溶剂效应对若干有机反应影响的研究

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溶剂效应在有机反应中起着很重要的作用,选择合适的溶剂不仅可以加快反应速率,而且可以提高反应产率,因此溶剂效应的研究受到了广泛的关注。随着实验手段的日益更新以及计算机技术的长足进步,溶剂效应的研究也日益步入新的阶段。本论文以实验和理论计算为手段,探讨了溶剂极性对有机反应的影响,主要内容和结果如下:1、理论和实验研究了常规溶剂对两类有机反应的影响:①运用DFT方法在B3LYP/6-31G*水平上研究了Hilbert-Johnson反应中差向异构的选择性。本文在前人研究的基础上,提出了一条新的反应机理。计算结果表明,反应是通过一个碳正离子中间体进行的,且邻基参与效应有利于反应中碳正离子的生成。该新的反应机理决定了反应过程中β体是主要的生成物,这和前人提出的观点完全不同。同时本文用PCM模型研究了水、乙腈、乙醇、1,2—二氯乙烷和正庚烷对反应的影响。计算结果表明,溶剂的极性在反应过程中发挥了很重要的作用:随着溶剂极性的降低β体与α体的比值将随之增大。这一量子化学计算结果也得到了实验的验证。②量子化学和实验研究了N-(4-羟基环己基)-乙酰胺顺反异构化机理。通过DFT方法验证了N-(4-羟基环己基)-乙酰胺顺反异构化机理的合理性。用PCM模型研究了溶剂效应对反应的影响:随着溶剂极性的增强,反式异构体与顺式异构体的比值将随之增大。同时用计算方法指导实验得出了实验的最佳条件,并用实验验证了计算结果。理论计算和实验方法相互验证,对实际工业生产有很重要的指导意义。2、理论和实验研究了离子液体对若干有机反应的影响。离子液体作为一种新的绿色替代溶剂和催化体系,被广泛用于分离、电化学、化学反应等很多方而。本文用量子化学和实验方法研究了离子液体在Knoevenagel缩合反应、芳香化合物的氯甲基化反应、米氏碱[4,4′-亚甲基二(N,N-二甲基苯胺)]的制备反应、硝基烯烃的制备反应等有机反应中的应用。①在咪唑类离子液体中进行L-脯氨酸催化的Knoevenagel缩合反应,反应速率和反应产率都有大幅度提高;将L-脯氨酸和离子液体回收反复使用四次但产率并没有显著的降低。在研究此反应的过程中,我们也发现对于带有供电基团的芳香醛反应比带有吸电基团的芳香醛反应产率要高,这和在常规有机溶剂中的反应结果完全不同。本文通过量子化学计算来解释了该反应现象,同时也从实验和理论两方面证明了反应溶剂极性对反应的影响,溶剂极性越大,该反应产率越高。②咪唑类离子液体用于芳香化合物的氯甲基反应。实验表明,该类离子液体能有效地促进芳香化合物的氯甲基反应。该方法操作简便,环境友好,产率高,而且离子液体容易回收再用。本文还从机理上对离子液体提高反应产率的原因进行了较为详细的探讨,计算结果表明溶剂的极性增强有利于化合物的稳定性,强极性的溶剂有利于反应的发生,因此加入适当的离子液体其实是增强了反应溶剂的极性从而达到了提高反应产率的目的。③在米氏碱[4,4′-亚甲基二(N,N-二甲基苯胺)]的制备反应中,以离子液体为溶剂,可以提高反应产率,且反应操作简单。米氏碱[4,4′-亚甲基二(N,N-二甲基苯胺)]的制备反应是通过电子转移反应机理进行的,本文从机理上探讨了溶剂效应对该反应的影响,结果表明溶剂极性增强有利于化合物的稳定性,因而强极性的溶剂有利于反应的发生。因此以离子液体为溶剂可以提高反应产率。这一规律也证明了离子液体有利于电子转移反应。
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