[发明专利]有机硼-金属冠醚杂核催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种有机硼‑金属冠醚杂核催化剂，所述催化剂具有含硼的路易斯酸中心和金属的路易斯酸中心，且具有式I所示的化合物结构：各X表示各Y表示本发明还公开了上述有机硼‑金属冠醚杂核催化剂的制备方法及在制备高分子材料及小分子上的应用。该催化剂具有制备简单，产率高，用量少，成本低等优势；应用时，具有易于称量、催化活性高、反应可控等优点。

技术领域

本发明涉及催化剂合成领域，具体涉及一种可用于制备高分子和有机小分子精细化学品的有机硼-金属冠醚杂核催化剂的开发和应用。

背景技术

多金属协同催化广泛存在于生物酶催化反应中，如酪氨酸酶、过氧化物歧化酶、尿素酶、磷酸水解酶等。受酶催化启发，化学工作者合成了大量的多金属中心催化剂，并成功应用于羟醛缩合[J.Am.Chem.Soc.2000,122, 12003–12004]、烯烃的聚合反应[J.Am.Chem.Soc.2014,136,10460–10469]、环氧烷烃的水解动力学拆分[J.Am.Chem.Soc.2007,129,1105–1112]、环氧烷烃与二氧化碳的共聚反应[J.Am.Chem.Soc.2010,132,14367–14369]、环氧烷烃与二氧化碳的环加成反应[Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,134–138]等化学反应中。得益于分子内多催化中心的协同作用，多核金属催化剂往往展现出优异于相应的单核金属催化剂的性能。其中，异核金属催化剂因不同金属中心所表现出的特殊的协同作用[Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,2492–2496；Nat. Chem.2020,12,372-380]，引起化学工作者广泛的研究兴趣。

由于有机硼烷具有空的p轨道，使其在催化反应中表现出Lewis酸性，有机硼烷，尤其是三烷基硼和三芳硼烷，被广泛用于高分子材料的合成中，其中，较为典型的代表有聚极性单体[Angew.Chem.Int.Ed.2018,57, 9430–9433]、聚碳酸酯[J.Am.Chem.Soc.2016,138,11117–11120；CN 107849233 A；US 2018/0118884 A1]、聚醚[Macromolecules 2018,51,8286–8297] 以及含硫高分子[CN 106866952 A；Macromolecules 2018,51,3126–3134]。为了进一步提高烷基硼类的催化活性，我们设计了集活化中心(烷基硼)和引发中心(季铵盐)于同一分子的双功能催化体系[PCT/CN2019/103919]，该催化体系在聚碳酸酯[J.Am.Chem.Soc.2020,142,12245-12255]、聚醚[Angew. Chem.,Int.Ed.2020,59,16910–16917]、环状碳酸酯[DOI: 10.1002/anie.202010651]等的制备上展现出了优于双组分体系的催化性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种有机硼-金属冠醚杂核催化剂，具有制备简单，产率高，用量少，成本低等优势；用作催化剂时，具有易于称量、催化活性高、反应可控等优点。

一种有机硼-金属冠醚杂核催化剂，所述催化剂具有含硼的路易斯酸中心和金属的路易斯酸中心，其具有式I所示的化合物结构：

其中，当h＝1时，m、n独立地选自1-50的整数；当h≥2时，各m、n 独立地选自0-50的整数，各n、m独立，各m可相同或不同，各n可相同或不同，各n不能同时为0，各m不能同时为0；