对两个路易斯碱催化反应的机理研究

发布时间：2017-08-18 10:22

  本文关键词：对两个路易斯碱催化反应的机理研究

  更多相关文章： DFT 反应机理 [4+2]环加成反应 氮杂环卡宾 质子转移 三苯基膦

【摘要】：有催化剂参与的化学反应称为催化反应,需要一定的活化能来实现化学反应中旧键的的断裂、新键的形成,在化学反应体系中,加入催化剂的作用就是降低这个活化能的值,从而对反应速率和产物的选择性进行提高。我们对有机合成反应的机理探索是必要的,这有助于理解反应是如何发生的,对今后设计合理的合成路线,选择合适的催化剂都有着指导意义。在此篇论文中,主要对“氮杂环卡宾催化烯酮与氮杂二烯的环加成”以及“三苯基膦催化质子转移异构化”这两个有机反应机理进行了探究,主要是运用量子力学计算方法中的密度泛函理论,研究成果新颖且能合理解释实验现象的反应路径、将成为类似反应机理研究提供依据结论。有关上述两个有机反应机理研究的简要介绍如下:1.氮杂环卡宾催化烯酮与氮杂二烯的[4+2]环加成反应我们所谓的环加成反应多伴有系统总键级数减少的特征,它指的是两个或多个不饱和化合物,以及同一化合物的不同部分相互加成生成环状化合物的反应。而在这其中,[4+2]环加成反应用于合成六元环只需要较少的能垒便可以发生,我们在研究“氮杂环卡宾催化烯酮与氮杂二烯的[4+2]环加成反应”的反应机理时,采用了M06-2X/6-31G(d)和M06-2X/6-311+G(d,p)的计算水平,按照催化剂氮杂环卡宾先结合哪一个反应物的思路来设计了两条可能的反应路径。并对此两条反应途径的能量进行计算和对比分析,发现通道B是可以合理解释实验现象的反应路径,它包括3个反应过程:催化剂氮杂环卡宾结合反应物R2,生成以Z型为主的M1B;M1B与R1进行环加成生成六元环;催化剂NHC脱附即催化产物的生成。计算的结果表明决速步,且决定产物立体选择性的步骤是反应的第二步,该步通过生成四个立体构型(SS/RR/RS/SR)中间体M2B来生成不同立体构型的产物。我们的计算结果表明,SS构型的产物为主要产物,而且第四步中SS构型的能垒只有6.5 kcal/mol,说明该产物在室温条件下可以顺利生成。此机理探究对今后类似反应的设计有着重要的借鉴意义与指导价值。2.三苯基膦催化质子转移异构化质子转移异构化反应是有机反应中的一种重要的反应,其实质是通过质子在分子内的转移来得到异构化的产物。我们用M06-2X在6-31G(d,p)水平下研究了“三苯基膦催化质子转移异构化”的反应机理。我们提出了经过两条路径,区别在于首先发生转移的氢所在的位置不同,以及氢转移发生时通过不同的环进行乔迁。在通道A中,质子通过三元环、六元环进行乔迁,在通道B中,则是通过五元环进行乔迁,我们通过对反应所需活化能的计算,全局反应指标的分析而得到了设计氢转移路径的一些理论依据。
【关键词】：DFT 反应机理 [4+2]环加成反应 氮杂环卡宾 质子转移 三苯基膦
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O621.251
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 综述10-31
• 1.1 路易斯碱10-15
• 1.1.1 氮杂环卡宾10-11
• 1.1.2 三苯基膦及衍生物11-12
• 1.1.3 金鸡纳碱催化剂12-13
• 1.1.4 吡啶类催化剂13-14
• 1.1.5 质子酸碱催化剂14-15
• 1.2 氮杂环卡宾催化环加成得吡啶类产物15-23
• 1.2.1 氮杂环卡宾化合物的结构与分类15
• 1.2.2 氮杂环卡宾化合物的研究现状15-21
• 1.2.3 课题一的主要研究内容21-23
• 1.3 三苯基膦催化连烯的氢转移反应23-31
• 1.3.1 膦类催化剂23-27
• 1.3.2 质子转移反应27-30
• 1.3.3 课题2的主要研究内容30-31
• 第二章 计算方法简介31-40
• 2.1 密度泛函理论（DFT）31-34
• 2.2 极化连续介质模型（PCM）34-36
• 2.3 化学反应过渡态36-37
• 2.4 分析有机小分子反应性质常见的方法37-40
• 2.4.1 全局反应指标分析37
• 2.4.2 电荷布局分析37-40
• 第三章 氮杂环卡宾催化烯酮与氮杂二烯的环加成40-56
• 3.1 引言40-41
• 3.2 实验环境41
• 3.3 计算细节41-42
• 3.4 结果与讨论42-56
• 3.4.1 第一种可能的反应路径：通道A46-48
• 3.4.2 第二种可能的反应路径：通道B48-56
• 第四章 三苯基膦催化质子转移异构化56-64
• 4.1 引言56-57
• 4.2 实验环境57
• 4.3 计算细节57
• 4.4 结果与讨论57-64
• 4.4.1 第一种可能的反应路径：通道A59
• 4.4.2 第二种可能的反应路径：通道B59-64
• 第五章 全文小结64-65
• 参考文献65-76
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果76-77
• 致谢77

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本文编号：694060