計算化學(xué)輔助研究有機小分子促進的碳-碳鍵形成反應(yīng).pdf

1、碳-碳鍵的構(gòu)筑是有機合成化學(xué)的重要研究內(nèi)容之一,發(fā)展新型碳-碳(C-C)鍵形成反應(yīng)一直受到有機化學(xué)家的重視。在大量構(gòu)筑C-C鍵的方法中,有機小分子促進的反應(yīng)因其操作相對簡便、價格低廉、不存在金屬殘留而對環(huán)境友好等優(yōu)點,近年來發(fā)展迅猛。然而,目前報道的由有機小分子促進的反應(yīng)體系,大多是通過反復(fù)實驗篩選或偶然發(fā)現(xiàn)得到的。合理設(shè)計催化劑并發(fā)展新型碳-碳(C-C)鍵形成反應(yīng)已經(jīng)成為有機化學(xué)領(lǐng)域長期追求的目標。
　　本論文利用量子化學(xué)理論及

2、方法,對有機小分子促進的兩類 C-C鍵形成反應(yīng)的具體反應(yīng)機理開展了計算研究,并根據(jù)理論預(yù)測和實驗驗證,發(fā)展了兩類新型C-C鍵形成反應(yīng)。
　　在本文的第一部分中,我們基于密度泛函(DFT)方法,對叔膦促進下聯(lián)烯酸酯參與的環(huán)加成反應(yīng)進行了量子化學(xué)計算研究,提出叔膦與聯(lián)烯酸酯間除生成1,3-內(nèi)鎓離子中間體外,還有可能生成更高階的1,n-內(nèi)鎓離子中間體(n=5,7,9,?),并從能量角度分析這些中間體存在的合理性。根據(jù)理論預(yù)測,我們設(shè)計了

3、聯(lián)烯酸酯自環(huán)化反應(yīng),通過對催化劑的篩選及反應(yīng)條件的優(yōu)化,成功捕獲到這些高階內(nèi)鎓離子中間體衍生的七員環(huán)及九員環(huán)產(chǎn)物,實驗結(jié)果直接支持了我們的理論預(yù)測;此外,還使用一些不同的缺電性親偶極子對現(xiàn)場生成的高階內(nèi)鎓離子中間體進行了捕獲,有效合成了新的具有多官能團的碳環(huán)和雜環(huán)化合物。
　　本文的第二部分,在本課題組前期工作基礎(chǔ)上,我們使用BHandHLYP/6-31G(d)方法,對氟代甲基芳基酮和普通甲基芳基酮與吲哚之間的催化芳基化反應(yīng)的機理

4、進行了詳細對比研究。計算結(jié)果表明,二次Friedel- Crafts過程能否發(fā)生由磷酸催化下單Friedel-Crafts產(chǎn)物的脫水反應(yīng)決定,而較高的氟代程度會提高該脫水反應(yīng)所需活化焓,從而阻礙了雙芳基化反應(yīng)的發(fā)生。根據(jù)計算結(jié)果,我們對實驗條件進行了適當(dāng)改進,從而以95-98％的收率得到氟代甲基芳基酮與吲哚反應(yīng)的雙Friedel-Crafts產(chǎn)物。此外,我們還對手性磷酸催化下三氟苯乙酮與吲哚的單Friedel-Crafts反應(yīng)的立體選擇