取代基对有机金属钽化合物中分子内α-H转移势垒的影响

运用B3LYP方法研究了有机钽化合物中分子内α-氢转移反应, 探讨了不同取代基对α-氢转移反应势垒的影响. 确定了反应物、过渡态和产物的几何构型和反应势垒. 结果表明, 过渡金属钽有机化合物中, 发生α-氢转移的碳原子在过渡态中采用sp2杂化. 取代基对α-氢转移势垒的影响取决于取代基对过渡态中碳原子的未参与杂化的pz轨道上单电子的离域作用. Ta(CH3)4CH(SiMe3)2的α-氢转移反应势垒最低.     

取代基对有机钼化合物中α-氢转移反应势垒和产物稳定性的影响

使用B3LYP方法研究了发生在有机钼化合物R³R⁴Mo(≡CH)(CHR¹R²)和R³R⁴Mo(＝CH₂)(＝CR¹R²)之间的α-氢转移反应, 探讨了R¹, R², R³和R⁴位置上不同取代基对α-氢转移反应势垒和产物稳定性的影响. 研究发现, 金属钼有机化合物中, 发生α-氢转移的碳原子在过渡态中采用sp²杂化. R¹和R²位置上取代基对α-氢转移反应势垒的影响取决于取代基对过渡态中碳原子的未参与sp²杂化的p_z轨道上单电子的离域作用. 当R¹, R²位置是甲基时, 由于碳原子的p_z轨道与甲基的一个C—H键轨道间存在强的超共轭效应, 从而可以较大程度地降低α-氢转移反应的势垒. 研究结果还表明, 当R³, R⁴位置为SiH₃时的反应势垒较低. 所以当R¹和R² 位置为Me, R³和R⁴位置为SiH₃时, 反应势垒最低. 第一个甲基取代R¹或R²位置的H时, 反应势垒降低很大; 第二个甲基继续取代时, 反应势垒的降低约为第一个甲基的一半. 第一个SiH₃取代R³或R⁴位置的甲基时, 反应势垒降低较大; 第二个SiH₃继续取代时, 反应势垒的降低小于第一个SiH₃的一半. 对反应物和产物的相对稳定性的研究表明, 第一个甲基和第二个甲基对产物的相对能量的降低几乎相同; 第一个SiH₃降低产物的相对能量, 但是第二个SiH₃使产物的相对能量升高, 从而抵消了第一个SiH₃对产物的稳定作用.     

取代基对有机金属铼化合物中分子内α-氢转移反应势垒的影响

使用B3LYP方法研究了有机铼化合物R³R⁵(NHR⁴)Re(＝CHR¹)(＝NR²)中分子内α-氢转移反应, 探讨了不同取代基对α-氢转移反应势垒的影响. 研究发现, 可以通过改变取代基来影响过渡金属Re有机化合物中的α-氢转移反应. R¹位置的取代基为Me或CMe₃时, 可以较大程度降低α-氢转移反应的势垒. R²为H时, α-氢转移反应势垒最低. R³和R⁵位置为SiH₃时的反应势垒最低. R⁴为CMe₃时, α-氢转移反应势垒最低. 研究结果还表明, 取代基对于反应势垒的影响有加和性.     

亚甲基环丙烷卡宾的开环与1,2-氢迁移的从头算研究

用从头计算-解析梯度法研究了亚甲基环丙烷卡宾的重排反应。开环重排经Hückel型过渡态,在过渡态前后分别属2电子和4电子反应,取对旋和顺旋方式,遵从4n+2和4n规则。1,2氢重排经迁移氢进攻卡宾碳的空p轨道发生。用RHF/6-31-G^**∥STO-3G方法算得开环势垒为24kJ/mol。1,2氢重排不是开环的竞争反应,其势垒为118kJ/mol。与环丙烷卡宾比较,亚甲基取代未改变其开环反应的类型与机理,但增大开环反应活性。     

镍催化构筑C(sp3)—C(sp3)键反应研究进展

过渡金属催化的偶联反应是构筑C-C键的高效方法,在有机合成中得到了广泛的应用.然而,相对于Heck反应、Negishi偶联与Suzuki偶联等构筑C（sp²）-C（sp²）键的反应,过渡金属催化的构筑C（sp³）-C（sp³）键的偶联反应较难进行,发展较晚.近年来,烷基-烷基C-C键偶联反应受到广泛的重视,一些高效催化剂被开发出来,其中镍催化剂展示出独特的催化活性和选择性.本文将综述镍催化烷基-烷基C-C键偶联反应最新研究进展,主要包括烷基亲电试剂与金属有机试剂交叉偶联反应、导向基参与的C（sp³）-H键活化的偶联反应、镍-光反应催化剂协同催化偶联反应、烷基亲电试剂与亲电试剂的还原偶联反应和镍催化烯烃加成反应等.     

2-磷酸甘油酸脱水反应机理的理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法研究了蛋白质和水环境下2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸的反应机理. 优化得到了反应物、过渡态及产物的几何构型并计算了反应势垒. 研究结果表明: 没有H₂O参与时, 反应需要通过四元环过渡态完成, 反应势垒高达287.7 kJ/mol, 常温下难以进行|有H₂O参与时, 反应可以通过六元环过渡态完成, 反应势垒大为降低|Mg^2＋的参与可使反应势垒进一步降低|蛋白质环境下两个Mg^2＋和一个H₂O的共同作用可使反应势垒降低至91.2 kJ/mol, 从而使反应在常温下容易进行.     

RCH=CH2与过氧甲酸反应的量子化学研究

本文用MINDO/3方法研究了烯烃RCH=CH2(R=H, CH3, CHO和NO2)与过氧甲酸反应的机理。研究结果表明, RCH=CH2与过氧甲酸反应是亲电反应, 在加热条件下较容易进行。乙烯与过氧甲酸反应的过渡态具有局部对称结构; 若R为取代基时, 这种对称性不复存在, 对于R为给电子基, 过氧基的氧偏向与取代基相连的乙烯碳原子, R为吸电子基, 过氧基氧偏向乙烯的另一碳原子; 取代基的给、吸电子能力越强, 过渡态偏离对称结构越显著, 活化势垒降低或升高也越大。     

过渡金属催化的硅烷基C(sp3)–H键活化

有机硅化合物在有机合成、材料化学和药物化学中都有广泛应用.因此,其自身的合成方法学在近年来广受关注.从原子经济性的角度出发,选择性的C(sp³)–H键切断是一种高效经济的合成策略.硅烷基单元在有机化合物中广泛存在,通过对硅烷基中的C(sp³)–H键直接官能团化来合成新的有机硅化合物是一种十分有前景的合成方法.近年来,过渡金属催化的C(sp³)–H键活化成为有机合成研究的热点领域.与肟基、唑啉、吡啶基、酰胺基、羧酸酯基等官能团或是与氧、氮或硫等杂原子相连的C(sp³)–H键的活化研究已有许多报道,但是与硅相邻的C(sp³)–H键活化研究报道很少.本文综述了近年来过渡金属催化的硅烷基C(sp³)–H键切断的研究进展.     

十二氢十二硼酸双(二烷基-5-氨基四唑)盐的晶体结构及性能分析

制备了11种十二氢十二硼酸双(二烷基-5-氨基四唑)盐晶体, 采用X射线单晶衍射仪对其单晶结构进行了表征, 利用EXPLO5软件计算了11种化合物的爆轰性能. 结果表明, 11种化合物的密度在1.097~1.229 g/cm³之间, 当取代基位置相同时, 随着烷基取代基碳原子数的增大化合物的密度下降; 这些盐晶体的空间晶型主要受取代基位置的影响, 晶体结构有三斜晶系和单斜晶系2种; 晶胞尺寸与晶胞内分子数有关, 化合物中阳离子取代烷基中碳原子的个数对与四唑相连的C—N键长无明显影响. 对于同一取代位置的化合物, 生成热和爆热随着烷基取代基的碳原子数的增多而下降.     

水助酮和烯醇类化合物互变异构反应机理的理论研究

采用MP2方法研究了水助MeC(＝O)(CH2R)与MeC(OH)(＝CHR)之间的异构化反应, 确定了相应的过渡态结构并计算了反应势垒. 研究结果表明, 常温下MeC(＝O)(CH2R)与MeC(OH)(＝CHR)之间的异构化反应容易通过2个水分子的参与而实现. 研究结果还表明, 发生质子转移的碳原子在过渡态中采取近sp3杂化. 凡是能够稳定该sp3轨道上的孤对电子的取代基, 都将使质子转移反应的势垒降低, 使异构化反应易于进行.     

水助酮和烯醇类化合物互变异构反应机理的理论研揪靠

采用MP2方法研究了水助MeC(=O)(CH2R)与MeC(OH)(=CHR)之间的异构化反应,确定了相应的过渡态结构并计算了反应势垒.研究结果表明,常温下MeC(=O)(CH2R)与MeC(OH)(=CHR)之间的异构化反应容易通过2个水分子的参与而实现.研究结果还表明,发生质子转移的碳原子在过渡态中采取近sp3杂化.凡是能够稳定该sp3轨道上的孤对电子的取代基,都将使质子转移反应的势垒降低,使异构化反应易于进行.     

大取代茂锆配合物合成及分子内消除反应研究

通过6,6-二烷基富烯与2-MeOArLi进行加成反应, 得到含芳氧取代的环戊二烯基锂盐, 再与取代茂三氯化锆反应, 合成了不对称大位阻取代茂锆配合物RCpCp^oZrCl₂ [Cp^o＝2-MeOArCR¹R²Cp, R¹, R²＝CH₃, C₂H₅, (CH₂)₅, etc.], 所得的配合物均通过¹H NMR, IR, MS和EA鉴定. 在此过程中发现该类配合物能进行分子内消除反应, 脱去苯甲醚得到烯基取代的二氯二茂锆配合物, 该反应为未见文献报道的新反应, 对该反应进行了研究.     

电喷雾串联质谱中苯乙酰苯胺衍生物去质子化离子裂解产生阴离子自由基的机理研究

电喷雾串联质谱中偶电子负离子裂解产生阴离子自由基是一种违反偶电子规则的异常碎裂反应, 但是这种碎裂反应也常常被观察到, 其机理传统上一直被认为是共价键的简单均裂. 针对苯乙酰苯胺及其衍生物(R¹C₆H₄CH₂CONH- C₆H₄R²)的去质子化离子([M-H]^-)裂解生成阴离子自由基这一特殊的碎裂反应提出了一个新颖的反应机理, 即离子/中性复合物介导的单电子转移反应机理. 以化合物3 (R¹＝H, R²＝NO₂)为模型提出的反应机理为, 首先氮上负电荷诱导CH₂—CO键异裂生成[苄基负离子/4-硝基苯异氰酸酯]复合物中间体, 然后复合物中发生单电子转移反应产生4-硝基苯异氰酸酯阴离子自由基. 通过取代基效应研究(电子亲和势分析)、与文献报道的双分子电子转移反应比较和密度泛函理论计算等方法, 新反应机理得到了证明.     

理论研究“受阻路易斯酸碱对”催化的烯醇硅醚氢化反应机理

“受阻路易斯酸碱对”(FLPs)催化的烯醇硅醚氢化反应是一类重要的直接合成醇类化合物的方法, 然而目前其反应机理仍不明确. 基于此, 以乙基取代的全氟苯基硼作为路易斯酸(Et-B(C₆F₅)₂), 三叔丁基膦(t-Bu₃P)作为路易斯碱, 烯醇硅醚化的苯乙酮(Me-TMS)作为底物建立了模型反应, 并使用密度泛函理论系统研究了其催化氢化反应机理. 结果显示: FLPs催化的烯醇硅醚氢化反应从Et-B(C₆F₅)₂和t-Bu₃P形成B-P-FLPs开始, 随后会依次经过H₂裂解, H⁺和H^-转移等过程, 其中H⁺转移为决速步, H^-转移无势垒, B-P-FLPs生成及H⁺转移是吸热反应. 升高温度不利于氢化反应发生, 但是增大压力可促进反应进行. 底物取代基效应会影响H^-转移过程, 可能使反应不发生.     

CpRu(PPh3)2SSiiPr3与SCNR(R=Ph,1-Naphthyl)反应的结构、成键与机理的理论研究

应用密度泛函理论(DFT), 通过CpRu(PH₃)₂SSiⁱPr₃ (Cp＝环戊二烯负离子; ⁱPr＝异丙基)与SCNH模型化反应, 探讨了CpRu(PPh₃)₂SSiⁱPr₃ 与SCNR (R＝苯基, 萘基)的反应机理, 分析了反应所涉及的各相关化合物的结构与成键特征. 反应中首先失去一个膦配体, 生成一个中间体. 该中间体中, 硫原子采取sp²杂化, 硫原子剩余的一个p轨道与金属中心上的d轨道具有相同的对称性, 因而该p轨道上的孤电子对可与金属中心上的d轨道形成π键, 导致Cp环中心, Ru, S1, P和Si原子在同一平面内, 而不是S1, P和Si原子偏离该平面. 计算结果预测, S＝C双键中的p键打开, 生成含金属中心的四元环螯合物一步为反应的决速步骤. 空间位阻的减小、p共轭体系的生成以及螯合环的存在, 是导致该反应热力学有利的重要原因.     

不对称反应的对映体过量值预测

建立了手性催化剂结构与反应产物对映体过量值的定量结构-活性相关性模型, 以辅助苯乙酮不对称氢转移反应的催化剂筛选. 手性催化剂由手性氨醇配体与金属络合物合成, 故采用构象独立手性指数或构象依赖手性指数描述手性氨醇配体, 采用指示变量区分金属络合物, 然后合并2个指数来描述手性催化剂. 通过遗传算法进行变量选择, 采用随机森林法建立数学模型以预测对映体过量值, 测试集的相关系数R²=0.769, 整个数据集的OOB(Out-of-bag)交叉验证结果为R²=0.785.     

烷氧自由基引发1,5-氢原子转移实现C(sp3)—H键官能团化的研究进展

分子内氢原子转移(HAT)是实现远程C(sp³)—H键官能化的有效方法.烷氧自由基作为有机合成中的重要中间体,其参与的分子内氢原子转移反应一直倍受关注.特别是随着可见光催化技术的发展,在温和条件下就可以生成烷氧自由基,为烷氧自由基引发的远程C(sp³)—H键官能团化反应提供了新的平台.综述了近五年来烷氧基自由基产生的不同方法及其引发的分子内1,5-HAT反应在C(sp³)—H键官能团化方面的研究进展.     

气相离子-分子反应B2H3-+CS2——B2H3S-+CS的理论研究

用密度泛函方法B3LYP/6-311++G(d,p)和高级电子相关的偶合簇法CCSD(T)/6-311++G(d,p)研究了气相离子-分子反应B₂H₃^-+CS₂B₂H₃S^-+CS的机理.结果表明,B₂H₃最可能进攻CS₂中碳原子形成三元环中间体,随后通过氢迁移和最终消除CS的反应步骤形成硫原子转移产物H₃BBS^-+CS,反应大量放热且不需要活化能.B₂H₃直接对CS₂中硫原子进攻夺取硫原子的反应方式存在一定能垒阻碍.计算结果有助于深入了解B₂H₃,B₃H-6和B₄H₇^-等缺电子硼氢负离子的反应行为.     

含钼(钨)锡键的四元金属有机杂环化合物的合成与反应研究

通过三苯基锡基-双(3,5-二甲基吡唑)甲烷与羰基钼的反应合成了钼锡键合的四元金属杂环化合物CH(3,5- Me₂Pz)₂Mo(CO)₃SnPh₃ (Pz＝1-吡唑基). 当用叔丁基异腈处理该化合物及其钨类似物时, 伴随着有机锡结构单元的丢失, 金属钼(钨)上发生还原消除并分解得到化合物CH₂(3,5-Me₂Pz)₂M(CO)₃(CNBu-t) (M为Mo或W). 另外, 该化合物与三苯基膦或亚磷酸甲酯及异丙酯反应时, 只发生羰基取代反应得到化合物CH(3,5-Me₂Pz)₂Mo(CO)₂(PR₃)SnPh₃ (R为苯基、甲氧基及异丙氧基). 而用亚磷酸苯酯与之反应, 除得到羰基取代产物外, 还伴随着P-O/C键的交换, 得到金属钼上还原消除的产物(PhO)₂PCH(3,5-Me₂Pz)₂Mo(CO)₃.     

Mn-PNP催化碳酸亚乙酯氢化制甲醇的机理研究

催化氢化CO₂及其衍生物转化为高值化学品甲醇符合“绿色化学”的理念，是CO₂资源利用中最具应用前景的方法之一.本文基于密度泛函理论系统阐明了PNP配位的金属Mn配合物催化CO₂衍生物——碳酸亚乙酯氢化的反应机制.计算结果表明，Mn-PNP首先与氢气反应生成活性催化剂，接着碳酸亚乙酯在Mn—H和N—H物种的协助下经历3次氢化过程得到产物甲醇和副产物乙二醇，其中可能涉及outer-sphere和inner-sphere 2种反应机理，后者的总反应势垒为107.9 kJ·mol^-1,比前者低了27.0 kJ·mol^-1.催化氢化反应沿着inner-sphere路径进行更有利，这可能归因于inner-sphere路径有稳定中间体CH₃O—Mn配合物的形成.进一步探究了配体的取代基效应对金属Mn配合物催化活性的影响，证实强供电子能力的咪唑基团能够增加金属Mn中心的电子密度，一方面不利于Mn—H成键，另一方面可以提高Mn—H物种的亲核性.研究结果为筛选有效催化CO