取代基电性效应对碳硅还原消除区域选择性调控的理论研究

有机反应区域选择性的调控是有机化学的重要研究内容之一,而电性效应则是其重要调控因素.运用密度泛函理论计算,以钯催化2-碘联苯化合物与硅杂环丁烷的环化反应为模板,研究了取代基电性效应在还原消除过程中对区域选择性的影响,并给出了该反应的详细反应机理.计算结果表明,该反应经历了Pd—I键氧化加成、协同金属去质子、Pd—Si键氧化加成、还原消除过程得到硅杂八元环产物,且C—Si键还原消除是反应的速率决定步骤.对Pd(IV)还原消除过渡态中电子效应的研究证明,当使用不对称2-碘联苯作为反应底物时,芳环电子密度是区域选择性的主要控制因素,电子密度更高的基团更容易发生还原消除,与该基元反应电子流向一致.     

过渡金属参与C―H键切断模式的理论研究进展

过渡金属催化活化C―H键来构建新共价键因具有原子经济和合成简捷的特点,已成为合成化学中最为有效策略之一。本文中,我们总结了过渡金属参与的C―H键切断的理论研究进展,并系统性提出了C―H键切断的相关模式,包括:C―H键对金属的氧化加成、碱协助的去质子化、σ-复分解、Friedel-Crafts型亲电芳香取代、α-或β-氢消除以及夺氢活化等。理论计算表明,当使用还原性较强的零价金属催化剂时,反应可按照氧化加成模式进行。当使用金属羧酸盐作为催化剂时,通常以协同金属化-去质子化机理模式实现C―H键切断。当使用阳离子金属催化剂,富电子芳烃比缺电子芳烃优先反应时,C―H键切断则会经历碱协助的内部亲电取代模式。σ-复分解是协同金属化-去质子化机理的另一种模式。如果亲电体对芳烃进行加成时,则可按照Friedel-Crafts型亲电芳香取代方式活化C―H键。α-或β-氢消除也是比较常见的活化C―H键模式。此外,夺氢活化可通过自由基过程实现C―H键活化。本文通过对过渡金属参与的C―H键活化模式的论述旨在为实验提供理论指导。     

阴离子协助镍催化碳氟键官能团化反应机理研究

由于碳-氟键的化学惰性,其高效催化转化一直是有机化学中的难题之一.本文运用密度泛函理论(DFT)计算,研究了镍催化碳-氟/碳-氢键交叉偶联反应构建2-芳基噁唑衍生物的机理.计算结果表明,体系中氟负离子能够稳定零价镍金属催化剂,得到氟负离子配位的阴离子镍活性催化物种.在氟负离子协助下碳-氟键对阴离子镍氧化加成得到二价芳基镍物种,是催化循环的速控步骤.在碳氢键切断过程中,Br?nsted碱直接进攻去质子,得到二芳基镍中间体,最终通过还原消除得到交叉偶联产物.在这一过程中,阴离子镍活性催化物种的稳定性明显高于通常推测的中性镍催化物种,这一模型为理解惰性碳-氟键活化反应机理提供了新的思路.     

碱土金属促进氢官能团化反应的研究进展

碱土金属及其化合物由于其储量丰富、成本低而被应用于催化反应中.近年来,碱土金属催化脱氢偶联反应、硼氢化反应、氢膦化反应、氢胺化反应以及氢化硅烷化反应等被关注和研究,无论在实验还是原理上都取得了大量的进展.针对这类反应及其机理进行总结归纳,从而完整描绘了碱土金属在氢化或脱氢反应中起到的作用.这类反应中,往往都涉及到碱土金属氢化物作为活性物种,反应过程中都要经历碱土金属氢共价键的形成和断裂.通过对这些反应的分类和讨论,从整体上认识了这类反应的反应条件和反应历程,为今后设计碱土金属催化剂和同类型反应的催化循环提供了指导.     

12-冠-4对非质子Li-O2电池氧电极的影响

Li-O₂电池放电产物Li₂O₂由于在有机溶剂中溶解度较差,会堵塞气体通道,这是Li-O₂电池面临的一个主要挑战。在本工作中,我们选择12-冠-4做为添加剂捕获Li⁺,来研究其对氧电极放电产物溶解性的影响,并采用了多种电化学表征方法,包括循环伏安法和旋转圆盘电极等。结果显示,仅仅添加5%的12-冠-4就能明显提高氧还原产物$\text{O}_{2}^{-}$的稳定性,并减少固体Li₂O₂的生成。结合软硬酸碱和第一性原理计算对上述实验结果进行了解释。