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根据取代基位置的不同,本文研究的二取代乙二胺包括N,N-二取代乙二胺与N,N’-二取代乙二胺,是乙二胺的两种不同的取代衍生产物。由于结构与性质的特殊性,二取代乙二胺做为合成中间体和药物中间体在化学合成、催化、药物和医学等领域具有广泛的应用前景和应用价值。本论文在分析相关文献的基础上,实验合成了需要的目标产物,并在此基础上,对相关反应进行了量子化学计算,所有计算均是在Gaussian 03上完成,计算方法采用密度泛函理论,计算模型为B3LYP杂化模型,计算基组采用6-311+G(d)。输入文件及结果分析采用GaussView 5.0.8。首先,本论文对Delepine反应进行改进,以N,N-二取代乙醇胺为原料,经过氯化和氨化,分别制备了 N,N-二异丙基乙二胺(收率为81.07%)、N,N-二甲基乙二胺(收率小于37.80%),并同时采用类似的方法合成了乙二胺(收率小于1%)进行对比实验。研究结果显示,不同的取代基对反应效果影响很大,取代基的空间体积越大,目标产物的收率越高。为了进一步解释实验现象,我们对反应过程进行量子化学计算分析。首先,我们对反应过程中涉及到N,N-二取代氯乙胺与乌洛托品进行了结构优化和HOMO、LUMO分析,结果显示N,N-二取代氯乙胺存在自身缩合的可能。然后,我们进一步对N,N-二取代氯乙胺与乌洛托品生成季铵盐的反应过程(主反应)和N,N-二取代氯乙胺自身的缩合反应(副反应)进行分析。结果表明,不同取代基对主反应的影响较小,但对于副反应具有较大的影响,随着取代基的空间体积的减小,主副反应之间的反应能垒逐渐接近(由44.81 KJ/mol至14.78KJ/mol再到11.26 KJ/mol),导致目标产物的收率降低,这与实验结果一致。同时,我们采用PCM模型,以甲醇为溶剂,对该反应体系进行了溶剂效应的考察,结果显示,所有分子的能量及反应能垒均降低,但是降低的幅度不同,并且最终的结论与无溶剂时一致,即主副反应之间的能垒差值越来越小(由32.85 KJ/mol至5.57 KJ/mol再到0.19 KJ/mol)。实验与量子化学计算结果均说明,只有取代基的空间体积足够大(如取代基为异丙基时),采用本方法才能获得较高的目标产物收率。接着,本论文采用伯胺与二氯乙烷的N-烷基化反应合成N,N’-二取代乙二胺,该方法具有反应步骤简单,原料来源广泛和易于工业化的特点。首先,我们以叔丁胺与二氯乙烷的反应为模型反应,得到最佳的操作条件,即伯胺与二氯乙烷的摩尔比为5:1,反应温度100℃,反应时间6h,少量水。然后将该反应体系应用到其他伯胺,如异丙胺、正丁胺、苯胺与苄胺,结果显示相同条件下,不同取代基的伯胺具有不同的反应收率,其对应的收率为叔丁胺(78%)>苄胺(74%)>苯胺(70%)>异丙胺(48%)>正丁胺(36.7%),此时苯胺对应的反应中二氯乙烷并没有完全转化。我们进一步对不同伯胺的操作条件进行了优化,结果显示不同取代基的伯胺具有不同的最合适反应条件,在该条件下,对应的收率为苯胺(84%)>叔丁胺(78%)>苄胺(74%)>异丙胺(64.3%)>正丁胺(56%)。基于对反应过程的分析,实验结果说明不同伯胺的收率与最佳操作条件均与它们的反应活性有关,即反应活性越高,相同条件下的收率越低,同时其最佳操作条件越温和。为了对实验现象进行解释,我们采用Gaussian 03软件,首先对反应所涉及的伯胺进行NBO,EPS及Scan计算,从伯胺的亲核性与可进攻性对其反应活性进行分析,结果显示不同伯胺的反应活性顺序为正丁胺>异丙胺>叔丁胺、苄胺>苯胺,与实验结果基本一致。然后采用OPT=TS及IRC计算对伯胺与二氯乙烷的反应过程进行分析,结果表明,对于所有伯胺,第一次亲核取代过程为速度控制步骤,该过程的反应能垒均高于第二次,这可以解释反应体系的中间产物浓度很低的实验现象,同时采用该步骤的能垒数值比较伯胺的反应活性,顺序为正丁胺(122.044 KJ/mol)>苄胺(123.101 KJ/mol)>异丙胺(124.496 KJ/mol>叔丁胺(128.563 KJ/mol)>苯胺(141.766 KJ/mol),可以看出,除苄胺外,其他伯胺的活性顺序与实验结果基本一致。此外,我们在计算体系中引入水分子,结果显示水分子的存在能够显著降低控速步骤的反应能垒,此时的反应活性顺序为苄胺(101.746 KJ/mol)>正丁胺(103.258 KJ/mol)>异丙胺(106.401 KJ/mol)>叔丁胺(109.906 KJ/mol)>苯胺(128.310 KJ/mol)。同时,水分子的存在也能够降低反应产物的能量,这可以进一步解释反应体系中水对反应的促进作用。本论文对二取代乙二胺的合成进行研究,并将实验结果与量子化学计算结果进行对比分析,得到的结论如下:一、N,N-二取代乙二胺可以采用改进的Delepine反应来制备,但是取代基的空间体积要足够大,才能保证较高的收率,这可以通过量子化学计算结果进行解释说明。二、N,N’-二取代乙二胺的合成通过伯胺与二氯乙烷的反应可以实现,但是不同伯胺具有不同的收率和最佳操作条件,我们通过量子化学计算对实验现象进行了解释,并得到与实验结果基本一致的计算结果。本论文的工作可以一方面用来实验合成二取代乙二胺,另一方面采用量子化学计算的方法,从理论上对实验现象进行解释说明,能够帮助加深对二取代乙二胺的合成反应的理解,以及提供了以理论计算结果对实验结果进行预测的可能。