尿素及硫脲与羰基化合物间的氢键相互作用

利用量子化学二级微扰理论方法对尿素及硫脲衍生物与羰基化合物之间的氢键复合物进行了研究, 在自然键轨道分析基础上进一步揭示了氢键本质并研究了取代基效应. 结果表明, 羰基化合物中供电子基和共轭基, 尿素及硫脲中的吸电子基和共轭基均有利于氢键的形成. 结合尿素与硫脲的催化反应过程, 讨论了氢键复合物两种可能的顺反异构并分析比较了顺反式构象异构体的稳定能大小.     

Cu/SBA-15-SO3H催化木糖一锅转化制备糠醇（英文）

糠醇是一种重要的高附加值化学品,目前工业上由含半纤维素或木聚糖的生物质原料经过酸脱水先制备糠醛,糠醛再进一步加氢制备糠醇.在实际生产中,这两步反应分别在不同的设备中进行,增加了分离纯化和运输成本;目前也很少有研究偶联这两步反应.本工作中,我们制备了一种多功能介孔Cu/SBA-15-SO3H催化剂用于一锅法一步转化木糖到糠醛,并且通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、X射线荧光(XRF)、NH3-程序升温脱附(NH3-TPD)和N2物理吸附等表征检测了负载的酸和金属位点的可用性以及催化剂的物理化学性质,优化了反应温度、氢气压力、反应时间和溶剂体系等反应条件,研究了酸和金属位点的比例以及介孔尺寸对合成糠醇的影响.XRD表征和TEM及HRTEM图像均表明,在负载了磺酸和Cu之后,均会一定程度上破坏SBA-15的形貌,但是依然可以保持原本的有序介孔结构.XPS表明还原后的Cu主要以+1价的形式存在,也有少量的0价和+2价.红外光谱表明磺酸基团和SBA-15载体以共价键形式紧密结合.氮气吸脱附和相关的BET和BJH计算表明,我们的原位制备方法相比于传统浸渍法,磺酸位点的含量提高了7倍以上.通过对反应条件的优化,该体系在140℃和4MPaH2下可以实现62.6%的糠醇收率.过高的温度会引起产物过度加氢生成2-甲基呋喃,而过高的压力会导致原料过度加氢生成木糖醇.合适的溶剂也是反应的关键因素,使用1:3的水/丁醇双相体系,一方面可以有效促进糖的溶解,另一方面可以有效萃取产物,保证了反应的碳平衡.在对催化剂的筛选中发现,单独的SBA-15几乎无催化活性,Cu/SBA-15主要催化木糖加氢生成木糖醇,SBA-15-SO3H主要催化木糖脱水生成糠醛,而物理混合的Cu/SBA-15和SBA-15-SO3H的效率远不如双功能Cu/SBA-15-SO3H催化剂.通过调节磺酸含量和探究产物时间曲线发现,提高酸性位点可以促进木糖转化,但是过多的酸性位点会导致结焦,降低糠醇收率.共同存在的磺酸酸性位点和铜金属位点保持平衡,协同催化串联反应进行.通过调节SBA-15的孔道结构发现,4 nm的孔道最适合反应进行,孔道过大会降低反应的整体碳收率和糠醇收率.本催化体系实现了从木糖一锅多步法制糠醇,并对催化剂的构效关系进行了研究,对反应条件进行了系统的优化,有希望实际应用到糠醇生产中.     

Pd催化木质素醚类二聚体分子内氢转移断裂C—O键研究

结合氢转移方法,研究了木质素模型物2-(2'-甲氧基苯氧基)-1-苯乙醇(1a)分子在无外加氢源的条件下利用金属钯催化剂催化发生C—O键断裂反应.合成并表征了一系列Pd负载型催化剂,通过优化发现反应体系在环己烷溶剂和弱碱添加剂Na2HPO4条件下显示出较好的催化效率.结合反应特点将催化剂进行改进,使用MgO作为载体的催化剂Pd/MgO高效完成了木质素模型物的分子自供氢降解.反应过程可能分为两步进行:首先,模型物在钯表面先进行脱氢过程,含羟基的木质素模型物二聚体1a脱去氢后生成酮式中间体2-(2'-甲氧基苯氧基)-1-苯乙酮(1b),被脱去的氢原子吸附于钯表面.随后,脱氢中间体1b在Pd催化下与其表面吸附的H作用,发生催化C—O键断键过程.     

钌催化间位磺化反应机理的DFT研究

导向过渡金属催化反应是实现区域选择性芳环碳氢活化/衍生化的一种重要手段. 本文使用DFT理论(M06//B3LYP)对Frost小组的钌催化2-芳基吡啶间位磺化反应机理进行了研究. 通过计算, 我们发现该机理主要包括邻位C—H活化、亲电取代、还原消除及催化剂再生四个步骤. 其中导向邻位C—H活化是速率决定步, 亲电取代为区域选择决定步. Ru与导向基邻位碳原子成键使苯环电子密度分布发生变化, 同时与位阻作用相结合引导亲电取代发生在Ru—C键的对位(即导向基间位). 在此基础上, 我们还研究了K₂CO₃和溶剂极性对反应的影响.     

铬族金属氢化物中M-H 键键能的从头计算

铬族金属氢化物M-H 键的均裂是在自由基环化反应中的关键过程, 它直接影响反应的催化效率和选择性. 使用理论方法精确预测铬族金属氢化物M-H 键键能不仅有助于了解这类催化剂的结构与性能关系, 而且对进一步发展高效的自由基环化反应催化剂具有重要的指导意义. 为达此目的, 我们使用不同的理论方法计算14 个有可靠实验值的铬族金属氢化物M-H键键能, 通过比较发现B3P86/lanl2dz+p 方法表现最佳(计算精度为1.6 kcal/mol). 之后我们运用这个理论方法系统地研究了铬族金属氢化物M-H 键键能的构效关系. 就周期性规律而言, 在铬族金属氢化物中, 金属对于M-H 键能的影响大于配体的影响. M-H 键键裂解能的大小顺序为:铬氢络合物<钼氢络合物<钨氢络合物.此外, 我们发现含双茂配体的铬氢化合物中Cr-H 键键能与伸缩振动频率呈良好的线性相关. 有趣的是, 在含双茂配体的铬族金属氢化物中, M-H 键能与键长呈现出良好的正线性相关性. 即“键长越小, 键能越弱”. 通过自然成键轨道分析, 这可能是因为杂化缺失造成原子半径收缩程度比成键变弱引起的扩张程度大.     

碳氟键均裂解离能的密度泛函理论研究

运用6种密度泛函方法(B3LYP, B3P86, B3PW91, PBE1PBE, MPW1B95, MPW1K)对15个含氟有机化合物的碳氟键均裂解离能进行理论计算, 得到的理论值与实验值比较, 发现B3P86方法用于碳氟键均裂解离能的计算相对可靠. 使用验证后的理论方法对含氟杂环有机化合物和卤氟烃中的碳氟键均裂解离能进行了预测和分析, 并进一步讨论了α-取代基效应以及Hammett型取代基效应对碳氟键均裂解离能的影响.