甲醇在丙酸甲酯溶剂中与 NHC 配合物的羰基化反应研究

甲醇在丙酸甲酯溶剂中与 NHC 配合物的羰基化反应研究

初步研究集中于甲醇与已知 NHC 复合物 (IPr)Ni(CO)3 在丙酸甲酯溶剂中的羰基化反应。为确保产品分析准确，我们策略性地选择了丙酸甲酯而非乙酸甲酯。MeOAc 水解生成乙酰基（乙酸），无需任何羰基化反应，但对于 MeI，乙酰基仅通过羰基化反应生成。将 MeOH:MeI 中 1:1 的 (IPr)Ni(CO)3 和 MeI 溶液用 CO 气体加压至 50 bar，并加热至 200°C 持续 15 小时，生成乙酸甲酯和乙酸，总周转数 (TON) 为 63。然而，反应过程中观察到大量溶剂损失，这是由于约 60% 的甲醇转化为不需要的副产物二甲醚造成的。作者认为 MeOH 活化掩盖了催化剂的真实催化活性，因此他们从反应混合物中去除了 MeOH，并将注意力转向直接甲酯羰基化反应。当不使用溶剂而单独使用丙酸甲酯作为底物时，观察到良好的羰基化活性。在 0.075 mmol (IPr)Ni(CO)3（催化剂负载量 0.036 mol%）、7.5 mmol MeI 和 50 bar CO 存在下，将 20 mL 丙酸甲酯在 200 °C 下加热 15 小时，生成约 13 mmol 乙酸、2 mmol 乙酸和 0.5 mmol 乙酸甲酯。所有乙酰基的总 TON 为 218。

该反应表现出强烈的温度和 MeI 浓度依赖性以及对 CO 和 IPr 配体的非线性依赖性。商业试剂也可以很好地用于此反应，为有机金属配合物的高级合成和分离提供了一种方便的替代方法。使用水合醋酸镍 (Ni(OAc)2•4H2O) 和两等量的游离 IPr 可使产品的总 TON 达到 685（产率为 25%）。将催化剂负载量减少到 0.025 mmol（仅 0.012 mol%，120 ppm）Ni(OAc)2•4H2O，同时保持 IPr 的量，总 TON 显著增加到 1509（产率为 ~18%）。此外，简单的咪唑盐 IPr•HCl 被证明是一种同样可行的前体（=755，产率为 27%）。咪唑盐是 NHC 的合成前体，更实用，因为它们需要更少的合成步骤并且空气稳定。然后，作者继续研究反应的可持续性。压力监测显示压力下降相对线性，直到低于约 30 bar，此时反应速度减慢。根据 1H NMR 分析，Ni(OAc)2•4H2O/2IPr•HCl 在 15 小时内的平均 TOF () 为约 50 小时。即使在 45 小时后，催化剂仍然活跃，反应时间延长后乙酰基的产量大约翻了一番，达到 40% (=1100)。