化学学报 ›› 2025, Vol. 83 ›› Issue (7): 674-684.DOI: 10.6023/A25030096 上一篇 下一篇
研究论文
投稿日期:2025-03-27
发布日期:2025-07-28
基金资助:
Xin Wang, Yiwei Shi, Ruijie Yang, Zhiguo Song, Min Wang*(
)
Received:2025-03-27
Published:2025-07-28
Contact:
*E-mail: wangmin@qymail.bhu.edu.cn
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以对硝基甲苯邻磺酸根(C7H6NO5S-, HL-)和4,4'-联吡啶(bpy)为主辅配体, 利用溶剂热合成法制备了结构新颖的单核镉配合物Cd(C10H8N2)4(C7H6NO5S)2[简写为Cd(bpy)4(HL)2], 并采用X射线单晶衍射、扫描电镜、能量色散光谱、氮气吸附/脱附分析和热重分析对其进行了表征. 以Biginelli反应为模版, 探究了Cd(bpy)4(HL)2的催化性能, 实验结果表明, Cd(bpy)4(HL)2在催化Biginelli反应中性能良好, 在无溶剂、90 ℃条件下, 芳香醛、芳香酮和脲通过三组分“一锅法”生成了一系列4,6-二芳基-3,4-二氢嘧啶-2(1H)-酮, 反应时间短, 产物产率高, 催化剂通过简单的相分离便可实现回收及重复使用, 即使连续催化6次, 催化剂仍保持较高的催化活性. 利用密度泛函理论(DFT)对Cd(bpy)4(HL)2和反应物进行了结构优化, 通过分析Cd(bpy)4(HL)2的Mulliken电荷、分子表面静电势(ESP)和平均局部离子化能(ALIE)预测了配合物的活性位点; 通过分析苯甲醛、苯乙酮和脲的ESP预测了反应物的反应位点; 并利用X射线光电子能谱对活化作用进行了验证, 从而推测出可能的催化机理. Cd(bpy)4(HL)2具有的结构特点使其在催化反应中易于与反应底物接触, 所具有双活性位点使其在催化反应中呈现共催化作用, 从而促进反应的进行.
王鑫, 史燚威, 杨瑞杰, 宋志国, 王敏. 含苯磺酸类配体的单核Cd(II)配合物催化无溶剂“一锅法”Biginelli反应[J]. 化学学报, 2025, 83(7): 674-684.
Xin Wang, Yiwei Shi, Ruijie Yang, Zhiguo Song, Min Wang. Solvent-Free “One-Pot” Biginelli Reaction Catalyzed by Mononuclear Cd(II) Complex Containing Benzenesulfonic Acid Ligands[J]. Acta Chimica Sinica, 2025, 83(7): 674-684.
| Parameter | Value | |
|---|---|---|
| Formula | C34CdN6O10S2 | |
| Formula weight | 828.92 | |
| Crystal system | Monoclinic | |
| Space group | P21/n | |
| a/nm | 0.89086(3) | |
| b/nm | 1.61511(5) | |
| c/nm | 1.27040(4) | |
| α/(°) | 90 | |
| β/° | 103.7390(10) | |
| γ/° | 90 | |
| V/nm3 | 1.77560(10) | |
| Z | 2 | |
| Dc/(mg•m-3) | 1.550 | |
| Goodness-of-fit F2 | 1.113 | |
| R1, ωR2 | 0.0338, 0.0986 | |
| R1, ωR2 (all data) | 0.0366, 0.1019 |
| Parameter | Value | |
|---|---|---|
| Formula | C34CdN6O10S2 | |
| Formula weight | 828.92 | |
| Crystal system | Monoclinic | |
| Space group | P21/n | |
| a/nm | 0.89086(3) | |
| b/nm | 1.61511(5) | |
| c/nm | 1.27040(4) | |
| α/(°) | 90 | |
| β/° | 103.7390(10) | |
| γ/° | 90 | |
| V/nm3 | 1.77560(10) | |
| Z | 2 | |
| Dc/(mg•m-3) | 1.550 | |
| Goodness-of-fit F2 | 1.113 | |
| R1, ωR2 | 0.0338, 0.0986 | |
| R1, ωR2 (all data) | 0.0366, 0.1019 |
| Bond length/nm | Bond angle/(°) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| X-ray | B3LYP | X-ray | B3LYP | ||
| Cd(1)—O(1)#1 | 0.2300(2) | 0.2363 | O(1)#1—Cd(1)—O(1) | 180.0 | 179.35 |
| Cd(1)—O(1) | 0.2300(2) | 0.2363 | N(1)#1—Cd(1)—N(1) | 180.0 | 179.69 |
| Cd(1)—N(1) | 0.2315(2) | 0.2378 | N(2)#1—Cd(1)—N(2) | 180.0 | 179.44 |
| Cd(1)—N(1)#1 | 0.2315(2) | 0.2378 | O(1)#1—Cd(1)—N(2)#1 | 85.24(9) | 86.93 |
| Cd(1)—N(2) | 0.2411(2) | 0.2457 | O(1)#1—Cd(1)—N(1) | 90.32(9) | 92.80 |
| Cd(1)—N(2)#1 | 0.2411(2) | 0.2457 | N(1)—Cd(1)—N(2)#1 | 88.20(9) | 89.16 |
| Bond length/nm | Bond angle/(°) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| X-ray | B3LYP | X-ray | B3LYP | ||
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| Cd(1)—N(2)#1 | 0.2411(2) | 0.2457 | N(1)—Cd(1)—N(2)#1 | 88.20(9) | 89.16 |
| Entry | nbenzaldehyde∶ nacetophenone∶nurea | Temp./ ℃ | Catal. amount/ mmol | Time/min | Yield/% |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1.0∶1.0∶1.0 | 90 | 0.3 | 46 | 74.6 |
| 2 | 1.0∶1.0∶1.1 | 90 | 0.3 | 16 | 88.2 |
| 3 | 1.0∶1.0∶1.2 | 90 | 0.3 | 29 | 84.2 |
| 4 | 1.0∶1.0∶1.3 | 90 | 0.3 | 37 | 82.8 |
| 5 | 1.0∶1.0∶1.1 | 50 | 0.3 | 41 | 67.6 |
| 6 | 1.0∶1.0∶1.1 | 70 | 0.3 | 28 | 80.7 |
| 7 | 1.0∶1.0∶1.1 | 110 | 0.3 | 20 | 84.4 |
| 8 | 1.0∶1.0∶1.1 | 90 | 0.1 | 18 | 83.3 |
| 9 | 1.0∶1.0∶1.1 | 90 | 0.2 | 18 | 84.3 |
| 10 | 1.0∶1.0∶1.1 | 90 | 0.4 | 16 | 86.2 |
| 11 | 1.0∶1.0∶1.1 | 90 | 0.5 | 16 | 86.1 |
| Entry | nbenzaldehyde∶ nacetophenone∶nurea | Temp./ ℃ | Catal. amount/ mmol | Time/min | Yield/% |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1.0∶1.0∶1.0 | 90 | 0.3 | 46 | 74.6 |
| 2 | 1.0∶1.0∶1.1 | 90 | 0.3 | 16 | 88.2 |
| 3 | 1.0∶1.0∶1.2 | 90 | 0.3 | 29 | 84.2 |
| 4 | 1.0∶1.0∶1.3 | 90 | 0.3 | 37 | 82.8 |
| 5 | 1.0∶1.0∶1.1 | 50 | 0.3 | 41 | 67.6 |
| 6 | 1.0∶1.0∶1.1 | 70 | 0.3 | 28 | 80.7 |
| 7 | 1.0∶1.0∶1.1 | 110 | 0.3 | 20 | 84.4 |
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| 10 | 1.0∶1.0∶1.1 | 90 | 0.4 | 16 | 86.2 |
| 11 | 1.0∶1.0∶1.1 | 90 | 0.5 | 16 | 86.1 |
| Entry | Catalyst (ncatalyst∶nbenzaldehyde) | Raw material ratioa | Condition | Time/min | Yield/% | Ref. | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | NiFe2O4@SiO2nPr@glucose amine (10%) | 1.0∶1.0∶1.0 | 25 ℃ (H2O) | 120 | 90.0 | [ | |
| 2 | Ƴ-Fe2O3-SO3H (5%) | 1.0∶1.0∶1.5 | 80 ℃ (solvent free) | 100 | 90.0 | [ | |
| 3 | [TSPi][CF3SO3]2 (2.5%) | 1.0∶1.0∶1.2 | r.t. (CH2Cl2, grind) | 16 | 89.0 | [ | |
| 4 | PPh3 (20%)/I2 (15%) | 1.2∶1.0∶1.5 | 80 ℃ (1,4-dioxane) | 120 | 82.0 | [ | |
| 5 | LDA (20%) | 1.2∶1.5∶1.5 | 0 ℃ (THF) | 60 | 81.0 | [ | |
| 6 | Cd(bpy)4(HL)2 (3%) | 1.0∶1.0∶1.1 | 90 ℃ (solvent free) | 16 | 88.2 | This work |
| Entry | Catalyst (ncatalyst∶nbenzaldehyde) | Raw material ratioa | Condition | Time/min | Yield/% | Ref. | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | NiFe2O4@SiO2nPr@glucose amine (10%) | 1.0∶1.0∶1.0 | 25 ℃ (H2O) | 120 | 90.0 | [ | |
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| 3 | [TSPi][CF3SO3]2 (2.5%) | 1.0∶1.0∶1.2 | r.t. (CH2Cl2, grind) | 16 | 89.0 | [ | |
| 4 | PPh3 (20%)/I2 (15%) | 1.2∶1.0∶1.5 | 80 ℃ (1,4-dioxane) | 120 | 82.0 | [ | |
| 5 | LDA (20%) | 1.2∶1.5∶1.5 | 0 ℃ (THF) | 60 | 81.0 | [ | |
| 6 | Cd(bpy)4(HL)2 (3%) | 1.0∶1.0∶1.1 | 90 ℃ (solvent free) | 16 | 88.2 | This work |
| Atom | Charge/eV | Atom | Charge/eV | Atom | Charge/eV | Atom | Charge/eV |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cd(1) | 25.80 | C(11) | 0.74 | N(79) | -9.71 | H(106) | 4.14 |
| C(2) | 1.77 | C(12) | -3.27 | O(83) | -14.61 | H(107) | 5.28 |
| C(3) | 1.82 | C(13) | -3.27 | O(86) | -16.98 | C(118) | -13.63 |
| C(4) | -3.89 | C(14) | -0.19 | O(87) | -16.95 | H(119) | 5.20 |
| H(5) | 5.82 | H(15) | 3.92 | C(99) | -9.80 | H(121) | 3.95 |
| C(6) | -3.92 | C(16) | 0.19 | C(100) | -2.29 | H(120) | 5.77 |
| H(7) | 6.01 | H(17) | 4.19 | C(101) | 4.41 | N(109) | 1.42 |
| C(8) | 0.93 | H(18) | 4.11 | C(102) | 8.38 | O(112) | -7.84 |
| H(9) | -4.03 | H(19) | 4.19 | H(103) | 6.67 | O(113) | -7.76 |
| H(10) | 4.38 | N(78) | -14.59 | C(104) | -4.68 | C(105) | -2.34 |
| Atom | Charge/eV | Atom | Charge/eV | Atom | Charge/eV | Atom | Charge/eV |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cd(1) | 25.80 | C(11) | 0.74 | N(79) | -9.71 | H(106) | 4.14 |
| C(2) | 1.77 | C(12) | -3.27 | O(83) | -14.61 | H(107) | 5.28 |
| C(3) | 1.82 | C(13) | -3.27 | O(86) | -16.98 | C(118) | -13.63 |
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| H(5) | 5.82 | H(15) | 3.92 | C(99) | -9.80 | H(121) | 3.95 |
| C(6) | -3.92 | C(16) | 0.19 | C(100) | -2.29 | H(120) | 5.77 |
| H(7) | 6.01 | H(17) | 4.19 | C(101) | 4.41 | N(109) | 1.42 |
| C(8) | 0.93 | H(18) | 4.11 | C(102) | 8.38 | O(112) | -7.84 |
| H(9) | -4.03 | H(19) | 4.19 | H(103) | 6.67 | O(113) | -7.76 |
| H(10) | 4.38 | N(78) | -14.59 | C(104) | -4.68 | C(105) | -2.34 |
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doi: 10.1016/j.molstruc.2018.12.104 |
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doi: 10.6023/cjoc202206002 |
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(王镜焱, 马海燕, 化学学报, 2024, 82, 1058.)
doi: 10.6023/A24080237 |
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