C82与甲亚胺1,3-偶极环加成反应的理论研究

利用半经验PM3方法, 研究了C₈₂与甲亚胺叶立德1,3-偶极环加成反应的机理与区域选择性, 计算结果表明: C₈₂的1,3-偶极环加成反应遵循分步机理, 是一个放热反应; 反应活化能随着所加成键的键长增大而增加, 无论是从热力学还是从动力学方面考虑, 最优先加成的位置是键长最短、张力最大的键.     

1,3-偶极环加成反应修饰卟啉化合物

利用1,3-偶极环加成反应对卟啉大环进行修饰是近年来卟啉研究的一个新热点。环加成产物因在可见光谱长波段范围的特征吸收,在构筑人工光反应体系和用作光动力疗法中的光敏剂等领域有重要应用价值。本文综述了1,3-偶极环加成反应在修饰卟啉化合物方面的研究进展,包括：卟啉作为亲偶极体能与甲亚胺叶立德、硝酮、重氮烷、羰基叶立德、腈氧化物等1,3-偶极子反应生成各种新型杂环稠合卟吩类化合物;卟啉化合物作为1,3-偶极子能与C₆₀等亲偶极体反应,生成β位取代的各种新型卟啉化合物;以及扩展卟啉也可以作为亲偶极体与甲亚胺偶极子发生1,3-偶极环加成反应等。     

C60-吡咯烷衍生物的合成及非线性光学性质的研究

通过富勒烯C₆₀与肌氨酸和有机醛化合物的1,3-偶极环加成反应, 获得了九种含不同有机功能基团的C₆₀吡咯烷衍生物1～9, 用¹H NMR, ¹³C NMR, FTIR, UV-vis和FAB-MS进行了结构表征; 利用皮秒激光光源, 采用z扫描技术测定了分子的三阶非线性超极化率γ⁽³⁾, 结果显示: 化合物3 (γ⁽³⁾＝4.14×10^－33 esu)具有最大的三阶非线性光学系数, 说明增加噻吩共轭链的长度, 使三阶非线性活性增加; 对具有相同共轭链的C₆₀-噻吩吡咯烷衍生物(2, 5, 1和4), 吸电子取代基减小了三阶光学非线性活性, 给电子基增大了三阶光学非线性活性; 同时发现喹啉环2-位键联(7)比4-位(8)有更好的三阶光学非线性活性.     

C78(CH2)2结构和光谱的半经验和密度泛函研究

用INDO系列方法研究C₇₈(CH₂)₂的18种可能异构体，表明最稳定异构体是42,43,62,63-C₇₈(CH₂)₂,其中CH₂加在C₇₈（C_2V）椭球长轴所穿过的同一六员环的两个6/6键上，形成类环丙烷结构。并对最稳定的四种异构体用B3LYP/3-21G方法进行了结构优化,在此基础上, 用INDO/CIS方法计算的C₇₈(CH₂)₂稳定异构体的电子光谱的第一吸收峰和用AM1方法计算的碳笼上的C-C键的主要红外振动频率与C₇₈（C_2V）相比发生兰移，原因是C₇₈(CH₂)₂具有较大的LUMO-HOMO能隙和由于加成带来的共轭体系变小。在B3LYP/3-21G水平上计算的¹³C NMR谱表明,被加成的C-C键上的C原子化学位移向高场移动, 这是因为sp²杂化的C 原子被转化为 sp³杂化的C 原子.     

CH2CO＋CH2的多通道反应的理论研究

利用密度泛函(DFT)和自然键轨道理论(NBO)及高级电子耦合簇[CCSD(T)]和电子密度拓扑(AIM)方法, 对单重态和三重态CH₂与CH₂CO反应的微观机理进行了研究. 在B3LYP/6-311＋G(d,p)水平上优化了反应通道各驻点的几何构型. 在CCSD(T)/6-311＋G(d,p)水平上计算了各物种的单点能量, 并对总能量进行了校正. 计算表明, 单重态CH₂与CH₂CO的C—H键可发生插入反应, 与C＝C、C＝O可发生加成反应, 存在三条反应通道, 产物为CO和C₂H₄, 从能量变化和反应速控步骤能垒两方面考虑, 反应II更容易发生. 对反应通道中的关键点进行了自然键轨道及电子密度拓扑分析. 三重态CH₂与CH₂CO的反应存在三条反应通道, 一条是与C-H键的插入反应, 另一条是三重态CH₂与C＝C发生加成反应, 产物为CO和三重态C₂H₄, 通道II势垒较低, 更容易发生. 最后一条涉及双自由基的反应活化能最大, 最难发生.     

黄酮类化合物与α-羟乙基过氧自由基反应的脉冲辐解研究

由于脂质过氧化反应(LPO)是导致人体疾病(如肝炎、肝硬化、动脉硬化、脑溢血等)的主要原因, 而黄酮类化合物是一类很强的过氧化反应抑制剂, 因此有必要研究其化学结构与过氧化反应的关系及其抗氧化机理.本文选择α-羟乙基过氧自由基为脂质过氧自由基的模拟物, 采用脉冲辐解方法研究了乙醇溶液中4种典型的黄酮类化合物(槲皮素、芦丁、儿茶素以及黄岑甙)与α-羟乙基过氧自由基的反应动力学, 测得其反应活性顺序为:芦丁>槲皮素>黄岑甙>儿茶素. 同时以黄酮体和邻苯二酚为黄酮类化合物不同结构特征的模型化合物, 用脉冲辐解法测得二者与α-羟乙基过氧自由基的反应速率常数分别为(1.7±0.1)×10⁶和(2.9±0.1)×10⁵ mol^-1·dm³·s^-1.实验结果表明, 在黄酮类化合物与α-羟乙基过氧自由基的反应中, A环C₅位的羟基, C环C₂＝C₃或B-C环的大π键和B环邻二羟基共存时清除α-羟乙基过氧自由基活性最好, 而且C环C₂＝C₃或B-C环大π键的清除活性好于B环邻二羟基, 同时C环是否含有C₃-醣甙结构对清除作用没有明显影响. 因此我们推测在黄酮类化合物抑制脂质过氧化反应过程中, 起主要作用的是C环C₂＝C₃或B-C环的大π键与脂质过氧自由基的双键加成反应.     

富勒烯[C60]杂环化合物的合成进展

综述了近年来通过环加成反应合成三元、五元、六元和七元杂环C₆₀衍生物的进展.     

氯化锌催化下C60与枞酸的反应

拟利用枞酸分子中的非同环共轭二烯在氯化锌作用下异构化成具有同环共轭二烯的海松酸结构, 再与C₆₀进行Diels-Alder加成反应, 预测可以得到Diels-Alder加成产物. C₆₀、枞酸及氯化锌在邻二氯苯溶剂中, 在氮气保护下于175～180 ℃反应8 h, 将反应物洗涤后进行硅胶柱层析分离, 采用FT-IR, ¹³C NMR, ¹H NMR和MALDI-TOF-MS等分析方法对反应主要产物进行结构测定, 却意外发现得到C₆₀与枞酸的加成过程中发生了脱羧脱氢反应且产物含有芳环的化学结构.     

C36CH2各种可能异构体芳香性的研究

用键共振能和拓扑共振能方法对富勒烯C₃₆CH₂开环结构中的所有可能异构体及其阳离子和阴离子芳香性进行了研究. 计算结果表明, C₃₆CH₂异构体的稳定性与D_6h和D_2d异构体中各键的键共振能直接有关, 且CH₂基团插入在5/5键时得到的异构体最稳定. C₃₆CH₂的阳离子因其共振能为负值而具有反芳香性. 反之, C₃₆CH₂阴离子因共振能为正值而具有较高的芳香性和稳定性. 从理论上预计C₃₆CH₂的高价阴离子具有很高的芳香性和稳定性.     

氧化腈与丙炔1,3-偶极环加成反应中区域选择性的理论研究

用密度泛函(DFT)B3LYP/6-311＋＋G**方法研究了氧化腈(RCNO, R＝F, NO₂, OCH₃, OH, COOCH₃, CHO, CONH₂, H, CH₃)与丙炔的1,3-偶极环加成反应, 并且计算了不同温度下的反应速率常数, 讨论了氧化腈上不同取代基R的取代效应和温度对反应区域选择性的影响. 结果显示, 氧化腈与富电子亲偶极体——炔烃反应, 5-取代反应占优势; 氧化腈上取代基R为强吸电子基团时或在较高温度下, 有利于4-取代反应的进行.     

1,3-偶极环加成法合成异噁唑啉新化合物及其生物活性的研究

以N-甲羟胺硫酸盐和芳香族羰基化合物为主要原料合成了一系列不同的1,3-偶极化合物, 并合成了四种不同的单取代苯乙烯. 以该系列1,3-偶极化合物和单取代苯乙烯为主要中间体, 采用1,3-偶极环加成反应合成了一系列异噁唑啉类新化合物. 同时研究了1,3-偶极化合物与单取代烯发生的1,3-偶极环加成反应, 该合成过程为理想的绿色反应, 合成产物是5位取代异噁唑啉. 通过质谱和核磁共振等表征了化合物的化学结构. 同时对系列异噁唑啉类新化合物进行了实验室内植物生物活性的测试, 发现了对植物灰霉病有效的新化合物.     

N-甲基-2-(4''-N-乙基咔唑基)-[60]富勒烯吡咯烷及其衍生物的合成, 电荷分离态特征

通过1,3-偶极环加成方法在微波照射下合成了N-甲基-2-(4'-N-乙基咔唑基)-富勒烯吡咯烷(C₆₀-Cz)和N-甲基-2- (4'-N,N-二苯基氨基)-富勒烯吡咯烷(C₆₀-TPA), 用质谱, ¹H NMR, IR等对其结构进行了表征. 用激光光解时间分辨瞬态谱研究了N-甲基-2-(4'-N-乙基咔唑基)-富勒烯吡咯烷的分子内电荷转移过程, 在近红外区观测到了长寿命电荷分离态C₆₀^•--C_Z^•+的存在, 其寿命为0.28 μs. 运用Gaussian 98量子化学程序包, 利用密度泛函的方法对N-甲基-2-(4'-N,N-二苯基氨基)-富勒烯吡咯烷几何构型进行了优化, 并在优化基础上用ZINDO方法计算了化合物C₆₀-TPA的电子光谱, 计算结果表明, 光谱吸收峰在440 nm, 与实验值433 nm基本一致.     

载有C60的TiO2纳米粒子光催化活性

以水溶性C₆₀和TiO₂粒子为前驱体,采用水热法制备了载有C₆₀的锐钛矿型TiO₂纳米粒子。应用X射线衍射、透射电子显微镜、红外光谱、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱对产物进行了表征。以对-硝基苯酚为模型污染物研究了产物的光催化活性,结果表明适量负载C₆₀可以提高TiO₂纳米粒子的光催化活性,C₆₀起着传输电子、促进TiO₂光生载流子分离的作用,且经7次循环使用后对-硝基苯酚的降解效率仍能达到74%。讨论了载有C₆₀的TiO₂纳米粒子光催化降解对-硝基苯酚的机理。     

脱镁叶绿酸-a甲酯的1,3-偶极环加成及其叶绿素衍生物的合成

以脱镁叶绿酸-a甲酯(1)为起始原料, 利用其3-位乙烯基与重氮甲烷的1,3-偶极环加成反应, 得到3-位氢化吡唑取代的脱镁叶绿酸-a衍生物2, 通过热裂解使得3-位吡唑基开环并重排成环丙基. 碱性条件下, 所生成的3-环丙基取代的卟吩3脱甲氧甲酰基后转化成焦脱镁叶绿酸衍生物4. 选用重氮乙烷为另一偶极体与1进行1,3-偶极环加成反应, 则给出2-甲基环丙基取代的立体异构体卟吩5, 同样经过脱甲氧甲酰基处理, 得到焦脱镁叶绿酸衍生物6. 所合成新叶绿素衍生物2～6均经UV, IR, ¹H NMR及元素分析证明其结构.     

N-甲基-2-(4'-N-乙基咔唑基)-[60]富勒烯吡咯烷及其衍生物的合成, 电荷分离态特征

通过1,3-偶极环加成方法在微波照射下合成了N-甲基-2-(4'-N-乙基咔唑基)-富勒烯吡咯烷(C₆₀-Cz)和N-甲基-2- (4'-N,N-二苯基氨基)-富勒烯吡咯烷(C₆₀-TPA), 用质谱, ¹H NMR, IR等对其结构进行了表征. 用激光光解时间分辨瞬态谱研究了N-甲基-2-(4'-N-乙基咔唑基)-富勒烯吡咯烷的分子内电荷转移过程, 在近红外区观测到了长寿命电荷分离态C₆₀^•--C_Z^•+的存在, 其寿命为0.28 μs. 运用Gaussian 98量子化学程序包, 利用密度泛函的方法对N-甲基-2-(4'-N,N-二苯基氨基)-富勒烯吡咯烷几何构型进行了优化, 并在优化基础上用ZINDO方法计算了化合物C₆₀-TPA的电子光谱, 计算结果表明, 光谱吸收峰在440 nm, 与实验值433 nm基本一致.     

(焦)脱镁叶绿酸-a的1,3-偶极环加成反应及其叶绿素类二氢卟吩的合成

以脱镁叶绿酸-a甲酯为起始原料,通过加成、缩合和空气氧化等常见化学反应,在二氢卟吩色基上构建了新的碳碳双键;选择不同的1,3-偶极体与3-位、12-位和外接环烯键进行1,3-偶极环加成反应,完成了一系列具有五元杂环取代的叶绿素类二氢卟吩衍生物的合成,其化学结构均经UV-Vis、IR、MS、1H NMR及元素分析予以证实,并对1,3-偶极环加成反应的区域选择性及其相应的反应机理进行了讨论.     

[η5:σ-Me2C(C5H4)(C2B10H10)]Ru(NCCH3)2与中间炔的反应—— 钌环丁二烯和钌杂环戊三烯配合物的合成与结构

钌可以促使炔烃通过亚乙烯基钌卡宾金属配合物或钌金属杂环配合物的形式发生碳-碳偶联反应, 它的化学性质很大程度上取决于配体的电子和立体特征. 普通环戊二烯基钌配合物可以促使炔烃三聚生成苯环衍生物或使两分子炔烃和一分子含C=X键(X = C, O, S, N等)的不饱和底物发生环加成反应得到杂环化合物. 含桥联碳硼烷–环戊二烯基配体的钌乙腈配合物[η⁵:σ-Me₂C(C₅H₄)(C₂B₁₀H₁₀)]Ru(NCCH₃)₂ (1)表现出与环戊二烯基钌不同的反应性质. 例如, 配合物1与三甲基硅基取代的端炔或中间炔反应可生成含有单或双亚乙烯基有机钌卡宾配合物; 与末端芳炔则通过三分子炔和桥联配体中的环戊二烯基发生加成反应得到含有独特三环结构的有机钌配合物. 以上结果表明, 配体的位阻效应和炔烃的种类都可以影响产物的类型. 本文进一步研究了此钌乙腈配合物1与烷基或芳基取代的中间炔及中间二炔的反应. 配合物1与3-己炔或二苯乙炔在甲苯中于 80 ℃反应可以生成对空气和水稳定的η⁴-钌-环丁二烯配合物[η⁵: σ-Me₂C(C₅H₄)(C₂B₁₀H₁₀)]Ru(η⁴-C4Et4) (2) 或 [η⁵:σ-Me₂C(C₅H₄)(C₂B₁₀H₁₀)]Ru(η4-C₄Ph₄) (3), 此反应相信是通过一个钌杂环戊三烯中间体进行的. 由于这个中间体既不能在反应中被分离到也不能在核磁反应中被监测到, 我们接下来尝试了1和1,6-二炔的反应. 在 1与2,7-壬二炔或3,8-十一碳二炔的反应中成功分离到钌杂环戊三烯配合物[η⁵: σ-Me₂C(C₅H₄)(C₂B₁₀H₁₀)]Ru[=C₂- (Me)₂C₂(CH₂)₃] (4) 或 [η⁵: σ-Me₂C(C₅H₄)(C₂B₁₀H₁₀)]Ru[=C₂(Et)₂C₂(CH₂)₃] (5). 化合物4与5 在甲苯回流温度仍然稳定. 由于位阻效应, 它们也不与苯乙炔、3-己炔、苯基异氰酸酯、二硫化碳以及叔丁基异腈反应. 以上新化合物通过了核磁和元素分析表征, 其中化合物2和4的结构得到了单晶X射线衍射确定. 在化合物2的晶体结构中, 钌原子通过η⁵-键与环戊二烯基配位, σ-键与硼笼相连, 以及η⁴-键与环丁二烯配位, 形成一个平面三角形结构. 在化合物4的晶体结构中, 钌原子通过η⁵-键与环戊二烯基配位, σ-键与硼笼相连, 以及与两个碳卡宾原子配位, 形成一个扭曲四面体构型. 钌与碳卡宾原子之间的键长显示其为Ru=C双键. 在以上实验结果基础上我们提出了1与炔烃反应生成2和3的反应机理: 钌-乙腈配合物通过与炔烃的配体交换反应得到钌-二炔配合物, 进一步氧化偶联得到钌杂环戊三烯中间体, 还原消除反应得到最终产物?钌-环丁二烯配合物. 在1与二炔的反应中, 4和5中的并环结构可以阻止还原消除反应, 从而起到稳定钌杂环戊三烯中间体的作用. 上述实验结果表明, 桥联碳硼烷配体和底物(炔烃)的空间位阻效应都对反应有很大的影响.     

羰基化合物在Si(100)表面[2+2]环加成和α-H裂解反应的选择性

最近研究表明: 丙酮能与半导体Si(100)表面发生[2+2]环加成和α-H 裂解反应形成相应的Si―C键或Si―O键, 在半导体材料的合成方面具有重要意义. 为进一步弄清不同羰基化合物在Si(100)表面的反应机理,本文应用密度泛函理论方法在B3LYP/6-311++G(d,p)//6-31G(d)水平上较为系统地研究了一系列羰基化合物CH₃COR (R=CH₃, H, C₂H₅, C₆H₅)与Si(100)表面的反应. 研究结果表明: 不论是[2+2]环加成反应还是α-H 裂解反应都对应较低的反应势垒(小于25 kJ·mol^-1); 环加成反应的势垒比α-H 裂解反应的势垒略高; 羰基上的取代基对反应势垒的影响较少; α-H裂解反应产物为动力学和热力学控制产物; 对丁酮来说, 1-位和3-位H原子的裂解反应都比较容易, 势垒相差很小. 这些结果表明羰基化合物与Si(100)表面的反应将得到多种产物.     

4-取代-3-烷基-4,5-二氢-1-(3-氯-4-氟苯基)-1,2,4-三唑-5-酮的合成及生物活性

为寻找活性强、作用时间长的新型非肽类血管紧张素II AT₁受体拮抗剂, 从易得原料3-烷基-4,5-二氢-1-(3-氯-4-氟苯基)-1,2,4-三唑-5-酮出发, 经过N-烃化反应、1,3-偶极反应、氢解、水解和酰化等反应, 合成得到一系列4-取代-3-烷基-4,5-二氢-1-(3-氯-4-氟苯基)-1,2,4-三唑-5-酮类衍生物, 总收率为58%～87%, 其结构经IR, ¹H NMR, MS和元素分析确证. 初步药理试验结果表明: 所有目标化合物均有一定的AT₁受体拮抗活性, 其中化合物12d抑制AII诱导的兔主动脉环收缩的IC₅₀值为4.0×10^－9 mol/L, 与阳性药坎地沙坦(candesartan)相当, 具有进一步的研究意义.     

C30卡宾三叶结分子结构与稳定性的理论研究

三叶结分子是最简单的非平凡纽结分子, C₃₀卡宾三叶结分子是由一条闭合的(C≡C—)₁₅ sp杂化碳链组成的, 是具有D₃对称性的拓扑手性分子. 本文用密度泛函方法[DFT/RB3LYP/6-31G(D)]对分子结构和光谱性质进行了研究, 在优化构型的基础上通过自然键轨道(NBO)方法和轨道能级研究了它的共轭性、成键情况和稳定性, 并与平面型C₃₀卡宾环分子进行了比较. 计算结果表明三叶结分子的三叶弧上形成了非平面的C≡C共轭和扭曲的内螺旋结构, 交叉处具有弱成键作用, 且分子轨道也发生了扭曲; 三叶结分子比卡宾环的共轭性和赝Jahn-Teller效应都明显小, 而总能量高. 因此, 分子打结是一个能量升高的过程.