预测亲核反应位点方法的比较

预测分子不同位点发生亲核取代反应的活性具有重要的理论和实际意义.目前已提出了许多基于反应物自身电子结构特点的预测方法.本文将碳基化合物、芳香族化合物和吡啶衍生物这3类分子作为测试体系,对14种预测方法的可靠性进行了详细的比较分析.结果表明,体现局部电子软度的方法能很好地预测反应位点,如简缩双描述符方法,但表现静电效应的预测方法,如原子电荷分析和静电势分析,整体表现很差.对于本文中所用的分子体系来讲,简缩双描述符和Hirshfeld电荷分析方法对分子反应位点预测最准确.     

重氮苯与不同亲核试剂结合选择性:共价与非共价作用分析

重氮苯与亲核试剂的作用方式及其反应机理一直未能被完全阐明. 基于密度泛函理论, 本文计算了 6种亲核试剂与重氮苯结合时的结合位点及反应过程中的反应坐标. 计算结果表明, 化学硬度可以作为预测不同亲核试剂与重氮苯结合位点的主要描述符. 基于复合物体系范德华表面的平均局域离子化能等参数, 还提出了可以定量预测重氮苯与亲核试剂结合反应活化能垒的描述符. 这些理论研究结果对理解重氮苯与亲核试剂的反应机制、 寻找更优反应条件具有重要意义.     

重氮苯与不同亲核试剂结合选择性:共价与非共价作用分析（英文）

重氮苯与亲核试剂的作用方式及其反应机理一直未能被完全阐明.基于密度泛函理论,本文计算了6种亲核试剂与重氮苯结合时的结合位点及反应过程中的反应坐标.计算结果表明,化学硬度可以作为预测不同亲核试剂与重氮苯结合位点的主要描述符.基于复合物体系范德华表面的平均局域离子化能等参数,还提出了可以定量预测重氮苯与亲核试剂结合反应活化能垒的描述符.这些理论研究结果对理解重氮苯与亲核试剂的反应机制、寻找更优反应条件具有重要意义.     

高斯计算应用于杂环亲电取代活性位点预测

应用简缩福井函数预测亲电取代活性位点,结果显示对于五元杂环化合物均能很好预测,对六元杂环的预测存在一定偏差。进一步应用前线轨道理论最高占据轨道电子分布特点预测活性位点,得到由最高占据轨道中pz轨道在各位点附近电子密度分布特征可以准确预测亲电反应位点。     

用Hirshfeld 电荷定量标度亲电性和亲核性: 含氮体系

准确预测化学过程中分子内各原子提供或接受电子的能力以及化学反应可能的位点, 即定量确定亲电性、亲核性和区域选择性, 是一个十分重要却仍然亟待解决的课题. 此前, 基于我们新近提出的信息守恒原理,曾建议使用Hirshfeld 电荷和信息增益作为两个等价的描述符用于此目的. 我们的这个想法已经被成功地应用于两个系列的分子体系, 且其有效性得到了充分的验证. 然而, 先前我们只考察了碳元素的这些性质, 所以其结论的普遍性仍存在疑问. 我们尚不清楚它是否适用于其他元素, 而且对于同一元素的不同价态该结论是否适用也不清楚. 为此, 本文将考察含氮体系. 对5 个不同类别的含氮体系共计40 个分子进行了研究, 其中包括重氮苯、偶氮、重氮、一级和二级胺体系. 结果表明, 对所有五个含氮体系其Hirshfeld 电荷与实验得到的亲电性和亲核性标度之间仍然存在着较强的线性关联. 然而, 这些相关性却依赖于氮元素的化合价类型和键合环境. 该线性关系只能在同一类型中成立. 我们对其可能的原因进行了讨论.     

用Hirshfeld电荷定量标度亲电性和亲核性:含氮体系(英文)

准确预测化学过程中分子内各原子提供或接受电子的能力以及化学反应可能的位点,即定量确定亲电性、亲核性和区域选择性,是一个十分重要却仍然亟待解决的课题.此前,基于我们新近提出的信息守恒原理,曾建议使用Hirshfeld电荷和信息增益作为两个等价的描述符用于此目的.我们的这个想法已经被成功地应用于两个系列的分子体系,且其有效性得到了充分的验证.然而,先前我们只考察了碳元素的这些性质,所以其结论的普遍性仍存在疑问.我们尚不清楚它是否适用于其他元素,而且对于同一元素的不同价态该结论是否适用也不清楚.为此,本文将考察含氮体系.对5个不同类别的含氮体系共计40个分子进行了研究,其中包括重氮苯、偶氮、重氮、一级和二级胺体系.结果表明,对所有五个含氮体系其Hirshfeld电荷与实验得到的亲电性和亲核性标度之间仍然存在着较强的线性关联.然而,这些相关性却依赖于氮元素的化合价类型和键合环境.该线性关系只能在同一类型中成立.我们对其可能的原因进行了讨论.     

单取代苯环定位效应定量分析和图形可视化解释

目前对于苯环上亲电取代反应定位规律的解释基本上都停留在基于实验的定性层面。本文以5个典型的单取代苯分子(苯胺、甲苯、氯苯、硝基苯和苯甲醛)为代表,采用多种量子化学方法(静电势、原子电荷、前线分子轨道理论、福井函数及双描述符等),对它们的亲电取代反应位点进行了研究。通过定量的数据和直观的图形,揭示苯分子亲电取代反应定位规律的本质,弥补了教材与教学中存在的不足,研究结果可以为大学《有机化学》教材的编写和课程教学提供有用的参考。     

应用量子化学反应性指数评估化合物的亲核能力

评估化合物的亲核性能,对于设计化学反应的条件、研究反应机理、探讨药物与受体或酶作用靶点提供量子化学反应性参数,具有重要意义。本文在概念密度泛函理论的基础上,以得失电子前后化学势的变化,评估分子的反应性指数;用福井函数值,计算分子中各原子的反应性指数。选择脂肪胺、氨基酸和芳香胺三类胺及常用阴离子为研究对象,采用Gaussian软件分别对化合物分子及其失电子态进行结构优化和单点能计算。结果显示,建立的化学势变化值作为反应性指数的评估方法,与实验值基本吻合;所研究的几种有机分子的福井函数值与实际亲核能力基本一致。这表明可以采用得失电子前后的化学势变化值和福井函数值来预测分子和原子的亲核反应性。     

亲电取代反应中活性位点预测方法的比较

预测发生亲电取代反应的活性位点具有重要的理论和实际意义.目前已提出了许多基于反应物自身电子结构的预测方法.本文选择14个单取代苯和8个双取代苯作为测试集,对14种预测方法的可靠性进行了详细的比较分析.结果表明,福井函数、平均局部离子化能等体现局部电子软度的方法特别适合含有邻对位定位基的单取代苯和双取代苯体系,但对于含有单个间位定位基的体系,这类方法往往预测失败.基于静电效应的预测方法整体表现明显不如体现局部软度的方法,但更适合含有单个间位定位基的体系.对所有体系预测能力最稳健的是双描述符,因此可以作为普适性的预测方法.     

亲电取代反应中活性位点预测方法的比较

预测发生亲电取代反应的活性位点具有重要的理论和实际意义. 目前已提出了许多基于反应物自身电子结构的预测方法. 本文选择14 个单取代苯和8 个双取代苯作为测试集,对14 种预测方法的可靠性进行了详细的比较分析. 结果表明,福井函数、平均局部离子化能等体现局部电子软度的方法特别适合含有邻对位定位基的单取代苯和双取代苯体系,但对于含有单个间位定位基的体系,这类方法往往预测失败. 基于静电效应的预测方法整体表现明显不如体现局部软度的方法,但更适合含有单个间位定位基的体系. 对所有体系预测能力最稳健的是双描述符,因此可以作为普适性的预测方法.     

分子亲脂-亲水性的量子化学描述(Ⅰ)——分子的亲脂和亲水表面

给出基于分子结构的“启发式”亲脂-亲水势HMLP(Heuristic molecular lipophilicity-hydrophilicity potential)的理论分析和有说服力的算例.用量子化学计算其分子表面的静电势V(r)的分布,通过与周围原子表面静电势的比较,构造表达分子静电势的极性和大小的函数L(r).亲脂势L(r)保留了静电势V(r)描述分子静电作用的能力,并把应用范围扩展到疏水性的描述.HMLP不使用原子的经验参数,但在L(r)的构造中使用了经验的函数形式.经参数化和指标化后,HMLP有望用于蛋白质结构与功能的研究和药物分子配体与生物大分子受体结合自由能的估算.     

亲电反应中的缺电子中心

对于不饱和烃类化合物的亲电反应,在反应类型上,有亲电加成和亲电取代;在反应产物上,有取代产物和加成产物,而且在加成产物中既有马氏加成、又有反马氏加成产物。知识点多而且复杂,学生学习记忆往往比较困难。本文以缺电子中心为主线,系统分析了亲电反应中的4种主要缺电子中心(包括正离子、自由基、卡宾和中性分子),从其结构特点和反应机理归纳总结了各种反应底物的亲电反应,以期对亲电反应有一个更深入、系统的认识。     

叔膦促进下两种亲电试剂之间的环化反应研究进展

发展环状化合物的高效合成方法对药物分子、天然产物及其他功能有机分子的合成具有重要意义.近年来,叔膦促进下两种亲电试剂之间的环化反应,由于具有原料简单易得、反应条件温和、且无需金属参与等优点,同时为多种碳环及杂环化合物的合成提供了高效的新途径,因而受到了合成化学家的广泛关注.这类反应通常经过叔膦对亲电试剂进行亲核加成,产生两性离子活性中间体这一关键步骤来完成.根据两性离子的不同来源,综述了叔膦促进下缺电子联烯、Morita-Baylis-Hillman烯丙基化合物、缺电子烯烃与其他亲电试剂之间的环化反应.     

自然轨道福井函数和成键活性描述符应用于解释苯硫醌和1,3-二烯的[2+4]和[4+2]环加成反应中的成键机理（英文）

苯硫醌与脂肪族烯烃可以发生[2+4]和[4+2]环加成反应。为了解释这些环加成反应中的成键过程,本文使用了自然轨道福井函数(NOFF)与成键活性描述符。自然轨道福井函数揭示了苯硫醌和脂肪族烯烃的键或轨道的亲电性,表明电子供体的成键轨道和电子受体的反键/成键轨道之间发生了电子转移,然后成环,在这一过程中有两个共价键形成,得到了环状产物。成键活性描述符表明共价键比较容易在一个分子中具有较大f~+_(k1)值的k1原子与另一个分子中具有较大f_(k2)值的k2原子之间形成。自然轨道福井函数与成键活性描述符都可以有效解释苯硫醌与1,3-二烯之间的[2+4]与[4+2]环加成反应的机理。     

车前草中黄酮类成分结构和性质的理论研究

采用密度泛函理论中ωB97XD/6-311+G(2d,p)方法对车前草中的黄酮类化合物进行量化计算研究, 探讨了该类化合物的构效关系. 首先研究了13种车前草中提取的黄酮类化合物(1~13)和已成药的二氢杨梅素(14)的几何结构、 谱学性质及电子结构, 再运用概念密度泛函理论进行反应指数分析, 最后利用药代动力学平台开展了成药性评价. 根据几何结构的分析结果初步推测14种黄酮类化合物的抗氧化能力强弱顺序为10>12≈ 7>13>6>4>14≈9≈8>11>5>3≈2>1. 核磁共振拟合结果表明, 利用该方法得到的核磁位移理论值与实验值吻合度较高(R²>0.95). 分子表面静电势图显示, 14种黄酮类化合物的静电势的极小值点都位于羰基氧附近, 极大值点都位于羟基氢附近, 且B环上对位羟基的极大值>C环和A环羟基极大值. 全局反应性描述符结果显示, 化合物1, 2, 4, 11和12的化学势较低, 电负性、 亲电指数和硬度较高, 说明这5种化合物的稳定性和反应性较好. 通过局部反应性描述符进一步预测了14种黄酮类化合物的亲核/亲电反应位点. 药代动力学结果显示, 化合物1, 3, 4, 6, 12和13的成药性和药代动力学活性较好. 研究结果表明, 化合物4和12最有成药潜力, 可进行更深入的实验研究.     

自然轨道福井函数和成键活性描述符应用于解释苯硫醌和1, 3-二烯的[2+4]和[4+2]环加成反应中的成键机理

苯硫醌与脂肪族烯烃可以发生[2+4]和[4+2]环加成反应。为了解释这些环加成反应中的成键过程,本文使用了自然轨道福井函数(NOFF)与成键活性描述符。自然轨道福井函数揭示了苯硫醌和脂肪族烯烃的键或轨道的亲电性,表明电子供体的成键轨道和电子受体的反键/成键轨道之间发生了电子转移,然后成环,在这一过程中有两个共价键形成,得到了环状产物。成键活性描述符表明共价键比较容易在一个分子中具有较大f_k1⁺值的k1原子与另一个分子中具有较大f_k2^-值的k2原子之间形成。自然轨道福井函数与成键活性描述符都可以有效解释苯硫醌与1, 3-二烯之间的[2+4]与[4+2]环加成反应的机理。     

硝酸甲酯与不同亲核试剂的SN2反应的理论研究

用从头计算和半经验分子轨道ＡＭ１方法分别对系列亲核试剂和硝酸甲酯的电子结构以及它们之间的气相ＳＮ２反应进行了理论研究，揭示了反应过程中体系的结构，能量和电荷的递变规律，由反应活化能得了这些亲核试剂的亲核性次序为：ＯＨ＾－〉Ｆ＾－〉Ｉ＾－〉ＮＯ＾－３〉ＣＮ＾－〉Ｂｒ＾－〉Ｃｌ＾－〉Ｎ＾－３。     

黄精属中两种高异黄酮的理论计算研究

采用密度泛函理论M06-2x/6-311G(d,p)方法对黄精中两种高异黄酮进行结构优化和单点能计算。计算键解离能、电离势、质子离解能、质子亲和能、电子转移能。从三种自由基清除机制的能量比较来看,HAT是解释其自由基清除活性的主要机制。计算气相中两种高异黄酮的HOMO、LUMO、能隙、电负性、硬度与软度等分子描述符,化合物1和化合物2的HOMO与LUMO图相似,HOMO主要集中在A环,表现出A环较强的电子给予能力。LUMO主要集中在B环与C环,该区域得电子能力较强。绘制两种分子的静电势和福井函数图以考察其活性位点。     

饱和碳原子上亲核取代反应中离去基团的影响

在饱和碳原子上的亲核取代反应中,离去基团的影响和溶剂、亲核试剂等一样,既可以影响反应速率,也可以决定反应是按单分子历程还是双分子历程进行;而且它的影响还往往和溶剂、试剂等的影响交织在一起,所以有必要加以深入地讨论。     

Fukui函数和局域软度应用于亲电加成反应的区位选择性的研究（英文）

Fukui函数、局域软度、广义Fukui函数以及广义软度通常被称为反应描述符。使用它们研究和探讨了HCl与不对称烯烃以及溴苯硒与不对称苯乙烯的亲电加成反应的区位选择性。在MP2/6-311++G(d,p)理论水平下,采用有限差分方法计算这些反应描述符,同时也使用ABEEMσπ方法进行了计算。ABEEMσπ模型下的局域软度和广义局域软度,分别结合局域硬-软酸碱(HSAB)原理,得出亲电试剂氯化氢与溴苯硒,更容易进攻不对称乙烯和苯乙烯中的马氏碳原子,符合马氏规则。而有限差分方法不能完全地解释该系列反应的区位选择性。此外,主要产物所对应的马氏碳原子的广义局域软度值,就能够预测出此类反应的活性序列,所得结果与速率常数有很好的关联。