交叉脱氢偶联反应*

发现高效高选择性的有机合成反应是有机合成化学研究中一个重要的发展方向。传统的有机合成化学是建立在官能团相互转化基础上的,又称官能团化学。非活泼化学键（如C-H键）的直接官能团化省去了一步甚至多步制备官能团化的反应底物,因此,非活泼化学键活化是提高有机合成反应效率的一个重要发展方向。交叉脱氢偶联（Cross-Dehydrogenative-Coupling,CDC）反应就是直接利用不同反应底物中的C-H键,在氧化条件下,进行脱氢偶联反应形成C-C键。交叉脱氢偶联反应实现了更短的合成路线和更高的原子利用效率,为直接利用简单的原料进行高效的复杂的有机合成任务提供了一种新的思路和手段。     

怎样正确讲解乙烯与乙炔的活泼性

目前使用的中学化学课本上讲:“乙炔分子里的三键不稳定,其中两个键容易断开,所以乙炔具有非常活泼的化学性质”。而在讲乙烯时,则说:“乙烯分子里的双键不稳定,其中一个键容易断开,乙烯具有活泼的化学性质。”。     

乙烷乙烯乙炔燃烧实验现象分析及其探讨

从键能、反应速率、含碳量、反应历程等方面分析探讨,得出乙烷乙烯乙炔在空气中燃烧现象不同是由分子结构中单双叁键活泼性不同造成的结论,否定了长期以来的含碳量评价标准,肯定了物质结构决定性质这一论断。     

设计能级图法计算化学

因"化工热力学"中标准化学是学习的重点和难点,在多次教学实践的基础上,发现设计能级图能够简化计算过程,而且可以令教与学的过程都更容易进行。探讨了单质、化合物和混合物3种能级图在标准摩尔化学计算中的应用,期望对"化工热力学"相关知识的教与学能起到一定的帮助。     

硅烷化剂-苯基二甲基氯硅烷的合成研究

苯基二甲基氯硅烷是一种空间位阻封闭剂，保护剂。由于分子中的Si-Cl键很活泼所以能与有机化合物中含活泼氢的官能团（如羟基、羰基、羧基、氨基等）反应，取代其中的活泼氢，其衍生物在酸及碱条件下比三甲基醚类更为稳定。有机化合物中的活泼氢被硅烷基取代后，变成化学稳定性很高的中间产物，且其它基团的反应活性不受影响；反应结束后，通过催化水解或醇解反应，可在不影响分子中其余部分前提下脱去硅烷基，恢复被保护的活泼氢。     

弱碱柔能克刚:动力学去质子官能化反应

碳氢键的去质子官能化反应是碳碳键构建最常用的方法,是一种重要的碳氢键活化方式.近年来,碱催化碳碳键形成反应在含弱酸性碳氢键化合物作为亲核试剂的底物拓展方面取得了重要进展.强碱性试剂或催化剂是实现这些弱酸性碳氢键官能化反应的关键.根据酸碱平衡理论,相对较强的碱才能够对弱酸性碳氢键发生去质子化反应,形成较大浓度的碳负离子中间体,进而发生亲核反应.相对较弱的碱不足以对弱酸性碳氢键进行去质子化反应,然而尽管碳负离子中间体可能浓度很低,但应该仍然存在于反应体系中.如果可以选择性地进行热力学有利的化学转化,碳负离子中间体的浓度将会下降并引起去质子化平衡的重新构建.结合碳负离子中间体不可逆的转化和去质子平衡的重新构建,弱酸性碳氢键就可以在弱碱条件下实现缓慢却持续不断的去质子官能化反应.为区别于强碱条件下、通过热力学稳定碳负离子中间体的传统碳氢键去质子官能化反应,我们将这种在弱碱条件下、通过热力学不利的碳负离子中间体转化和酸碱平衡重新构建实现的弱酸性碳氢键的官能化反应称为动力学去质子官能化反应.本文总结了碳氢键去质子官能化反应研究现状和本研究团队近年来在弱碱条件下的动力学去质子官能化反应研究进展.     

关于各种“键能”术语的含义及其相互关系

在化学领域中,无论是研究物质微观结构,或是在讨论其宏观热力学、动力学性质,或是在阐明结构与性能关系上都广泛使用键能(bondenergies)这一术语,然而美中不足的是有些教科书及文献中,使用的“键能”含义不同,引用的同一键型的键能数值差别较大,这就给使用者在选取上造成了一定困难。比如,拿最简单的氢分子来说,涉及H—H键的术语就有:化学     

还原半反应的相关热力学计算

借助于经典热力学和电化学知识的结合,较系统探讨了水溶液中热力学"0"标准的选取、离子的热力学数据与单质或化合物的热力学数据能否互相借用和还原半反应热力学计算公式等问题,并计算了不同类型电极对应还原半反应电子的标准摩尔熵。研究表明:298.15K,100kPa下,还原半反应中电子的ΔfHm(e-,aq,∞)=0、ΔfGm(e-,aq,∞)=0和Sm(e-,aq,∞)=65.32J.mol-1.K-1;离子的热力学数据与单质或化合物的热力学数据可互相借用;还原半反应热力学计算公式包括:ΔhGm=-ZFE、ΔhHm=∑iνi.ΔfHm,i、ΔhGm=∑iνi.ΔfGm,i、ΔhSm=∑iνi.Sm,i、ΔhGm=ΔhHm-TΔhSm。     

单质硫:合成含硫杂环的优质硫源

含硫杂环化合物在药物、分子器件和材料等诸多领域应用广泛,因而其合成方法备受关注.合成含硫杂环的关键在于分子中C—S键的构建,一般通过含硫有机物或无机物参与的C—H键功能化或C—X键偶联反应来实现.单质硫价廉易得,性质稳定,是合成含硫杂环的优质硫原子供体,因而以单质硫为原料合成含硫杂环成为人们研究的热点.综述了近年来以单质硫为硫源合成各种含硫杂环的研究进展情况.     

金属“铜树”生长实验过程可视化研究

为观察活泼金属与铜离子置换反应现象，将此反应设计成缓慢生长的“铜树”微量化实验。通过控制单一变量法探究活泼金属单质、不同阴离子铜盐、硫酸铜溶液在不同氯离子浓度条件下“铜树”的生长，得到最佳反应条件。用智能手机和手机微距镜头组合录制反应过程的视频，电脑视频编辑软件辅助处理改变播放倍数来观察铜树生长的动态过程。实验结果表明，在最佳条件下，能观察到栩栩如生的“铜树”生长过程中的细节现象。电脑处理后的视频可以在教学演示过程中使用。     

有机物键能数据库(iBonD)面向学术界免费开放

正键能是化学领域中重要的基础参数,能直接反映出化合物的稳定性以及判断化学反应能否发生,因此,精确测定的键能数据可以为设计新化合物、发展新反应、探索反应机理、建立和优化计算化学模型提供参数。然而,目前国际上对于化学键能数据的相关书籍以及整理工作较少,更没有与键能方面相关的大型网络数据库平台供全世界科学家共享     

水溶液体系ΔfHmθ、ΔfGmθ及Smθ的研究

依据单质与化合物热力学标准的基本概念,提出水溶液体系的热力学"0"标准,给出ΔfHθm、ΔfGθm、Sθm定义,并通过水合离子的Sθm计算实例和误差分析,论证了单质、化合物与水合离子热力学数据可以通用。     

Au_(19)Pt团簇性质及对肉桂醛选择性加氢机理研究

基于第一性原理密度泛函理论(DFT)方法研究了Pt掺杂的Au_(19)Pt团簇的结构稳定性、热力学稳定性和反应活性.计算得出Au_(19)Pt-V团簇比Au_(19)Pt-S和Au_(19)Pt-E团簇的化学活性更强,而热力学稳定性更低.通过分析吸附能和电荷布居,讨论了肉桂醛(CAL)在3类Au_(19)Pt团簇上的9种吸附构型.计算结果表明,当CAL以C C双键平行吸附于Au_(19)Pt-V团簇的Pt原子上时,其吸附能最大,CAL向团簇转移电子数最多,吸附模型最稳定.在最稳定吸附模型基础上探究了CAL选择性加氢的3类反应(1,2-加成反应、3,4-加成反应和1,4-加成反应)的6条可能机理,通过基元反应的过渡态搜索,由反应热、反应能垒和构型的变化得到,CAL分子在Au_(19)Pt-V团簇上最有可能通过3,4-加成反应中的机理C进行,即活泼H原子优先与C3原子成键形成中间体MS3,另一个H原子与中间体加成形成C4—H键,再经过过渡态TS34而形成最终产物苯丙醛(HCAL).     

单质的性质与元素的性质不能混为一谈

新编高中一年级化学课本在讲氯气的性质时写到:“我们已经知道氯原子的最外电子层上有7个电子,因而在化学反应中容易结合一个电子,使最外电子层达到8个电子的稳定结构。氯气的化学性质很活泼,它是一种活泼的非金属元素。”文中虽然没有“因为”、“所以”的字样,但不少人就是按因果关系去理解并进行讲解的,即氯原子的结构决定了氯气的化学活泼性。     

硫和氧化铜反应的实验探究

硫能和金属单质、非金属单质、强碱、强氧化性酸发生反应,表现出一定的氧化性和还原性。氧化铜是一种氧化性较强的金属氧化物,在一定的条件下,硫和氧化铜能发生反应生成氧化亚铜和二氧化硫,氧化亚铜和硫蒸气在高温下还能继续反应生成硫化亚铜和二氧化硫。     

氯代烃光解活泼自由基的ESR研究

本文用2,4-二硝基苯亚甲基特丁基氮氧化物(DNPBN)作自由基捕捉剂研究了氯代烃光解过程产生的自由基中间体。实验结果表明在汞灯照射下键能较低的多氯代烷烃分子中的碳-氯键极易发生均裂而产生碳中心自由基与活泼的氯原子, 并且后者可被DNPBN捕获, 形成颇为稳定的氮氧自由基加合物[Cl-DNPBN]~·。对多氯代苯,随着取代氯原子数目增多, 加合物[Cl-DNPBN]~·的ESR信号强度也明显增加。此外, DNPBN对氯原子的大量捕捉实验还证明它对氯原子是一种高效的特征捕捉剂。     

烯丙基正离子旋转异构反应的计算化学实验设计

设计了一个面向高年级本科生或低年级研究生的计算化学探索实验，即利用密度泛函理论(DFT)计算烯丙基正离子的旋转异构反应。该实验设计了反应物结构优化、过渡态寻找、内禀反应坐标建立等过程，可以较为全面地帮助学生了解计算化学的基本概念与操作，加深对分子微观结构的感知以及对过渡态理论中“旧键即将断裂，新键即将形成”概念的理解。本实验通过旋转异构反应的势能面的构建，也可以帮助学生认识反应热力学和动力学的差别。通过进一步的电荷布居分析以及前线轨道分析，可以帮助学生直观地学习并理解分子的电子结构以及反应活性位点概念。     

ZnCl2温和有效地催化活泼亚甲基化合物与苄醇或烯丙醇的 直接烷基化反应

报道了ZnCl2催化的活泼亚甲基化合物和苄醇或烯丙醇的直接烷基化反应. 在无水ZnCl2 (5～10 mol%)的催化下, 以二氯甲烷为溶剂, 活泼亚甲基化合物和苄醇或烯丙醇进行直接烷基化反应以较高的收率得到活泼亚甲基化合物的烷基化产物, 反应后处理简单, 说明ZnCl2是一种温和有效的活泼亚甲基化合物和苄醇或烯丙醇进行直接烷基化的催化剂. 并对反应的机理进行了初步研究.     

草酰氯一价正离子构象及其碳—碳键反应活性的理论研究

用密度泛函方法BHandHLYP在6-311+G（d）和6-311+G（2df）水平上对草酰氯 的一价正离子［（ClCo）_2~+］作了构象分析，结果表明，（ClCo）_2~+具有平面 反式和交叉式两种稳定构象，交叉构象存在超共轭现象，此外，对草酰氯离子、中 性分子各解离通道初级反应的Gibbs自由能的计算，发现草酰氯离子C—C键解离通 道的反应活性大于中性分子，对该通道进一步做了反应机理研究，证实了热力学结 论，并且与实验相一致，对草酰氯离子的振动频率和键耦合常数的研究表明其碳— 碳键解离具有选键性。     

活泼氢的核磁共振氢谱

核磁共振氢谱是有机化合物结构表征中最常使用的波谱方法之一,提供了有机化合物质子的化学位移、积分面积和耦合裂分等信息。常见的活泼氢是与氧、氮和硫共价相连的氢原子,存在着快速交换机制,与碳上的氢有显著的差异。在不同条件下活泼氢化学位移不固定、峰形多变并且耦合裂分情况复杂。本文探讨了如何通过核磁共振氢谱解析活泼氢,培养学生对谱图进行观察、分析以及结构推导的能力。