CpRu(PH_3)_2SH与HNCS的模型化反应机理

应用密度泛函理论(DFT),通过CpRu(PH_3)_2SH(Cp=环戊二烯基)与HNCS的模型化反应,探讨了CpRu-(PPh_3)_2SH与RNCS(R=Ph,l-naphthyl)反应生成CpRu(PPh_3)S_2CNHR的两种可能的反应机理.一种可能的机理是,-个PH_3配体先从反应物CpRu(PH_3)_2SH解离出来,得到一个16e中间体,然后经过一个氢转移反应,得到产物:另一种可能的机理是,先经过一个氢转移反应,然后一个PH_3配体再从会属中心解离出来,得到产物.通过分析两种机理的势能曲线发现,反应的决速步骤为从硫原子到氮原子的氢迁移过程.第一种反应机理中反应的最高活化能明显比第二种反应机理的最高活化能高.因此,我们预测反应倾向于先发生氢迁移,然后配体PH_3再从金属中心上解离出来.在该反应机理中,尽管和产物相连的中间体稳定性稍高于产物,由于熵效应致使最终产物仍然是实验中所得到的产物.     

CpRu(PH3)2SH与HNCS 的模型化反应机理

应用密度泛函理论(DFT), 通过CpRu(PH3)2SH(Cp=环戊二烯基)与HNCS的模型化反应, 探讨了CpRu-(PPh3)2SH与RNCS(R=Ph, 1-naphthyl)反应生成CpRu(PPh3)S2CNHR的两种可能的反应机理. 一种可能的机理是, 一个PH3配体先从反应物CpRu(PH3)2SH解离出来, 得到一个16e中间体, 然后经过一个氢转移反应, 得到产物; 另一种可能的机理是, 先经过一个氢转移反应, 然后一个PH3配体再从金属中心解离出来, 得到产物. 通过分析两种机理的势能曲线发现, 反应的决速步骤为从硫原子到氮原子的氢迁移过程. 第一种反应机理中反应的最高活化能明显比第二种反应机理的最高活化能高. 因此, 我们预测反应倾向于先发生氢迁移, 然后配体PH3再从金属中心上解离出来. 在该反应机理中, 尽管和产物相连的中间体稳定性稍高于产物, 由于熵效应致使最终产物仍然是实验中所得到的产物.     

8-羟基鸟嘌呤自由基的开环反应机理

使用经实验校准的B3LYP/DZP++方法研究了8-羟基鸟嘌呤自由基的开环反应机理. 计算结果表明, 该反应先后历经C8—N9键的断裂、羟基H原子向N7原子转移两个步骤完成, 转移中的H原子具有阳离子的特征. 当没有水存在时, 羟基H原子的转移反应需经历一个四元环的过渡态, 具有较高的活化能, 反应较困难. 但如果有水分子存在, 羟基H原子的转移步骤将经历一个低活化能的六元环过渡态, 使整个8-羟基鸟嘌呤自由基的开环反应可以在较温和的条件下顺利完成. 在无水催化时, 羟基H转移是反应的速率控制步骤; 而有水催化时, 反应的速率由C8—N9键的断裂步骤控制.     

N-(芳亚甲基)芳胺Schiff碱汞化反应区域选择性研究

本文用量子化学的MNDO方法对N-(苯亚甲基)苯胺、N-(苯亚甲基)-2-甲苯胺与N-(4-硝基苯亚甲基)-2-甲氧基苯胺Schiff碱汞化反应区域选择性进行了研究,结果表明,在其稳定构象下,芳胺环上的电荷密度大于苯基亚甲基环, 故汞化反应发生在芳胺环上；分子中亚胺氮原子的电荷密度最大, 在汞化反应过程中, 亚胺氮原子首先与醋酸汞配位,然后再进行邻位亲电进攻,生成邻位汞化产物；而在N-(苯亚甲基)-2-甲苯胺分子中, 邻位甲基阻碍了亚胺氮原子与汞原子的配位作用,故无邻位汞化产物生成。计算结果与实验结果一致, 并进一步支持了已经提出的反应机理。     

吡唑衍生物与碘甲烷反应的密度泛函理论研究

采用密度泛函方法对3-甲硫基-4-氰基-5-氨基吡唑与碘甲烷反应的机理进行了研究. 提出了两种可能的反应途径: 反应途径Ⅰ为反应物先脱去吡唑上的质子, 生成阴离子中间物, 然后碘甲烷分别进攻中间物吡唑环上的2个氮原子, 生成两种异构产物; 反应途径Ⅱ为反应物通过分子间氢转移存在两种异构体, 碘甲烷直接进攻每个异构反应物吡唑上的氮原子, 形成中间物, 然后脱去碘化氢, 生成产物. 计算结果表明, 途径Ⅱ应为主要反应途径. 还找出了两种异构产物间甲基迁移反应的过渡态, 得出该反应的活化能为278.5 kJ/mol, 在常温下甲基迁移反应不容易进行.     

PPh3催化Mannich反应机理的密度泛函研究

通过密度泛函理论研究了PPh3催化苯胺、苯甲醛和乙酰乙酸乙酯三组分Mannich反应的机理.计算结果表明该机理主要分3个步骤进行:PPh3催化乙酰乙酸乙酯发生酮式-烯醇式互变异构得到烯醇;烯醇辅助苯胺和苯甲醛缩合并脱水生成亚胺;亚胺和烯醇通过加成反应生成β-氨基羰基化合物.通过详细的机理研究,发现烯醇从亚胺的背面进攻其亲电C原子的过渡态的相对能量更低,容易得到反式的产物,对实验观察到的非对映选择性进行了合理的解释.     

钯催化氧化N—H键羰基化反应合成1,3,4⁃噁二唑⁃2(3H)⁃酮杂环化合物机理的理论研究

通过密度泛函理论(DFT)研究了钯催化氧化N—H键羰基化反应合成1,3,4-噁二唑-2(3H)-酮杂环化合物的反应机理. 计算结果表明, 这一反应的催化循环包含N1—H活化、 羰基插入、 N2—H活化和还原消除4个阶段. 反应首先通过协同金属化/去质子化机理活化N1—H键, 然后羰基插入Pd—N1键生成稳定的六元金属环中间体, 随后通过一步反应直接发生N2—H键活化, 最后还原消除. 其中, 羰基插入是整个催化循环的决速步骤, 能垒为102.0 kJ/mol. 研究了配体效应和取代基效应, 其结果与已有的实验结果一致.     

活性钌、锇-配体多重键配合物研究进展

金属一配体多重键配合物的反应性研究有助人们深入理解许多重要的金属催化过程,如生物体系中的氧化和固氮及有机合成中的金属催化原子或基团转移反应．含Os=N多重键的锇（VI）氮合物在还原剂存在下发生氮偶合反应生成双核氮分子桥连配合物,为与固氮机理有关的金属氮合物氮偶合反应提供实验证据．一系列具有可调结构和氧化性含M=O,M=NR,M=CR^1R^2（M=Ru,Os）多重键的活性钌／锇氧合物,钌亚胺基配合物,钌／锇卡宾配合物（包括手性配合物）已被成功分离,其结构已通过光谱手段和x射线单晶衍射确定．这些活性金属一配体多重键配合物分别能与有机化合物发生氧原子、亚胺基、卡宾转移反应,包括烯烃环氧化、环氮化、环丙烷化、cis双羟基化,c—H键羟基化、酰胺化、卡宾插入等,从而允许直接研究相应催化过程中金属．配体多重键中间体的原子或基团转移反应,为金属催化原子或基团转移反应（包括不对称催化反应）提供重要机理信息．已发展出一系列涉及钌．配体多重键活性物种的高选择性钌催化反应,包括2,6-Cl2pyNO与烯烃的环氧化和Wacker型氧化成醛,H2O2水溶液氧化烯、炔烃和醇为羧酸或cis-二醇,PhI=NR与饱和c—H键的酰胺化,重氮化合物的卡宾偶合,分子内卡宾插入c—H键,重氮化合物、亚胺、烯／炔烃的三组分偶合,及以“PhI（OAc）2＋RNH2”为氮源的金属催化C—N键形成反应等．     

Cu_2O(111)催化水煤气变换反应机理的理论研究

采用密度泛函理论结合周期平板模型方法系统地研究了水煤气变换反应在Cu_2O(111)表面上的反应机理,包括氧化还原机理、羧基机理和甲酸根机理.结果表明,在Cu_2O(111)表面,羧基机理和甲酸根机理均可行,且甲酸根机理更为有利,其最佳反应途径为H_2O~*→H~*+OH~*;CO(g)+H~*+OH~*→trans-HCOOH~*(1)→cis-HCOOH~*→CO_2~*+H_2(g).其中trans-HCOOH~*(1)→cis-HCOOH~*为其决速步,该基元反应的能垒仅为59 kJ·mol~(-1).羧基机理的最优反应路径同样是以H_2O的解离反应开始,随后CO(g)+OH~*→cis-COOH~*→trans-COOH~*→CO_2(g)+H~*,最后产生的两个吸附的H原子先迁移再结合生成H_2,整个反应的控速步骤为H原子的迁移,迁移能垒为96 kJ·mol~(-1).氧化还原机理则由于OH解离需要越过一个很高的能垒(254 vs.187 kJ·mol~(-1))而不可行.     

β-二酮亚胺钛化合物催化乙烯和环戊二烯共聚合反应机理的密度泛函理论研究

运用密度泛函理论（DFT）对β-二酮亚胺钛化合物[PhNC（CH3）CHC（CF3）O]2TiCl2催化乙烯（E）和环戊二烯（CPD）共聚合反应的反应机理进行了理论研究.计算结果表明：乙烯和CPD的共聚反应中,CPD插入反应可以通过1,2插入和2,1插入两种路径进行,1,2插入能垒略低于2,1插入,因此我们预测两种路径...     

高立体选择性合成环氧乙烷-2-膦酸酯的研究

利用铑(Ⅱ)催化重氮苄基膦酸酯与芳香醛或酮化学专一地进行环氧化反应,高产率、高立体选择性地合成了顺式环氧乙烷-2-膦酸酯.反应历程是重氮化合物先与醛或酮形成羰基叶立德中间体,然后发生自身环化反应.产物经红外光谱、1H核磁共振谱、质谱和X射线衍射确定结构.     

二乙酰氧基碘苯催化合成α-烷氧基羰基化合物

在多聚磷酸(PPA)和二乙酰氧基碘苯(IBD)的催化下,羰基化合物(1)和乙醇发生羰基-α-位的烷氧基取代反应,合成了15个α-烷氧基羰基化合物,其中4个为新化合物,其结构经1H NMR,13C NMR,IR和LC-MS表征.最佳的烷氧基取代反应条件为:1 1.0 mmol,乙醇10 mL,IBD 1.1 mmol,PPA 3.0 mmol,于室温反应至终点.并提出了可能的反应机理.     

碱土金属催化碳二亚胺硼氢化反应机理的理论研究

本文运用密度泛函理论(Density functional theory,DFT)算法,研究了β-二亚胺氢化碱土金属复合物催化碳二亚胺硼氢化反应的机理.计算结果表明,当使用镁复合物作为催化剂时,该反应催化循环中的活性催化物种为镁氢复合物.从镁氢复合物的生成开始,该反应经过碳氮双键插入镁-氢共价键,硼氮偶联成键,以及从硼到镁的氢负离子转移等步骤,从而再生镁氢复合物并释放产物.该反应的决速步为负氢原子从硼到镁的转移过程.此外,通过理论计算拓展预测了钙、锶等其他碱土金属复合物催化剂的反应机理.研究结果表明,和镁催化氢化反应不同,钙、锶参与反应的活性催化物种是碳二亚胺插入相应氢化金属复合物后所生成的对应的氨基金属络合物.以此化合物作为催化循环的开始,反应经历硼氮偶联成键后,可直接与碳二亚胺发生硼碳之间的氢转移,得到产物并再生活性催化物种.钙、锶复合物作为催化剂时经历不同反应机理的原因是,它们的原子半径远远大于镁,因此可以与额外的碳二亚胺结合,并发生协同氢转移反应.理论计算表明,当使用钙、锶复合物作为催化剂时,反应决速步活化能低于镁催化的反应途径.因此,如果使用钙、锶复合物作为催化剂将会获得更温和的反应条件.     

脱镁叶绿酸-a甲酯的多阶降解与罗多二氢卟吩衍生物的合成

从脱镁叶绿酸-a甲酯开始,经过一系列降解反应完成罗多二氢卟吩的合成.以N-氯代丁二酰亚胺(NCS)或者硝酸作为亲电试剂,对罗多二氢卟吩实施亲电取代反应;选择氧化对氯苯甲腈和重氮甲烷作为l,3-偶极体,与罗多二氢卟吩进行1,3-偶极环加成反应,分别在二氢卟吩色基上构建了吡唑啉和异噁唑啉环系;继续对吡唑啉基取代的二氢卟吩实施热裂解反应,在3-位上形成环丙基结构;在酸性条件下,罗多二氢卟吩可以水解成相应的单酯衍生物.在红紫素-7的20-meso-位上引进氯原子后,再经脱羧反应去除15-位上的取代基团,区域选择性地完成罗多二氢卟吩的单一氯原子的引入.所合成的新化合物均经UV,IR,1H NMR及元素分析证明其结构.与此同时,对相应的空气氧化和重排反应提出了可能的反应机理.     

半稳定磷叶立德和亚胺高选择性合成卤代烯烃

半稳定磷叶立德分别和合适的磺酰基活化的亚胺在温和的反应条件下得到高选择性的卤代烯烃产物,对于芳香族、杂芳环、α,β-不饱和以及脂肪族亚胺产物都可以得到良好的收率。除此之外,我们还以良好的收率选择性合成了单一构型的一系列的氯代和碘代烯烃产物。该反应机理和Wittig反应类似,反应通过[2+2]环加成生成中间体然后消除得到产物,产物的ZE选择性和氮原子上磺酰基团的性质有关。     

铑催化烯烃氢甲酰化反应的密度泛函研究

在B3LYP／6-31G(d，P)(Rh和P采用LANL2DZ Polar)水平下，研究了有机膦羰基铑催化乙烯的氢甲酰化反应机理，优化了反应中间体、过渡态和产物的结构．结果表明，乙烯的氢甲酰化反应有两条主要的反应路径，经历了乙烯络合、乙烯插入、膦加成、羰基插入、H2的氧化加成和丙醛还原消除及催化剂的再生等过程．乙烯插入、羰基插入、H2的氧化加成和丙醛还原消除过程中三元环的形成是协同进行的．反应以顺式活性催化剂为起始物，H2的氧化加成是反应速度控制步骤，丙酰基的消除反应是不可逆的．理论结果与实验一致．     

催化剂调控的金属卡宾与1,3-二羰基化合物选择性C—C键与C—H键插入反应机理的理论研究

通过密度泛函理论(DFT)方法分别研究了银和钪催化重氮化合物与1,3-二羰基化合物C—C键和C—H键插入的反应机理以及反应具有化学选择性的原因.计算研究表明,重氮化合物首先与Ag和Sc反应形成相应的银卡宾和钪卡宾.配位数低的银卡宾与1,3-二羰基化合物经过亲电加成、分子内环化、选择性开环和烯醇异构等过程,选择性地发生C—C键插入反应,生成α-位含全碳季碳中心的1,4-二羰基化合物.配位数高的钪卡宾与1,3-二羰基化合物经过亲电加成和质子化过程,选择性地发生C—H键插入反应,生成α-位含叔碳中心的1,3-二羰基化合物.理论计算表明,关键过渡态的环张力以及银和钪金属中心配位数的差异共同影响了该反应的化学选择性.该结果为发展过渡金属催化的卡宾转移反应提供了新思路.     

乙烯酮自由基(HCCO·)与氧气(O2)反应势能面的理论研究

在G2(B3LYP／MP2／CC)水平上对反应HCCO O2进行了计算,得到了反应势能面,提出了3种可能的反应机理：(1)四元环反应机理得到产物P1(HCO CO2);(2)三元环反应机理得到产物P2(CO HCO2);(3)O-O键断裂反应机理得到产物P3(O OCC(O)H)和P4(O CO HCO)．由反应势能面推测产物P1(HCO CO2)为主要产物,产物P2(CO HCO2),P3(O OCC(O)H)P4(O CO HCO)为次要产物．     

新型双大环二正丁基锡羧酸酯的合成、晶体结构及生物活性

在乙醇钠催化下, 将3-(1,2亚丙二硫基)亚甲基-2,4-二羰基戊烷与2-羰基苯氧乙酸进行缩合反应, 获得了柔性二元酸配体1[4-(1,2-亚丙二硫基)亚甲基-3,5-二羰基-1,6-庚二烯-1,7-二(2-羰基苯)氧乙酸(LH2)]. 再将配体1与二正丁基氧化锡进行脱水反应, 获得新型二正丁基锡羧酸酯配合物2. 采用元素分析、1H NMR、 IR及晶体结构测定等手段对配体1和配合物2进行了结构表征, 配合物2是以菱形环Sn2O2为中心对称的二聚体结构, 中心菱形环通过氧原子与2个环外锡原子相连. 每个羧基分别与环内锡和环外锡原子配位, 形成2个对称的六元环, 3个环呈梯形排列, 将整个分子分割成2个对称的二十二元大环. 初步研究了其杀菌活性和抗癌活性.     

羟基钴催化氢甲酰化反应的理论研究

采用有效核势能近似(ECP)从头算方法,在HF/LANL2DZ水平下研究了羰基钴催化的氢甲酰化反应循环中的羰基插入、H2 氧化加成和脱氢还原系列基元反应步骤的反应机理.优化得到了反应基态势能面的中间体、过渡态和产物的几何构型.计算了反应活化位垒,并对各过渡态进行了振动分析以确认.理论计算结果表明,羰基插入、H2 氧化加成、脱氢还原的基元反应步骤的活化位垒分别为67.79、139.11和44.78kJ·mol-1.