过渡金属钌催化不对称酮氢化及醇脱氢反应的理论研究

摘要

文章对过渡金属钌催化剂催化不对称酮氢化及醇脱氢反应进行了理论研究。主要包括过渡金属钌二膦二胺化合物催化不对称酮氢化反应以及过渡金属钌螯合物催化甲醇脱氢反应等两方面的内容。
　　1.过渡金属钌二膦二胺化合物催化不对称酮氢化反应
　　本论文研究了不对称酮氢化反应对映选择性与催化剂结构之间的关系，建立了25个催化剂结构和对映选择性关系的3D-QSSR模型。所建模型训练集的q2为0.798，r2为0.996，测试集的r2为0.974。由此模型的相关参数，可以判断模型的可靠性和预测性。3D-QSSR模型立体场和静电场给出的信息主要集中在二膦二胺过渡金属钌催化剂的胺配体上，根据模型给出的信息对原有催化剂进行了配体改性，得到一系列新的催化剂。用DFT方法对改性后ee值提高的催化剂进行了理论研究，能量和前线轨道分析的结果表明，DFT与3D-QSSR理论研究结果一致，改性后的催化剂对映选择性有了很大程度的提高，催化剂的活性也有了一定程度的提高。
　　2.过渡金属钌螯合物催化甲醇脱氢反应
　　本文应用DFT方法研究了过渡金属钌螯合催化剂催化甲醇脱氢生成氢气的反应，分别探究了甲醇、甲醛、甲酸脱氢的三个循环过程。其中每个循环包括脱氢和氧气释放两个过程。研究结果表明，对于脱氢过程，甲醛脱氢过程相对较容易，甲醇脱氢次之，甲酸脱氢最难发生。甲醇脱氢过程氢氧根离子的参与使得生成偕二醇阴离子而不是甲醛，这是实验中检测不到甲醛的主要原因。甲醛脱氢过程的快速发生是反应初始阶段就能检测到二氧化碳的原因。对于氢气释放过程，甲醇协助氢气释放的过程相对于直接的氢气释放过程要容易的多。甲醇和甲醛脱氢是按照外层机理发生的，而甲酸脱氢过程既可以是外层机理也可以是内层机理，是外层机理和内层机理的对立统一。甲酸脱氢生成的二氧化碳在氢氧根的作用下生成碳酸氢根，是反应初始阶段PH值降低的主要原因，也是整个反应能够迅速发生的一个非常重要的驱动力。从整体上说，甲酸脱氢的二氧化碳释放过程以及醇助氢气释放过程是整个反应的决速步骤。根据前面的研究结果，DFT计算分析过渡金属钌螯合物的配体和取代基调变效应，主要研究配体调变对二氧化碳释放和氢气释放过程的影响。研究结果表明，配体和取代基调变使得二氧化碳释放过程的能垒降低，相反使得醇助氢气释放过程的能垒升高。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 过渡金属化合物催化不对称酮氢化课题研究进展

1．1．1 过渡金属化合物催化不对称酮氢化反应的发展历程

1．1．2 含有特殊官能团酮的不对称氢化反应机理

1．1．3 简单酮的不对称氢化反应机理

1．1．4 3D-QSAR介绍

1．2 过渡金属螯合物催化醇脱氢课题的研究进展

1．3 本论文的主要研究内容及意义

1．3．1 本论文的主要研究内容

1．3．2 本论文的研究意义及创新点

第二章 过渡金属钌二膦二胺化合物催化不对称酮氢化反应的理论研究

2．1 引言

2．2 计算方法和模型

2．3 结果与讨论

2．3．1 二膦二胺过渡金属钌催化剂的3D-QSSR分析

2．3．2 改性前后催化剂的反应机理研究

2．4 本章小结

第三章 过渡金属钌螯合物催化甲醇脱氢反应的理论研究

3．1 引言

3．2 计算方法和模型

3．3 结果与讨论

3．3．1 甲醇脱氢反应的机理

3．3．2 甲醛脱氢反应的机理

3．3．3 甲酸脱氢反应的机理

3．4 本章小结

第四章 过渡金属螯合物配体结构改性的理论研究

4．1 引言

4．2 计算模型和方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 取代基调变后的催化剂催化二氧化碳释放和醇助氢气释放反应的机理

4．3．2 配体调变后的催化剂催化二氧化碳释放和醇助氢气释放反应的机理

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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