NHC-铁配合物催化苯乙酸甲酯与二乙基硅烷反应的机理研究

发布时间：2017-11-20 18:42

  本文关键词：NHC-铁配合物催化苯乙酸甲酯与二乙基硅烷反应的机理研究

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【摘要】：在有机合成化学中,含羰基化合物的硅氢化是一类非常有价值的反应。此类硅氢加成反应具有操作简单、条件温和、副反应少等优点,而且可以制得许多用其它方法难以得到的含官能团的有机硅单体或聚合物,进而合成具有耐高低温、耐臭氧、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等特种化工新材料。近几十年来,研究者开发了适用于含羰基化合物硅氢化反应的各种过渡金属催化剂,尤其是利用具有优良性能的配体与过渡金属合成高活性、高选择性、空气中稳定的廉价催化剂体系取得了很大的进展。特别是绿色环保、价格低廉的铁配合物催化体系备受人们的青睐。同时,随着理论计算的快速发展和实验手段的进步,有关过渡金属配合物的催化作用机制也取得一定的突破。本论文采用B3LYP密度泛函理论方法对(NHC)Fe(CO)_4催化苯乙酸甲酯和二乙基硅烷的硅氢化反应机理进行了详细研究,讨论了反应过程中涉及的中间体和过渡态,比较分析了各种可能反应路径的动力学和热力学数据,提出了最有利的反应通道,为该类化学反应在实验上的研究提供了较为合理的理论依据和指导。主要研究内容和结论如下:(1)综述了近年来第Ⅷ族过渡金属配合物催化羰基化合物硅氢化反应机理的最新研究进展,着重讨论了Rh、Ru、Fe、Ir反应机理类型和影响条件,并描述了部分主要反应中间体和过渡态以及相关的能量参数。(2)我们对过渡金属催化剂(NHC)Fe(CO)_4(A)解离CO之后形成缺电子配合物(NHC)Fe(CO)_3和(NHC)Fe(CO)_2的各种异构体和催化活性进行了研究,对(NHC)Fe(CO)_3和(NHC)Fe(CO)_2与底物二乙基硅烷或苯乙酸甲酯的配位反应进行了详细地理论模拟计算,我们得出催化活性物种与硅烷的氧化加成产物在热力学上占优势。(3)由(NHC)Fe(CO)_2引发的两条反应路径:在路径I中,(NHC)Fe(CO)_2首先与Et_2SiH_2发生氧化加成得到(NHC)Fe(CO)_2(H)(SiHEt_2);接着苯乙酸甲酯与(NHC)Fe(CO)_2(H)(SiHEt_2)的Si原子发生配位,之后,经历C=O双键插入Fe-Si键的五元环过渡态形成Fe-C键和O-Si键,这一步为反应路径I的决速步,需要克服20.90kcal/mol的反应能垒;最后经历C-H还原消除生成产物,催化剂的再生。路径II是苯乙酸甲酯配位到(NHC)Fe(CO)_2的中心Fe原子上,随后硅烷Et_2SiH_2氧化加成到Fe原子上,接着是底物苯乙酸甲酯的C=O从侧面进攻Fe-Si键并使其断裂,所经历的过渡态为四元环结构,伴随Fe-C键和Si-O键的形成,该步骤为反应的速控步,需要克服44.22kcal/mol的反应能垒,最后是C-H还原消除后生成硅醚产物和催化剂再生。通过比较,路径II要比路径I需要克服的反应能垒高23.32 kcal/mol。(4)由(NHC)Fe(CO)_3引发的反应路径:首先(NHC)Fe(CO)_3与硅烷Et_2SiH_2发生氧化加成生成(NHC)Fe(CO)_3(H)(SiHEt_2);在该化合物的基础上再解离一分子CO生成了与路径I中结构相似的氧化加成产物(NHC)Fe(CO)_2(H)(Si HEt_2),因此,该反应会沿着路径I的方式进行。我们验证并校正了Darcel团队所提出的可能机理,即首先硅烷与(NHC)Fe(CO)_3的氧化加成,之后解离一分子羰基形成(NHC)Fe(CO)_2(H)(SiHEt_2),接着酯的C=O与Si中心发生静电作用,随后经历一个特殊的五元环过渡态使Si-O键和Fe-C键形成,最后C-H还原消除生成产物和催化剂再生。
【学位授予单位】：山西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O621.251

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本文编号：1208112