一类有机体系分子内电子转移反应的理论研究

对1984年Miller和Closs设计的有机分子内电子转移反应体系的反应速率常数进行了直接理论计算研究,获得与实验值接近的结果,理论计算结果进一步证明了体系中反转区的存在.     

单电子转移反应

本文对重要有机反应之一的单电子转移过程作了综述。单电子转移反应与极性反应的根本区别在于,前者每次只发生一个电子的转移,而后者通常每次发生一对电子的转移。影响这二种历程的主要因素是反应物的立体因素,电子结构及氧化还原能力。单电子转移按其反应方式又被细分(?)inner-sphere ET (?) outer-sphere ET 二种历程。一些典型的单电子转移反应已被分类介绍。     

光合反应中心原初电子转移机理的理论研究

用量子化学密度泛函B3LYP方法在3-21G水平上计算细菌光合反应中心原初电子给体P960和绿色植物PSⅡ光合反应中心原初电子给体P680的电子结构,然后研究轴向配位的组氨酸残基和周围蛋白质环境的影响,最后探讨其原初电子转移机理。计算结果表明：(1)细菌光合作用反应中心原初电子给体P960-h的HOMO主要是由与M分支相连的组成单元上原子的原子轨道组成,而它的LUMO则两个组成单元上原子的原子轨道都有贡献;PSⅡ反应中心中原初电子给体P680的HOMO和LUMO均主要由与D1蛋白相连的组成单元上原子的原子轨道组成。这些计算结果能够从反应中心最核心的部分-原初电子给体的电子结构方面解释Rps.uiridis反应中心和PSⅡ反应中心原初电子转移只沿一个分支进行的的途径选择性。(2)虽然与细菌反应中心原初电子给体超分子P960的两个细菌叶绿素分子形成轴向配位的组氨酸残基His并未参与超分子P960-h的HOMO和LUMO的组成,但是由于其轴向配位,使得P960-h的ELUMO显著地升高到高于辅助细菌叶绿素和去镁细菌叶绿素的相应值,使得原初电子转移反应能够顺利进行。否则原初电子转移反应很难进行。PSⅡ反应中心的情况,与细菌反应中心十分相似。(3)细菌反应中心辅助细菌叶绿素(ABChlb)中的Mg离子与最近的组氨酸残基His中的N原子的距离和原初电子给体P960中的相应的Mg-N的距离相似,因此同样应该考虑此轴向配位的组氨酸残基,此时原初电子转移反应是沿L分支从P960-h经ABChlb到去镁细菌叶绿素(BPheob)的两步电子转移过程。而PSⅡ反应中心的辅助叶绿素不存在His的轴向配位,这应是与细菌反应中心的重要区别之一,此时原初电子转移应是沿Dl分支从P680-h到Pheoa的一步电子转移过程,但同时也不能完全排除从P680-h到AChla到Pheoa的二步电子转移过程。     

芳香取代反应—ipso取代反应

谈到芳香取代反应,人们立刻会想到芳环上取代基的o~-、p-、m~-位上氢原子的取代反应。然而对另一类反应,即环上取代基本身的取代反应却少为人知。它是起始于试剂对芳环上取代基所在位置(ipso位)的进攻,进而置换了该取代基的反应。称作ipso取代反应。某些研究表明,试剂对氢原子所在位置的进攻与它对ipso位的进攻处于竞争状态,往     

卟啉铁与抗坏血酸均相电子转移反应的动力学和机理

采用电子吸收光谱和光谱－电化学方法研究了中位－四（邻硝基苯基）四苯并卟啉的Fe(Ⅲ）配合物与抗坏血酸在DMF溶液中的均相电子转移反应的动力学和机理。结果表明此电子转移反应来源于抗坏血酸与铁卟啉中心铁离子的轴向配位作用,并将一个电子转移至铁离子。反应速度对铁卟啉和抗坏血酸均为一级,并与抗坏血酸的离解有关。     

取代基对醌的结构及电子转移能力的影响

用半经验的AM1,abinitio(HF/3-21G,HF/6-31G^*),及密度泛函[B3LYP/6-31G^*,B3LYP/6-311G(d,p)]方法对1,4-苯酯及其阴离子的结构与性质进行了研究。在此基础上用AM1及BLYP/6-31G(d,p)方法对泛醌Q~0,用AM1方法对泛醌Q~1,泛醌Q~2及其阴离子的结构与性质进行了研究。研究结果表明,由于取代基的影响,泛醌的环平面发生了扭曲,环上原子不再位于同一平面上。结构的变化导致了电子分布发生了变化,并由此导致了偶极矩随6位上取代基的增大而增大。随着6位支链的增长,泛醌的电离势逐渐减小而电子亲和势逐渐增大,泛醌传递电子的能力增强。在上述研究的基础上,对1,4-苯醌及泛醌的自交换电子转移反应过程进行了过程,计算了反应的内重组能,溶剂重组能及电子转移速率常数。结果表明内重组能的大小与取代基的长短无直接关系,而与得电子前后醌的结构变化程度密切相关。除高频振动的变化外,低频振动的变化对内重组能也有显著的贡献。计算所得1,4-苯醌自交换电子转移反应速率常数与实验值相符得很好。     

光诱导电子转移反应在有机合成中的应用

对近十年来报道的在有机合成中有重要意义的光诱导电子转移反应做了简要的总结. 包括六个部分: (1)光诱导电子转移(PET)反应的基本原理, (2) PET诱导的自由基离子裂解和去保护基反应, (3) PET诱导的加成和环加成反应, (4) PET诱导的环化反应和串联环化反应, (5)不对称PET反应, (6)微反应器中的PET反应.     

镧系元素的电子转移反应（Ⅳ）铽原碲酸根配合物在KOH水溶液中还原反应的动力学和机理

从水溶液中制备了试（Ⅳ）原碲酸根配合物，利用紫外－可见光谱研究了其Ｌ→Ｍ电荷迁移跃迁，探讨了配合物阴离子在ＫＯＨ水溶液中自发还原反应的动力学规律，测出了电子转移过程的动力学参数。根据实验现象及测定结果推出了Ｔｂ４＋原碲酸根配合离子在水溶液中自发还原的机理，并作了验证。     

苯硝化反应中电子转移反应重组能的计算

提出了重组能的量子化学算法,在用CISD/6-31G基组水平上,得到苯硝化反应中反应物及过渡态的结构.并计算了各自交换电子转移反应以及交叉电子转移反应的重组能,同实验重组能进行了比较.计算用了Gaussian 94程序.从重组能的角度分析了苯硝化反应.结果表明,对于NO2++NO2→NO2+NO2+的自交换电子转移反应,重组能较大,结论为: 在芳烃硝化反应中,存在以NO2+为氧化剂的电子转移步骤的可能性很小,而从动力学的角度上,用NO+作反应的氧化剂更有可能.     

[Fe(CN)_6]~(4-)还原trans-[Co(en)_2(ImH_)2]~(3+)的电子转移反应动力学机理

在不同的温度下，考察了六氰合铁（Ⅱ）配阴离子［Ｆｅ（ＣＮ）６］４－还原ｔｒａｎｓ－［Ｃｏ（ｅｎ）２（ＩｍＨ）２］３＋的反应动力学。结果表明，反应遵循Ｈ．Ｔａｕｂｅ所提出的外配位界电子传递机理。在２５℃，Ｉ＝０．５ｍｏｌ·Ｌ－１，ｔｒａｎｓ－［Ｃｏ（ｅｎ）２（ＩｍＨ）２］３＋／［Ｆｅ（ＣＮ）６］４－反应体系的前驱配合物离子对形成常数为Ｑ１ｐ＝９８．９ｍｏｌ－１·Ｌ，电子转换速率常数为Ｋｅｔ＝１．３×１０－４ｓ－１，电子转移过程活化焓ΔＨ≠ｅｔ和活化熵ΔＳ≠ｅｔ分别为１４１．２ｋＪ·ｍｏｌ－１、５７３．５Ｊ·ｍｏｌ－１·Ｋ－１。     

取代二苯醚的新合成反应研究

取代二苯醚是一类重要的高聚物单体，用于制备耐高温塑料、绝缘薄膜以及高强度、高模量、低延伸的液晶纤维等，在国防工业和民用工业上有着宽广的前途。因此研究取代二苯醚的合成方法对我国开发新型的高分子材料有着重要意义。合成取代二苯醚的方法，归纳起来有二     

乙烯基溴化镁与苯基取代氯甲烷的单电子转移反应

本文研究了CH2=CHMgBr(1)与Ph3CCl(2)的反应,反应产物为Ph3CH3(3)(81%),CH≡CH(4)(74%),三苯甲基过氧化物(6)(4%),微量的三苯基丙烯(7)和对二苯甲基-四苯甲烷(8),结果表明1具有还原性,检测反应混合物得到三苯甲基自由基的ESR谱和1-二苯甲叉-4-三苯甲基-2,5-环己二烯(9)4-位氢增强吸收的CIDNP效应,用苯乙烯进行捕获实验只减少3的量而对4无影响。根据实验结果对1的还原性进行了讨论,提出1向2发生单电子转移的反应机理,Ph3C.和.MgBr之间发生S-T0混合,极化的Ph3C.与另一Ph3C.的偶联造成9的极化,由2和Ph2CHCl(10)的接受电子的强弱讨论了1与2及1与10的反应所表现的不同行为。根据Kaptein的符号规则解释了9和四苯乙烷(11)的CIDNP效应。     

氮-二供电子链取代邻苯二甲酰亚胺衍生物的光诱导单电子转移环化反应

含有较短硫醚链和较长聚乙氧基醚链的邻苯二甲酰亚胺衍生物在甲醇溶剂中发生光诱导单电子转移环化反应(SET),以很高的反应区域选择性和很高的产率得到由较短的硫醚链参与构成的环状化合物.所有新化合物均经NMR和EI-MS确定其结构.     

α-甲氧基萘的电子转移光氧化反应

近年来芳烃和杂环化合物的电子转移光氧化反应受到日益的注意^[1-5]。电子转移光氧化反应不仅可应用于很多对¹O₂为惰性的烯烃和芳烃^[1-7],而且对某些¹O₂活性化合物,也可给出与¹O₂反应不同的产物。     

有机共轭体系电子转移反应的溶剂重组能

应用Marcus双球模型计算溶剂重组能λs时,在AM1法优化给受体几何构型基础上,提出了共轭体系电子云分布的扁球模型,并用统计的方法求出了rD/A.同时依照Miller等的处理办法,结合其他理论及实验证据将电子转移交叉反应中联苯分子的扭转能计入溶剂重组能λs中,从而用实验速率常数拟合出含扭转能的λs值.此实验拟合值与扁球法得到的λs计算值吻合得很好.通过比较理论值与实验值,发现了给受体间距的大小、受体分子的变化、溶剂的不同对λs计算值相对λs实验值的偏差的影响,直接证实了电子给受体的耦合作用,溶剂分子参与的超交换电子转移及溶质溶剂分子表面相互作用等量子因素造成的实际反应体系对溶剂经典连续介质模型的偏离.     

N-(末端三丁基锡取代基)酰亚胺的光诱导单电子转移成环反应

合成了两种新的分子内给受电子体系N-[2-(2-三丁基锡甲硫基)乙基]邻苯二甲酰亚胺(1a)和N-(3-三丁基锡丙基)马来酰亚胺(1b),并在甲醇、乙腈-30%水、乙腈中进行了光诱导单电子转移反应.化合物1a在光诱导下发生分子内单电子转移反应,以很高的产率和区域选择性生成环胺醇2.化合物1b在光诱导下发生分子内单电子转移反应生成环胺醇3,同时有[2+2]环加成副反应产物4生成.以上所有新化合物的结构经质谱和核磁共振谱验证.     

细菌光合反应中心Q~A和Q~B间电子转移反应的量子化学研究

用量子化学半经验的AM1和密度泛函DFT(BELYP/6-31G(d))方法分别优化了质体醌MQ1(Q~A)、泛醌UQ1(Q~B)及其阳离子自由基的结构。用Nelsen方法计算了电子转移反应MQ1-UQ1→MQ1UQ^-~1的内重组能λi。用线性反应坐标方法构造了该电子转移反应的双势阱,两透热势能面在反应坐标R≈0.30处相交。对该电子转移体系进行闭壳层的单点计算,并用Koopmans定理计算了体系的分裂能△,得到△随线性反应坐标R的变化关系。结果表明,在R=0.342处△有一极小值,从而得到该电子转移反应的电子转移矩阵元Vrp,并由此确定了反应的过渡态。在此基础上,用两球模型计算了反应的溶剂重组能λ0。本文还计算了该电子转移反应的活化自由能△G。最后,根据Marcus电子转移理论计算了该反应的速率常数ket为5.93×10^4s^-^1,由此得到该反应的半衰期与文献报道的结果一致。