Horner-Wadsworth-Emmons反應(yīng)機(jī)理的研究.pdf

1、α，β-不飽和羰基化合物，即共軛的不飽和羰基化合物，在有機(jī)合成中占有重要的地位，而且廣泛應(yīng)用于多烯類天然產(chǎn)物的合成中。α，β-不飽和羰基化合物不但能夠發(fā)生碳氧雙鍵的1，2-親核加成，還能發(fā)生碳碳雙鍵的1，2-親電加成，以及整個(gè)共軛體系的1，4-共軛加成。α，β-不飽和羰基化合物還可以和提供親核碳負(fù)離子的給體發(fā)生Michael加成反應(yīng)，有些也可以發(fā)生Rauhut-Currier反應(yīng)(二聚)和Nazarov成環(huán)反應(yīng)。最早制備α，β-不飽和羰

2、基化合物的方法主要是采用Witing反應(yīng)等方法，但是在這些制備過程中普遍存在著區(qū)域選擇性和立體選擇性不好以及對(duì)反應(yīng)條件的要求苛刻等問題。所以在有機(jī)合成化學(xué)中制取α，β-不飽和羰基化合物方面還存在著巨大的空間值得化學(xué)工作者去做進(jìn)一步細(xì)致的研究和探索。
　　在制備α，β-不飽和羰基化合物的眾多方法中，Horner-Wadsworth-Emmons(HWE)反應(yīng)占據(jù)著主導(dǎo)地位。所謂的HWE反應(yīng)主要是指由醛和磷酸酯制取烯烴的一類反應(yīng)。其優(yōu)

3、點(diǎn)是具有很好的區(qū)域選擇性和立體選擇性，在該反應(yīng)條件下多以形成熱力學(xué)穩(wěn)定的蘇式(threo)加合物為主。
　　綜合以上幾點(diǎn)，在查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，我們采用量子化學(xué)計(jì)算中的B3LYP和HF方法，對(duì)HWE反應(yīng)機(jī)理、立體選擇性、取代基和溶劑對(duì)反應(yīng)的影響等問題展開了系統(tǒng)研究，研究工作的主要內(nèi)容由以下幾個(gè)方面組成:
　　1、HWE反應(yīng)機(jī)理的研究
　　采用從頭計(jì)算法以及密度泛函理論，在6-31G(d，p)理論水平上，以甲醛和磷酸酯的反

4、應(yīng)為例詳細(xì)研究了HWE反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理，計(jì)算了反應(yīng)的過渡態(tài)、各步反應(yīng)的活化能，以及反應(yīng)路徑。對(duì)HWE反應(yīng)，我們計(jì)算的體系既包括自由陰離子體系，也包括在金屬離子存在下的中性反應(yīng)體系。得到的具體反應(yīng)機(jī)理如下圖所示。
　　(1)HWE反應(yīng)在陰離子體系下的反應(yīng)機(jī)理:
　　通過我們的計(jì)算得知:氧-磷雜四元環(huán)的形成(反應(yīng)的第一步)是整個(gè)反應(yīng)的決速步，反應(yīng)第一步的活化能要比第二步的高出23.09 KJ/mol。
　　(2)HWE反應(yīng)在

5、中性體系下的反應(yīng)機(jī)理:
　　通過計(jì)算可知，整個(gè)反應(yīng)分三步進(jìn)行，第二步反應(yīng)的活化能為140.77 KJ/mol，要比其他兩步反應(yīng)的活化能要高，因此第二步為中性離子體系下HWE反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)決速步。
　　2、HWE反應(yīng)的立體選擇性和構(gòu)象轉(zhuǎn)化的研究
　　在B3LYP/6-31G(d，p)水平上，我們研究了HWE反應(yīng)在自由離子體系和金屬Li離子存在下中性離子體系下的立體選擇性和構(gòu)象轉(zhuǎn)化。分別對(duì)兩個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的研究，

6、計(jì)算得到反應(yīng)的過渡態(tài)，以及各步反應(yīng)的活化能，討論各中間體及產(chǎn)物的穩(wěn)定性。結(jié)果表明:在兩種體系下，HWE反應(yīng)都傾向于生成熱力學(xué)穩(wěn)定的反式烯烴，這與有機(jī)合成中得到的結(jié)果是一致的。
　　3、取代基對(duì)HWE反應(yīng)的影響
　　由于HWE反應(yīng)涉及醛和磷酸酯兩種反應(yīng)物，所以研究取代基對(duì)反應(yīng)的影響時(shí)主要分為以下兩個(gè)方面:
　　(1)在B3LYP/6-31G(d，p)水平上，分別將甲醛上的一個(gè)氫原子換為氨基和腈基，來(lái)比較不同極性的取代基對(duì)

7、反應(yīng)的影響。計(jì)算結(jié)果表明，強(qiáng)吸電子基團(tuán)CN和強(qiáng)供電子基團(tuán)NH2對(duì)HWE反應(yīng)的立體化學(xué)有一定影響，兩者都導(dǎo)致Z式產(chǎn)物占優(yōu)，特別是強(qiáng)吸電子基團(tuán)存在時(shí)產(chǎn)物幾乎都是Z式結(jié)構(gòu)。
　　(2)在B3LYP/6-31G(d，p)水平上，我們分別將磷酸酯上的酯基換為同樣存在共軛效應(yīng)的氰基和乙炔基，來(lái)比較不同取代基對(duì)反應(yīng)的影響。計(jì)算結(jié)果表明，具有共軛效應(yīng)取代基參與的HWE反應(yīng)同樣存在著良好的立體選擇性，但產(chǎn)物是E式結(jié)構(gòu)占優(yōu)。
　　4、溶劑對(duì)HW