多立體中心(硫)脲催化劑催化不對稱雜原子邁克爾加成反應的理論研究.pdf

1、手性是自然界的本質(zhì)屬性之一，生物體內(nèi)許多分子都具有手性。手性化合物在有機化學、生物化學、材料化學等方面有著廣泛的應用。不對稱有機催化(Enantioselective Organocatalysis)作為二十一世紀新出現(xiàn)的概念，因其高效性和高選擇性，成為構(gòu)建分子骨架的重要工具，在開發(fā)手性藥物、材料等工業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，為醫(yī)藥、化學、材料和生物學的發(fā)展提供了廣闊的應用前景。所以不對稱有機催化的實驗研究及理論研究具有重要的理論和實際意義

2、。開展不對稱有機催化反應的理論研究，從分子水平上研究不對稱催化反應的反應機理，可以弄清催化反應的反應歷程，解釋和說明實驗現(xiàn)象，了解有機催化劑在催化反應的過程中所起的作用以及不對稱催化反應的立體選擇性。
　　本文運用量子化學中的密度泛函理論研究了多立體中心(硫)脲催化劑以及在此基礎上發(fā)展起來的新型的方酰胺催化劑催化的不對稱雜原子邁克爾加成反應，從微觀的角度研究不對稱催化反應的機理，解釋有機催化在催化反應中的作用的本質(zhì)，從而為研發(fā)新型

3、、高效的有機催化劑以及新的不對稱有機合成反應提供理論指導。
　　本論文研究的主要內(nèi)容為:
　　用密度泛函理論(DFT)詳細研究了多立體中心氮亞磺酰(硫)脲催化劑催化硝基烯烴與硫代酸的Michael加成反應。計算結(jié)果表明，反應有兩條路徑，路徑 A生成R構(gòu)型的產(chǎn)物，路徑 B生成S構(gòu)型的產(chǎn)物。決定對映選擇性的的步驟是C-S鍵的生成。兩個路徑中的決速步驟不同，路徑 A中r2構(gòu)型扭轉(zhuǎn)為r2-1為決速步，而在路徑 B中，質(zhì)子由叔氨基轉(zhuǎn)移

4、到硝基烯烴的α碳上為決速步驟。計算所得的ee值與實驗報道的相符。通過對硝基烯烴與硫代苯甲酸反應的理論計算，我們預測了當用氮亞磺酰(硫)脲為催化劑時此反應具有對映選擇性。通過DFT的計算提供了詳細的催化反應機制，充分解釋了實驗現(xiàn)象。這些結(jié)果不僅有利于為硫雜 Michael加成設計新型的催化劑，還可以為氮亞磺酰(硫)脲催化劑在其他反應中的應用作理論指導。
　　用量子化學中的密度泛函理論研究了新型的方酰胺催化劑催化亞磷酸酯與硝基烯烴的磷

5、雜邁克爾加成反應。從微觀角度研究了催化反應的機理和催化劑結(jié)構(gòu)與性能之間的關系。計算結(jié)果表明，方酰胺在催化亞磷酸酯和硝基烯烴的反應中并沒有起到雙活化的功能，只有催化劑中的叔氨基起到質(zhì)子傳遞的功能，從而活化了親核試劑，而催化劑并沒有對硝基烯烴進行活化。
　　反應有兩條路徑，路徑A生成R構(gòu)型的產(chǎn)物，而路徑B生成S構(gòu)型的產(chǎn)物。兩個路徑中的決速步驟不同，在反應路徑A中，第二步質(zhì)子由叔氨基轉(zhuǎn)移到硝基烯烴的α碳原子上為決速步，而在反應路徑B中，

6、C-P鍵的生成是決速步。雖然路徑A和路徑B中決速步所需要越過的勢壘基本相同，可是由于反應的第一步C-P鍵的生成，路徑A占優(yōu)勢，并且第二步質(zhì)子的轉(zhuǎn)移過渡態(tài)R-TS1的能量比S-TS2的能量要低。所以能判斷此催化反應得到的產(chǎn)物中R構(gòu)型的是優(yōu)勢產(chǎn)物。我們還通過計算催化反應的對映選擇性證實了以上觀點。計算所得的ee值與實驗報道的數(shù)值相近。通過DFT的計算提供了詳細的催化反應機制，充分解釋了實驗現(xiàn)象。這些實驗結(jié)果可以幫我們更好的理解方酰胺催化劑在