合成對羥基苯甲醚的理論研究與實驗.pdf

1、利用量子化學(xué)的密度泛函理論(DFT)研究有機反應(yīng)體系已成為有機化學(xué)重點研究領(lǐng)域之一。本文簡要介紹了密度泛函法的理論基礎(chǔ)，綜述了密度泛函理論研究有機反應(yīng)體系的進展，并就對苯二酚單一甲基化制備對羥基苯甲醚這一有機反應(yīng)體系進行了密度泛函理論計算分析和實驗合成。 對羥基苯甲醚是一種重要的醫(yī)藥化工原料，常用于精細(xì)化學(xué)品的合成。但由于對合成技術(shù)及反應(yīng)機理研究不夠，導(dǎo)致其生產(chǎn)成本過高，使其應(yīng)用受到限制。本文通過密度泛函理論(DFT)，采用B3

2、LYP交換相關(guān)勢和6-31G(d,p)基組，對對苯二酚與硫酸二酯和碳酸二甲酯等甲基化試劑反應(yīng)合成對羥基苯甲醚的反應(yīng)物、中間體和產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化。在PCM模式下分別計算了其電荷密度分布、重疊集居數(shù)和單點能，確定了可能的過渡態(tài)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機理，并用TS方法進一步確定了過渡態(tài)，對過渡態(tài)進行了頻率分析和IRC分析。通過計算研究發(fā)現(xiàn)：對苯二酚和甲基化試劑反應(yīng)后生成了對羥基苯甲醚，其羥基氧上的電荷密度降低，不利于繼續(xù)發(fā)生親核取代反應(yīng)生成副產(chǎn)物對苯

3、二甲醚。而在堿過量的情況下，反應(yīng)物首先與堿反應(yīng)生成生成對苯二氧基負(fù)離子，其電荷密度增加，更有利于和甲基化試劑發(fā)生親核取代反應(yīng)生成副產(chǎn)物對苯二甲醚。由計算結(jié)果的過渡態(tài)能量顯示：從過渡態(tài)到副產(chǎn)物所需要的能量比由過渡態(tài)到主產(chǎn)物所需要的能量高，說明溫度過高則有利于副產(chǎn)物的生成，溫度太低則生成主產(chǎn)物所需能量不夠，反應(yīng)產(chǎn)率也會降低，只有控制合適的溫度才能提高主產(chǎn)物的比率。最后優(yōu)化了碳酸二甲酯的空間結(jié)構(gòu)，計算了其重疊集居數(shù)。計算結(jié)果解釋了碳酸二甲酯作

4、為甲基化試劑反應(yīng)比較難的原因。通過理論計算還討論了碳酸二甲酯在路易斯酸催化下與酚類和苯胺類物質(zhì)發(fā)生親核取代反應(yīng)的可能機理，探索了溶劑對反應(yīng)的影響。 根據(jù)理論計算結(jié)果，選擇合適的實驗條件在實驗室水平上合成了對羥基苯甲醚，通過控制反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、催化劑用量、投料方式、原料用量比等實驗條件，控制對苯二酚和硫酸二甲酯反應(yīng)生成主產(chǎn)物與副產(chǎn)物的比率為1∶0.16。而對苯二酚在路易斯催化下和碳酸二甲酯反應(yīng)生成對羥基苯甲醚的收率為66.18