论文部分内容阅读
金属有机催化、酶催化和有机小分子催化是不对称催化领域的三大支柱。其中,有机小分子催化反应具有经济、实用和环境友好等优点而受到越来越多的关注。按照催化剂在不同反应中扮演的角色不同,有机小分子催化剂主要分为路易斯酸、路易斯碱、质子酸和质子碱四类。在本论文中研究的反应就是路易斯碱催化不同类型的环化反应:异硫脲催化苯乙酸与亚烷基吡唑啉酮的[2+4]环化反应、氮杂环卡宾催化2-溴烯醛与N-Ts腙的[3+4]环化反应和DABCO催化环丙基酮的分子内扩环反应。论文第一章主要对理论计算方法及常用的几种路易斯碱进行了简单介绍。第二章是对异硫脲催化苯乙酸与亚烷基吡唑啉酮的[2+4]环化反应的理论研究。计算结果表明,该反应的步骤包括异硫脲与底物的络合,t-BuCO2–基团的解离,酰胺阳离子中间体α-碳的去质子化,[2+4]环加成过程以及异硫脲的解离过程。[2+4]环加成中的C–C成键步骤为立体选择性决定步骤,生成RR构型产物的途径在能量上最占优势,这与实验观察结果一致。对C–C成键步骤过渡态的扭曲能/相互作用能和非共价相互作用（NCI）分析揭示了苯乙酸与亚烷基吡唑啉酮反应的立体选择性的起源。全局反应指标（GRI）和Parr函数分析表明异硫脲增强了苯乙酸的亲核性。通过计算分析不同异硫脲催化剂的活性位点（氮原子）发现中心氮原子的亲核性越强反应的活化能越低。第三章是对氮杂环卡宾催化2-溴烯醛与N-Ts腙的[3+4]环化反应的理论研究。计算结果表明在该反应过程中形成C–C键的步骤是速率和立体选择性决定步骤,SR构型产物是主要产物,这与实验结果一致。非共价相互作用分析发现强C–H···O和C–H···π相互作用是控制反应中立体选择性的关键因素。局部反应指标分析阐明了该反应主要进行[3+4]环化反应而不进行[3+2]环化反应的缘由。全局反应指标分析表明NHC催化剂的主要作用是促进2-溴烯醛的C–Br键活化,这与常见的NHC在催化烯醇的环化反应中的极性反转作用不同。第四章研究了1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷（DABCO）催化环丙基酮分子内扩环反应的反应机理和化学选择性。计算结果显示反应路径包含两个步骤:（1）DABCO亲核加成环丙基酮使其开环;（2）闭环生成五元环扩环产物。全局反应指标和非共价相互作用分析揭示了催化剂的作用以及化学选择性的起源。对不同催化剂（即三环己基膦（PCy3）、三苯基膦（PPh3）、三丁基膦（PBu3）、4-二甲氨基吡啶（DMAP）和1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯（DBU））催化环丙基酮扩环反应的理论计算结果表明,胺类催化剂的亲核性越强则该反应的能垒越低。第五章是对于以上工作的一个总结,并对未来可能开展的一些研究进行了展望。