锆氢催化的酰胺硼氢化合成胺类化合物研究:机理、使用范围和应用

发展温和条件下胺类化合物的高效合成方法是催化与合成领域长期研究的课题.其中,酰胺还原因其原料来源广、易于合成而广受关注.酰胺还原到胺需要选择性断裂C=O键,因此该反应具有很大的挑战性.传统酰胺还原方法需要使用当量的强还原试剂,如四氢铝锂、硼氢化钠等,且官能团兼容性较差.使用氢气还原原子经济性最高,也最有吸引力;然而,目前已报道的体系大都在高温(>120℃)或高压(>40 bar H2)的条件下进行.虽然催化硼氢化可以在温和的条件下将羰基化合物还原,但由于酰胺化合物惰性比较高,其选择性的催化硼氢化研究则相对较少,而且在温和条件下对三级、二级、一级酰胺都适用的例子依然非常有限.本文采用前过渡金属锆氢催化剂实现了室温条件下酰胺选择性硼氢化制备胺类化合物,并进行了详细的机理研究.原位红外监测到反应过程中酰胺和硼烷逐渐减少,目标产物逐渐增多;但并未给出其他反应中间体的信息.核磁研究以及对照实验结果表明,反应中有苯甲醛的生成,可能是反应中间体.因此推测,该催化体系经历了锆氢介导的酰胺C?N键断裂、重组、C?O键断裂这一特殊的酰胺键活化转化过程.DFT计算也证实了上述反应历程的可行性.除一些常见官能团外,本方法对羧酸酯、氰基、硝基、烯烃和炔烃这些可能被硼氢化的官能团同样具有兼容性.而且本文体系对一些生物、药物分子衍生酰胺的硼氢化也可以顺利进行.可见,本文发展了一种温和条件下使用廉价催化剂和原料选择性合成胺类化合物的方法.     

(BN)_n团簇的结构和稳定性

用HF方法、密度泛函理论的B3LYP以及微扰理论的MP2方法 ,在 6 3 1G(d)基组水平上 ,对 (BN) n(n =1～ 16)团簇的各种可能结构进行了优化 .讨论了环状与笼状稳定团簇的几何构型、自然键轨道 (NBO)、振动频率、结合能、核独立化学位移 (NICS)和能量二次差分 ,得到了 (BN) n(n =1～ 16)团簇结构的稳定性信息 .比较了HF ,B3LYP以及MP2三种理论方法对(BN) n 团簇的适应性所表现出的差异 .     

锆氢催化的酰胺硼氢化合成胺类化合物研究:机理、使用范围和应用

发展温和条件下胺类化合物的高效合成方法是催化与合成领域长期研究的课题.其中,酰胺还原因其原料来源广、易于合成而广受关注.酰胺还原到胺需要选择性断裂C=O键,因此该反应具有很大的挑战性.传统酰胺还原方法需要使用当量的强还原试剂,如四氢铝锂、硼氢化钠等,且官能团兼容性较差.使用氢气还原原子经济性最高,也最有吸引力;然而,目前已报道的体系大都在高温(>120℃)或高压(>40 bar H2)的条件下进行.虽然催化硼氢化可以在温和的条件下将羰基化合物还原,但由于酰胺化合物惰性比较高,其选择性的催化硼氢化研究则相对较少,而且在温和条件下对三级、二级、一级酰胺都适用的例子依然非常有限.本文采用前过渡金属锆氢催化剂实现了室温条件下酰胺选择性硼氢化制备胺类化合物,并进行了详细的机理研究.原位红外监测到反应过程中酰胺和硼烷逐渐减少,目标产物逐渐增多;但并未给出其他反应中间体的信息.核磁研究以及对照实验结果表明,反应中有苯甲醛的生成,可能是反应中间体.因此推测,该催化体系经历了锆氢介导的酰胺C?N键断裂、重组、C?O键断裂这一特殊的酰胺键活化转化过程.DFT计算也证实了上述反应历程的可行性.除一些常见官能团外,本方法对羧酸酯、氰基、硝基、烯烃和炔烃这些可能被硼氢化的官能团同样具有兼容性.而且本文体系对一些生物、药物分子衍生酰胺的硼氢化也可以顺利进行.可见,本文发展了一种温和条件下使用廉价催化剂和原料选择性合成胺类化合物的方法.     

(BN)n团簇的结构和稳定性

用HF方法、密度泛函理论的B3LYP以及微扰理论的MP2方法，在6—31G(d)基组 水平上，对(BN)n(n=1-16)团簇的各种可能结构进行了优化．讨论了环状与笼状稳 定团簇的几何构型、自然键轨道(NBO）、振动频率、结合能、核独立化学位移 (NICS)和能量二次差分，得到了(BN)n(n＝1-16)团簇结构的稳定性信息．比较了 HF，B3LYP以及MP2三种理论方法对(BN)n团簇的适应性所表现出的差异．     

吡啶在H-MOR分子筛孔道中吸附的量子化学研究

 用24T模型和两种ONIOM2方法(QM/QM和QM/MM)研究了杂原子H-AlMOR和H-BMOR分子筛的结构、酸性及其对吡啶的吸附性能. 吸附热以及分子筛的几何结构和电子结构数据表明, H-BMOR的B酸性远远弱于H-AlMOR, 因此二者可分别应用于对酸性要求不同的催化反应. 采用QM/QM计算得到的吡啶在H-AlMOR上的吸附热(219.3 kJ/mol)与实验结果(200 kJ/mol)比较接近. QM/QM方法尽管耗时较多,但能得到更精确的结果,而QM/MM方法可用于定性研究及对模型结构的初步预测. 吸附复合物的结构参数及红外振动频率等数据表明,吡啶在两种分子筛上吸附时均发生了质子转移,生成PyH+…ZeO-离子对. 此外,吸附复合物中还存在多重氢键作用.     

胺类分子在LiMOR分子筛中吸附的量子化学研究

 采用量子化学方法(ONIOM,B3LYP/6-31G(d,p):HF/3-21G)研究了锂型丝光沸石(LiMOR)的结构及其对胺类分子的吸附性能. 在校正基组迭加误差的基础上计算得到氨、甲胺、二甲胺和三甲胺分子的吸附热分别为117.6,132.7,122.2和106.0 kJ/mol,表明胺分子在LiMOR分子筛上吸附强度的次序为三甲胺＜氨＜二甲胺＜甲胺. 通过结构优化得到了吸附复合物的平衡几何参数、电子结构数据以及N-H键伸缩振动频率,胺分子与分子筛之间的主要作用力为氮上的孤对电子和锂离子之间的静电作用力,胺分子与分子筛骨架氧之间的弱氢键作用对其吸附有一定的稳定作用.     

BN纳米管的结构与性质

采用CASTEP程序包 ,在密度泛函理论 (DFT)框架内 ,在较高的理论水平对BN(n ,0 ) (n =3～ 17)纳米管的几何结构进行了优化 ,优化在a×a×c的正交超原胞中进行 ,并对其结合能和电学性质进行了计算 .结果发现 ,BN(n ,0 )纳米管的结合能随着n的增大而增大 ,并趋于收敛 .BN(n ,0 )纳米管的禁带宽度随着n的增大而增大 ,并收敛于 5 .3 9eV .