兩個(gè)催化[4+2]環(huán)加成反應(yīng)機(jī)理和立體選擇性的理論研究.pdf

1、不對(duì)稱合成在近幾十年來發(fā)展迅速，且在多個(gè)方面取得了顯著進(jìn)步。眾多經(jīng)濟(jì)節(jié)約，反應(yīng)條件溫和，環(huán)境友好，產(chǎn)率高，立體選擇性好的有機(jī)不對(duì)稱合成反應(yīng)吸引了科研人員的廣泛關(guān)注。本論文運(yùn)用理論計(jì)算的方法對(duì)兩個(gè)不對(duì)稱催化反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的分子水平的研究，研究成果對(duì)幫助人們從分子水平上理解不對(duì)稱催化反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理，以及設(shè)計(jì)新的合成路徑，選擇更高效的可再生催化劑等具有非常重要的理論指導(dǎo)價(jià)值。
　　論文的第一章簡要描述了氮雜環(huán)卡賓(NHC)和胺

2、催化的不對(duì)稱合成反應(yīng)的研究進(jìn)展，第二章介紹了相關(guān)的量子理論知識(shí)和理論計(jì)算方法，第三章和第四章分別詳細(xì)介紹了用密度泛函理論(DFT)方法對(duì)兩個(gè)有機(jī)催化小分子反應(yīng)機(jī)理的理論研究，第五章對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)。以下是關(guān)于這兩個(gè)反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理的簡要介紹。
　　一、NHC催化醛與三氟甲基烯酮[4+2]環(huán)加成反應(yīng)機(jī)理與立體選擇性的理論研究
　　α，β不飽和酮或醛通過NHC催化的[4+2]不對(duì)稱合成生成含有連續(xù)的多個(gè)手性中心的化合物在工業(yè)、生物學(xué)

3、和化學(xué)中均是一個(gè)非常有趣，但同時(shí)也極具挑戰(zhàn)性的課題。最近，Smith課題組報(bào)道了一項(xiàng)非常有意思的研究成果：在溫和的實(shí)驗(yàn)條件下，以醛和三氟甲基取代的α，β不飽和酮為反應(yīng)物，通過NHC催化的[4+2]的環(huán)加成反應(yīng)生成含有兩個(gè)連續(xù)的手性碳的三氟甲基吡喃酮。該反應(yīng)的最大的突破在于實(shí)現(xiàn)了吡喃酮的C(5)位被不同的取代基取代。在本文中，我們首先運(yùn)用密度泛函理論(DFT)研究了這個(gè)催化反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理，然后通過對(duì)產(chǎn)生立體中心的基元步驟中的兩個(gè)關(guān)鍵駐點(diǎn)的

4、扭曲能和吉布斯自由能成分的分析探索了對(duì)映體和非對(duì)映體選擇性產(chǎn)生的根本原因。通過計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)，理論上預(yù)測(cè)的主要產(chǎn)物的立體異構(gòu)構(gòu)型和實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全相符，更為重要的是通過分析我們發(fā)現(xiàn)相對(duì)吉布斯自由能能壘(△△G0298)和相對(duì)焓變(△△H0298)具有很好的相關(guān)性，這表明反應(yīng)的立體選擇性主要源于經(jīng)過不同構(gòu)型過渡態(tài)的焓變，而非熵變(-T△S0298)，的差異。對(duì)取代基效應(yīng)的系統(tǒng)研究為我們推測(cè)的催化機(jī)理提供了進(jìn)一步的的證據(jù)，但是計(jì)算結(jié)果對(duì)吸電子取代

5、基或給電子取代基對(duì)產(chǎn)率的影響方面并沒有給出有效的提示。
　　二、胺催化的烯腈和烯醛[4+2]環(huán)加成反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理和立體選擇性研究
　　本章我們對(duì)胺催化的烯腈和烯醛的[4+2]環(huán)加成反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理和立體選擇性進(jìn)行了詳細(xì)的密度泛函理論研究。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們推測(cè)并設(shè)計(jì)了兩種可能的反應(yīng)機(jī)理（通道A和B）。計(jì)算結(jié)果表明反應(yīng)通道B是能量上占優(yōu)勢(shì)的反應(yīng)路徑，且通道B的整個(gè)反應(yīng)過程分三階段完成：首先是分步的[4+2]環(huán)加成過程生成中間體M