[发明专利]含有金属的有机二氧化硅催化剂；其制备工艺和用途

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请要求美国临时申请61/086,022的优先权，该临时申请在此以引用方式并入。 

技术领域

本发明大体上涉及含有金属的有机二氧化硅催化剂、其制备工艺以及其在金属催化反应中的用途。

背景技术

含有金属的催化反应是重要的研究工具和工业工具。与参与化学反应的其他反应物不同，金属催化剂通常不被消耗。因此，催化剂具有参与多次催化循环的能力。

与化学计量化学相比，含有金属的催化在“绿色化学”中是优选的，并且还可以实现以其他方式难以进行或不可能进行的反应。例如，被钯催化的交叉耦联反应是用于构建碳-碳键、碳-氮键、碳-氧键和碳-硅键的最有效的方法之一。钯和其他过渡金属通常用于催化氧化还原过程。例如，铂、钯和铑用于加氢反应中。

含有金属的催化反应，特别是均相反应，例如钯交叉耦联反应，可能具有某些缺点，例如影响成本的有限的可重用性以及产物的金属污染。除去反应产物中的残留金属可能代表挑战性的任务。

发明内容

在一个方面，提供了含有金属的有机二氧化硅催化剂。

在一个方面，提供了可通过如本文所描述的工艺获得的含有金属的有机二氧化硅催化剂。

在另外的方面，还提供了用于制备含有金属的有机二氧化硅催化剂的工艺，其包括i)混合硅源与水解性溶剂(hydrolytic solvent)；ii)加入一种或多种金属催化剂或其前驱体；iii)使用缩合催化剂处理步骤ii)的混合物，并且iv)任选地使用一种或多种还原剂或氧化剂处理从步骤iii)得到的混合物，从而向金属催化剂提供所需要的氧化水平。

在一个方面，本发明涉及如本文所定义的含有金属的有机二氧化硅催化剂在进行金属催化反应中的用途。

在一个方面，本发明涉及包含如本文所描述的含有金属的有机二氧化硅催化剂的多相催化剂。

在一个方面，提供了用于进行催化反应的方法，包括提供如本文所描述的含有金属的有机二氧化硅催化剂，提供能够进入所述催化反应中的至少一种反应物，允许所述至少一种反应物扩散并吸附至所述含有金属的有机二氧化硅催化剂的金属上，并且允许从所述催化反应得到的产物从金属解吸并且扩散离开固体表面，以在所述含有金属的有机二氧化硅催化剂的金属上再生催化部位。

具体实施方式

如本文所使用的，表述“硅源”是指式R_4-xSi(L)_x的化合物，其中R是烷基、芳基或诸如苄基的烷基-芳基，L独立地是Cl、Br、I或OR′，其中R′是烷基或苄基，并且x是1至4的整数或可选择地x是1至3的整数。选择“硅源”以便能够形成Si-O-Si键的网络。“硅源”被理解为包括所述式R_4-xSi(L)_x的化合物中的一种或多种。

在一个实施方案中，硅源是硅醇化物(silicon alkoxide)，例如单烷基三烷氧基硅烷或二烷基二烷氧基硅烷。在另外的实施方案中，硅醇化物是单烷基三烷氧基硅烷和二烷基二烷氧基硅烷的混合物。在另外的实施方案 中，单烷基三烷氧基硅烷和二烷基二烷氧基硅烷的混合物还包含三烷基烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷。

在一个实施方案中，硅源是为四烷氧基硅烷的硅醇化物。在一个实施方案中，硅源是包含单烷基三烷氧基硅烷、二烷基二烷氧基硅烷、三烷基烷氧基硅烷和四烷氧基硅烷中的两种或更多种的硅醇化物的混合物。

在另外的实施方案中，硅醇化物的烷基和烷氧基残基独立地是线性的或支链的并且包含1至10个碳原子、可选择地1至6个碳原子、可选择地1至3个碳原子和可选择地1个碳原子。

在一个实施方案中，硅醇化物是甲基三乙氧基硅烷(MTES)。

在一个实施方案中，硅醇化物是原硅酸四甲氧酯(TMOS)。

在一个实施方案中，硅源是甲基三乙氧基硅烷和原硅酸四甲氧酯的混合物。

在一个实施方案中，硅源是式RSiL₃的卤化硅，例如MeSiI₃、MeSiCl₃、MeSiBr₃、EtSiBr₃、EtSiCl₃、EtSiI₃。