит ковалентно закрепленные на поверхности фосфиновые фрагменты, входящие в лигандное окружение Rh(I).
Активность синтезированных гетерогенных катализаторов BP-1-PPh2-Rh и BP-1-DPBA-Rh в реакции тандемного гидроаминометилирования была изучена на примере модельного субстрата октена-1 с использованием раствора диметиламина в диметилформамиде. Оптимальным интервалом температур для проведения реакции является 120–150°С, при более низкой температуре замедляется стадия гидроформилирования, а при более высокой заметно увеличивается доля побочных продуктов (табл. 1).
Таблица 1. Гидроаминометилирование октена-1 в среде диметиламин–диметилформамид при различных температурах на катализаторах, полученных на основе материала BP-1 — силикагеля с привитым полиаллиламином, модифицированных дифенилфосфиновыми фрагментами (BP-1-PPh2-Rh) и 4-дифенилфосфиновой кислотой (BP-1-DPBA-Rh)
Катализатор | Температура, °С | Конверсия октена-1, % | Выход, % | |||||
интернальные октены | изо-альдегиды С9 | изо-амины | н-амин | енамин | 2-гептил-2-ундеценаль | |||
BP-1-PPh2-Rh | 80 | 36 | 7 | 1 | 15 | 12 | 1 | 0 |
120 | 92 | 12 | 22 | 20 | 22 | 16 | 0 | |
150 | 95 | 17 | 13 | 31 | 25 | 5 | 4 | |
180 | 95 | 44 | 0 | 15 | 21 | 0 | 15 | |
BP-1-DPBA-Rh | 80 | 37 | 2 | 3 | 17 | 13 | 2 | 0 |
120 | 92 | 11 | 22 | 21 | 21 | 17 | 0 | |
150 | 97 | 16 | 12 | 30 | 32 | 2 | 5 | |
180 | 94 | 31 | 0 | 18 | 34 | 0 | 11 |
Примечание. Условия реакции: октен-1 7.6 ммоль, субстрат:родий 2000, субстрат:амин 1:1, диметилформамид 1.5 мл, p СО = 2.0 МПа, р Н2 = 2.0 МПа, время реакции 5 ч.
С ростом концентрации диметиламина (табл. 2) не происходит существенных изменений в составе продуктов, в то время как увеличение парциального давления водорода положительно сказывается на протекании заключительной стадии тандемного процесса — гидрировании енаминов в амины.
Таблица 2. Гидроаминометилирование октена-1 в среде диметиламин–диметилформамид при различных давлениях и соотношениях субстрат:амин на катализаторе BP-1-PPh2-Rh, полученном на основе материала BP-1 — силикагеля с привитым полиаллиламином, модифицированного дифенилфосфиновыми фрагментами
Субстрат:амин | Давление, МПа (СО:Н2) | Конверсия октена-1, % | Выход, % | ||||
интернальные алкены | изо-альдегиды С9 | нонаналь | амины | енамин | |||
1:1 | 4.0 (1:1) | 92 | 12 | 22 | 0 | 42 | 16 |
6.0 (1:2) | 92 | 11 | 19 | 6 | 56 | 0 | |
1:2 | 4.0 (1:1) | 96 | 11 | 25 | 2 | 40 | 18 |
6.0 (1:2) | 94 | 9 | 30 | 3 | 52 | 0 |
Примечание. Условия реакции: октен-1 7.6 ммоль, субстрат:родий 2000, субстрат:амин 1:1, диметилформамид 1.5 мл, T = 120°С, время реакции 5 ч.
При добавлении в реакционную среду сорастворителя — толуола наблюдается увеличение выхода аминов (табл. 3).
Таблица 3. Гидроаминометилирование октена-1 в среде диметиламин–диметилформамид–толуол на катализаторах, полученных на основе материала BP-1 — силикагеля с привитым полиаллиламином, модифицированных дифенилфосфиновыми фрагментами (BP-1-PPh2-Rh) и 4-дифенилфосфиновой кислотой (BP-1-DPBA-Rh)
Катализатор | Конверсия октена-1, % | Выход, % | н/ изо | |||
интернальные октены | изо-альдегиды С9 | амины | енамин | |||
BP-1-PPh2-Rh | 99 | 7 | 0 | 84 | 8 | 1.2 |
BP-1-DPBA-Rh | 96 | 4 | 8 | 76 | 8 | 1.5 |
Примечание. Условия реакции: октен-1 7.6 ммоль, субстрат:родий 2000, субстрат:амин 1:1, диметилформамид 0.5 мл, толуол 1 мл, p СО = 2.0 МПа, р Н2 = 2.0 МПа, T = 120°С, время реакции 5 ч.
Изучение зависимости состава реакционной смеси от времени при гидроаминометилировании октена-1 на катализаторе BP-1-PPh2-Rh показало, что уже через 1.5 ч после начала реакции исходного алкена в смеси практически не остается, выход нормального амина достигает своего максимального значения, и дальнейшее накопление аминов происходит за счет аминометилирования изо-нониловых альдегидов (рис. 4). В ходе данных экспериментов в смеси не зафиксировано наличия нонаналя, который, по-видимому, быстро, не накапливаясь, вступает в реакцию аминометилирования, в то время как с изо -альдегидами этот процесс происходит значительно медленнее. Вероятно, это связано со стерическими затруднениями в случае разветвленных альдегидов. При увеличении продолжительности реакции до 10 ч выход аминов становится практически количественным.
Рис. 4. Зависимость накопления продуктов реакции гидроаминометилирования октена-1 на катализаторе BP-1-PPh2-Rh, полученном на основе материала BP-1 — силикагеля с привитым полиаллиламином, модифицированном дифенилфосфиновыми фрагментами, от времени. Условия реакции: октен-1 7.6 ммоль, субстрат:родий 2000, субстрат:амин 1:1, диметилформамид 0.5 мл, толуол 1 мл, p СО = 2.0 МПа, р Н2 = 2.0 МПа, T = 120°С
Одной из важнейших характеристик гетерогенного катализатора является его устойчивость в условиях реакции и возможность многократного использования без дополнительной регенерации. Для оценки стабильности катализаторы BP-1-PPh2-Rh и BP-1-DPBA-Rh были испытаны в четырех последовательных процессах гидроаминометилирования (табл. 4). Оба катализатора оказались активны при многократном использовании, однако выходы целевых аминов постепенно снижались. Вероятно, это связано с вымыванием родия в органическую фазу — согласно данным элементного анализа, растворы, полученные после четвертого цикла, содержали 0.1 и 0.15% Rh по массе для BP-1-PPh2-Rh и BP-1-DPBA-Rh соответственно.
Таблица 4. Гидроаминометилирование октена-1 в среде диметиламин–диметилформамид–толуол на катализаторах, полученных на основе материала BP-1 — силикагеля с привитым полиаллиламином, модифицированных дифенилфосфиновыми фрагментами (BP-1-PPh2-Rh) и 4-дифенилфосфиновой кислотой (BP-1-DPBA-Rh)
Рецикл | Катализатор | Конверсия октена-1, % | Выход, % | н/изо | |||
интернальные октены | изо-альдегиды С9 | амины | енамин | ||||
1 | BP-1-PPh2-Rh | 99 | 7 | 0 | 84 | 8 | 1.2 |
2 | 98 | 15 | 14 | 64 | 5 | 1.8 | |
3 | 99 | 37 | 17 | 43 | 2 | 2.0 | |
4 | 96 | 42 | 15 | 37 | 2 | 2.1 | |
1 | BP-1-DPBA-Rh | 96 | 4 | 8 | 76 | 8 | 1.5 |
2 | 97 | 5 | 12 | 74 | 6 | 1.9 | |
3 | 97 | 2 | 18 | 71 | 6 | 2.2 | |
4 | 92 | 15 | 14 | 54 | 9 | 2.6 |
Примечани е. Условия реакции: октен-1 7.6 ммоль, субстрат:родий 2000, субстрат:амин 1:1, диметилформамид 0.5 мл, толуол 1 мл, p СО = 2.0 МПа, р Н2 = 2.0 МПа, T = 120°С, время реакции 5 ч.
Также была изучена активность обоих гетерогенных катализаторов в тандемном гидроаминометилировании ряда терминальных алкенов С6 –С10 (табл. 5). Оба катализатора были активны в гидроаминометилировании всех испытанных субстратов с выходами целевых аминов 72–89%.
Таблица 5. Гидроаминометилирование различных субстратов в среде диметиламин–диметилформамид–толуол на катализаторах, полученных на основе материала BP-1 — силикагеля с привитым полиаллиламином, модифицированного дифенилфосфиновыми фрагментами (BP-1-PPh2-Rh) и 4-дифенилфосфиновой кислотой (BP-1-DPBA-Rh)
Субстрат | Катализатор | Конверсия октена-1, % | Выход, % | н/изо | ||
интернальные октены | амины | енамины | ||||
Гексен-1 | BP-1-PPh2-Rh | 98 | 15 | 83 | 0 | 1.7 |
BP-1-DPBA-Rh | 97 | 25 | 72 | 0 | 1.8 | |
Октен-1 | BP-1-PPh2-Rh | 99 | 7 | 84 | 8 | 1.2 |
BP-1-DPBA-Rh | 96 | 4 | 76 | 8 | 1.5 | |
Децен-1 | BP-1-PPh2-Rh | 96 | 6 | 86 | 4 | 1.4 |
BP-1-DPBA-Rh | 99 | 4 | 89 | 6 | 1.9 |
Примечание. Условия реакции: алкен 7.6 ммоль, субстрат:родий 2000, субстрат:амин 1:1, диметилформамид 0.5 мл, толуол 1 мл, p СО = 2.0 МПа, р Н2 = 2.0 МПа, T = 120°С, время реакции 5 ч.
Выводы
На примере использования материала BP-1 — мезопористого неупорядоченного силикагеля, поверхность которого модифицирована полиаллиламином, представителя класса коммерчески доступных силикагелей с привитыми полиаминовыми фрагментами — продемонстрирована возможность получения гетерогенных родийсодержащих катализаторов гидроаминометилирования. Катализаторы BP-1-PPh2-Rh и BP-1-DPBA-Rh, полученные на основе материала BP-1, модифицированного дифенилфосфиновыми фрагментами и 4-дифенилфосфиновой кислотой соответственно, обладают достаточно высокой активностью в целевой реакции. Данные катализаторы могут быть легко отделены от продуктов реакции и использованы повторно без дополнительной регенерации. Тем не менее активность катализаторов постепенно снижается за счет вымывания металла, в связи с чем дальнейшие исследования, направленные на разработку катализаторов такого типа, должны быть сконцентрированы на создании более стабильного лигандного окружения родия на поверхности гибридной подложки.
Финансирование работы
Исследование выполнено в рамках государственного задания № 121031300092-6 «Нефтехимия и катализ. Рациональное использование углеродсодержащего сырья».
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.
Информация о вкладе авторов
Д. Н. Горбунов — выполнение синтеза катализаторов, интерпретация данных каталитических экспериментов; М. В. Ненашева — интерпретация данных физико-химического анализа катализаторов; М. В. Теренина — выполнение синтеза катализаторов и проведение каталитических экспериментов по гидроформилированию; Н. А. Синикова — проведение модификации носителей; Ю. С. Кардашева — выполнение синтеза катализаторов, интерпретация данных каталитических экспериментов.
1 Гордон А., Форд Р. Спутник химика / Пер. с англ. под ред. Е. Л. Розенберга и С. И. Коппель. М.: Мир, 1976. С. 438–443 [Gordon A., Ford R. The chemistʹs companion. New York; London; Sydney; Toronto: A Willey-Intersci. Publ., Willey and Sons, 1972].
About the authors
Дмитрий Николаевич Горбунов
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
Author for correspondence.
Email: gorbunovdn@petrol.chem.msu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1603-8957
к.х.н.
Russian Federation, МоскваМария Владимировна Ненашева
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
Email: gorbunovdn@petrol.chem.msu.ru
ORCID iD: 0000-0002-0770-8277
к.х.н.
Russian Federation, МоскваМария Владимировна Теренина
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
Email: gorbunovdn@petrol.chem.msu.ru
ORCID iD: 0000-0002-4336-9786
к.х.н.
Russian Federation, МоскваНаталья Александровна Синикова
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
Email: gorbunovdn@petrol.chem.msu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7196-0082
к.х.н.
Russian Federation, МоскваЮлия Сергеевна Кардашева
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
Email: gorbunovdn@petrol.chem.msu.ru
ORCID iD: 0000-0002-6580-1082
к.х.н.
Russian Federation, МоскваReferences
- Petricci E., Cini E. Domino reactions triggered by hydroformylation. / Hydroformylation for organic synthesis / Eds M. Taddei, A. Mann. Berlin; Heidelberg: Springer, 2013. P. 117–149. https://doi.org/10.1007/128_2013_463
- Franke R., Selent D., Börner A. Applied hydroformylation // Chem. Rev. 2012. V. 112. N 11. P. 5675–5732. https://doi.org/10.1021/cr3001803
- An J., Gao Z., Wang Y., Zhang Z., Zhang J., Li L., Tang B., Wang F. Heterogeneous Ru/TiO 2 for hydroaminomethylation of olefins: Multicomponent synthesis of amines // Green Chem. 2021. V. 23. N 7. P. 2722–2728. https://doi.org/10.1039/D1GC00113B
- Zhao K., Wang H., Wang X., Cui X., Shi F. A biphosphine copolymer encapsulated single-site Rh catalyst for heterogeneous regioselective hydroaminomethylation of alkenes // Chem. Commun. 2022. V. 58. N 58. P. 8093–8096. https://doi.org/10.1039/D2CC02469A
- Nairoukh Z., Blum J. Regioselective hydroaminomethylation of vinylarenes by a sol-gel immobilized rhodium catalyst // J. Org. Chem. 2014. V. 79. N 6. P. 2397–2403. https://doi.org/10.1021/jo402632s
- Gorbunov D., Nenasheva M., Naranov E., Maximov A., Rosenberg E., Karakhanov E. Tandem hydroformylation/hydrogenation over novel immobilized Rh-containing catalysts based on tertiary amine-functionalized hybrid inorganic-organic materials // Appl. Catal. A: General. 2021. V. 623. P. 118266. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2021.118266
- Allen J., Rosenberg E., Karakhanov E., Kardashev S. V., Maximov A., Zolotukhina A. Catalytic properties of transition metal salts immobilized on nanoporous silica polyamine composites II: Hydrogenation // Appl. Organomet. Chem. 2011. V. 25. N 4. P. 245–254. h ttps://doi.org/10.1002/aoc.1749
- Rosenberg E. Silica polyamine composites: Advanced materials for metal ion recovery and remediation / Macromolecules containing metal and metal-like elements / Eds A. S. Abd-El-Aziz, C. E. Carraher, C. U. Pittman, M. Zeldin. Hoboken, New Jersey: Wiley, 2005. P. 51–78. h ttps://doi.org/10.1002/0471712566.ch4
- Allen J. J., Rosenberg E., Johnston E., Hart C. Sol-gel synthesis and characterization of silica polyamine
- composites: Applications to metal ion capture // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2012. V. 4. N 3. P. 1573–1584. https://doi.org/10.1021/am201761m
- Варшавский Ю. С., Черкасова T. Г. Простой способ получения ацетилацетонатодикарбонила родия // ЖНХ. 1967. Т. 1. С. 1709–1711.
- Gorbunov D., Safronova D., Kardasheva Y., Maximov A., Rosenberg E., Karakhanov E. New heterogeneous Rh-containing catalysts immobilized on a hybrid organic-inorganic surface for hydroformylation of unsaturated compounds // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018. V. 10. N 31. P. 26566–26575. https://doi.org/10.1021/acsami.8b02797
- Carvalho M., Wieserman L. F., Hercules D. M. Spectroscopic characterization of wilkinsonʹs catalyst using X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA) // Appl. Spectrosc. 1982. V. 36. N 3. P. 290–296. https://doi.org/10.1366/0003702824638476
- Standfest-Hauser C. M., Lummerstorfer T., Schmid R., Hoffmann H., Kirchner K., Puchberger M., Trzeciak A. M., Mieczyńska E., Tylus W., Ziółkowski J. J. Rhodium phosphine complexes immobilized on silica as active catalysts for 1-hexene hydroformylation and arene hydrogenation // J. Mol. Catal. A: Chemical. 2004. V. 210. N 1–2. P. 179–187. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2003.09.012
- Gassman P. G., Macomber D. W., Willging S. M. Isolation and characterization of reactive intermediates and active catalysts in homogeneous catalysis // J. Am. Chem. Soc. 1985. V. 107. N 8. P. 2380–2388. https://doi.org/10.1021/ja00294a031
Supplementary files
