铑催化芳香腈硼化机理的理论研究和AUl催化炔丙基磷酸盐转化为1.3二烯理论研究

摘要

用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法研究了两个课题,第一个课题是关于芳氰在铑作催化剂条件下与二硼反应生成芳香硼机理研究。第二个课题是关于用 AuI作催化剂催化炔丙基磷酸盐转化为1,3二烯反应机理的理论研究。
　　(1)芳香硼酸和其衍生物是现代有机合成反应过程中重要的中间体。因为官能团的容忍性、化学选择性,区位性和立体选择性在催化反应中能够很好体现,所以催化方法意义越来越重大并且引起人们广泛关注。2012年,Tobisu和其工作者成员报道了一类新的关于芳氰硼化反应,反应催化剂是铑(I),这个发现激发我们对此反应机理进行研究。
　　1)铑(I)作催化剂,通过断开碳氰键使芳氰硼化,硼化反应机理是在密度泛函理论方法下研究的。通过理论计算发现硼化反应过程中,铑硼代替铑氯做催化剂反应更有利,因为反应过程中生成的化合物铑芳和中间产物氯硼发生氧化加成在热力学上是不利的。
　　2)另外芳炔和芳乙烯在铑(I)作催化剂条件下硼化是我们设计的两个新反应,我们是用密度泛函理论讨论这两个反应的可行性。计算过程中发现芳炔硼化反应不是很有利,因为计算过程中发现芳炔插入反应生成的中间体掉到一个很深的势阱里,与此相反,在同样的条件下芳乙烯硼化反应是可行的。芳乙烯硼化反应的建立对有机化合物的硼化起到了推动作用,同时丰富了有机硼化学的发展。关于芳氰、芳乙烯在辅助配体条件下发生硼化反应工作在研究中。
　　(2) Gevorgyan和其工作组发现含溴炔丙基酯在一定条件下发生异构化生成顺反产物1,3二烯,同时发现在 AuI和其他催化剂作用下,通过二甲基磷酸酯基团(phosphatyloxy)和溴原子分别发生1,3迁移完成异构化过程。在本论文中,我们是利用密度泛函理论研究立体控制二甲基磷酸酯基团和溴原子接力发生1,3迁移生成具有极强官能团性质产物的迁移反应机理。在研究过程中我们用甲氧基代替反应物中乙氧基,反应所用催化剂为 AuI,理论研究结果如下。
　　1)我们通过理论计算研究了二甲基磷酸酯基团两种不同的迁移路径,第一个路径是二甲基磷酸酯基团1,3迁移,另外一条路径是先1,2迁移再2,3迁移。通过过理论计算和分析发现无论是热力学还是动力学二甲基磷酸酯基团进行1,3迁移上都是有利的,这个结论和实验结果保持了一致。
　　2)关于溴原子迁移,我们提出了两种可能的反应路径。其中一个是 Gevorgyan工作组提出的溴原子1,3迁移,另外一个是我们提出的1,4和4,3迁移。经过理论计算发现Gevorgyan和其工作组提出的机理比我们提出的机理稍微有利,因为前者反应路径中最高点的过渡态能量比后者最高点过渡态的能量低1.8 kcal/mol。
　　3)在计算过程中发现溴原子迁移方式的不同是生成顺反异构体的主要原因。生成顺式1,3二烯过程中溴原子迁移所经过渡态的能量比生成反式产物过程中过渡态的能量高,计算结果很好的和实验保持了一致,即反应过程中反式产物产率比顺式产物产率高。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章前 言

1.1 引言

1.2 本论文研究的主要内容

第二章 理论计算化学和密度泛函理论

2.1 理论计算化学简介

2.2 密度泛函理论

第三章 铑催化芳香腈硼化机理的理论研究

3.1 引言

3.2 计算方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 铑硼物质的形成

3.3.2 氰硼化合物的形成

3.3.3 产物芳硼的形成和催化剂 Rh-B 的再生

3.3.4 芳炔硼化的研究

3.3.5 芳乙烯硼化反应机理的研究

3.4 结论

第四章 AuI 催化炔丙基磷酸盐转化为 1,3 二烯理论研究

4.1 引言

4.2 计算方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 OPO(OMe)2二甲基磷酸酯基团的 1,3 迁移

4.3.2 中间体 4 中溴原子 1,3 迁移

4.3.3 溴迁移生成顺反异构体的其它路径

4.3.4 文献相关反应机理研究

4.4 结论

参考文献

致谢