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溶剂不但影响反应的速率、产率,而且还影响反应的选择性,因此溶剂效应在有机化学反应中有着重要的作用与意义。
聚乙二醇(PEG)及其水溶液作为一种可能的新的绿色替代溶剂体系,受到了人们越来越多的关注。近年来随着计算机技术的突飞猛进,也使得溶剂效应的理论研究工作有了长足的进步。本文将PEG400作为溶剂应用于Knoevenagel缩合反应,采用实验与计算模拟相结合的方法,探讨了它对该缩合反应的影响。
本文以PEG400作为反应溶剂,L—脯氨酸作为催化剂,在室温条件下实现了芳香醛与丙二腈、氰乙酸乙酯的Knoevenagel缩合,不仅反应时间较短,而且产率较高。实验中发现L—脯氨酸是重要的催化剂,当反应体系中缺少L—脯氨酸时,芳香醛与氰乙酸乙酯之间的Knoevenagel缩合反应不能发生;随着L—腩氨酸的加入,反应所需时间缩短并且产率提高。实验中还发现带有供电子基团的芳香醛进行反应的产率要比带有吸电子基团进行反应的产率要高。另外,含有L—脯氨酸的PEG400溶剂体系至少可以循环使用三次而反应产率没有明显的降低。
本文还进一步考察了溶剂对Knoevenagel缩合反应的影响。在其他反应条件相同的情况下用常规溶剂水、乙腈、乙醇、二氯乙烷、氯仿和环己烷来替代PEG400进行Knoevenagel缩合反应,发现随着溶剂极性的增加,反应所需时间有不同程度的缩短并且产率也有所提高,但当具有强极性的水作为反应溶剂时效果却十分不理想。
本文采用DFT方法在B3LYP/6—31G*水平上对反应物、中间体以及产物的能量进行了优化计算,同时使用PCM模型研究了溶剂效应对Knoevenagel缩合反应的影响。计算结果表明:1)溶剂在反应过程中发挥了重要的作用,随着溶剂极性的增加,反应物、中间体和产物的反应能量以及溶剂化能都有所降低。2)带有给电子基团的芳香醛进行反应的ΔG298要比带有吸电子基团芳香醛进行反应的ΔG298要低。3)在芳香醛与氰乙酸乙酯进行Knoevenagel缩合反应中,具有E构型的产物的能量要比具有Z构型产物能量要低,这也说明其具有E构型的产物在反应中生成的趋势更大。