文章报道了一系列PCP配体支持的钛配合物在氮气活化中的研究。通过改变配体的取代基(环己基和叔丁基)和钛中心的配位环境(氯、甲基等),系统研究了其对氮气活化程度的影响。研究发现,叔丁基取代的配合物表现出更强的氮气活化能力,而甲基取代可进一步提升环己基体系的活化效果。此外,通过卤素抽象和超还原等策略,成功制备了多种氮气配合物,并探索了其在氮气硅烷化反应中的应用。该研究为设计高效氮气活化催化剂提供了新思路。
氮气的活化和转化是化学领域长期关注的重要课题。由于氮气分子具有极高的键能(941 kJ/mol)和低反应活性,其活化极具挑战性。虽然铁基催化剂在哈伯法合成氨中取得了商业成功,但开发基于地球丰富金属的新型催化剂仍具有重要意义。钛作为早期过渡金属,具有价格低廉、毒性低等优势,在氮气活化中展现出独特潜力。
以环己基取代的PCP配体为起始原料,通过与TiCl3(THF)3反应,成功合成了氯桥联的双核钛(III)配合物。该配合物在溶液中表现出显著的热致变色现象,室温下呈蓝色,低温下变为粉色。X射线衍射分析揭示了其独特的结构特征,其中两个PCP配体分别采取经向和面式配位模式,以最小化环己基的空间位阻。
在氮气氛围下还原钛(III)前驱体,成功制备了端基配位的双核氮气配合物。结构表征显示,氮气分子以近乎线性的方式桥联两个钛中心。拉曼光谱分析表明,叔丁基取代的配合物表现出更强的氮气活化能力(v(N2)=1313 cm-1),而环己基类似物的活化程度相对较弱(v(N2)=1557 cm-1)。
将氯配体替换为甲基后,环己基体系的氮气活化程度显著增强(v(N2)从1557 cm-1降至1302 cm-1),而叔丁基体系的活化程度变化不大。这种差异归因于甲基的σ给电子性质增加了钛中心的电子密度,促进了氮气的进一步还原。
通过卤素抽象反应成功制备了二价阳离子型氮气配合物,其氮气活化程度进一步增强(v(N2)=1271 cm-1)。此外,采用钾还原策略获得了推测的超还原产物,拉曼光谱显示其氮气键进一步弱化(v(N2)=1291 cm-1)。
研究了该系列配合物在氮气硅烷化反应中的应用。结果表明,氯代前驱体和双核氮气配合物均能实现化学计量的氨生成,其中以叔丁基体系活性最佳(24小时内生成2.28当量NH3)。甲基取代的配合物由于缺乏空配位位点而失去活性,这支持了反应需要通过进一步还原生成活性中间体的机制。
该研究系统探索了PCP配体支持的钛配合物在氮气活化中的性能。通过调控配体取代基和钛中心的配位环境,实现了对氮气活化程度的精确调控。特别是发现了叔丁基取代和甲基配体对增强氮气活化的协同效应。这些发现为开发高效、可持续的氮气转化催化剂提供了重要参考。