卤代杂环芳基炔酮与硝基甲烷环化反应机理的理论研究

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炔酮是C≡C三键与羰基相连的一类化合物,具有很高的反应活性,其可以和亲核试剂或亲电试剂发生反应,成为不同环化反应的合成子,被认为是有机合成中的多功能中间体。炔酮可作为2C,3C或4C合成子参与各种环化反应,生成四元环、五元环、六元环化合物或各种并环化合物。因此,对在过渡金属催化下,或无过渡金属催化下的炔酮参与的环化反应的研究一直是化学合成方面的一个热点方向。深入研究相关反应机理,对于开发炔酮新的反应具有重要意义。本文对无过渡金属催化的硝基甲烷负离子与两类卤素取代的氮杂环芳基炔酮的反应机理进行了深入的理论研究:1)在SMD(CH3OH)-B3LYP/def2tzvp水平上对硝基甲烷负离子与2-卤代吡啶-3-基-炔酮/3-卤代吡啶-4-基-炔酮反应机理进行研究,结果表明,反应机理中包含了Michael加成,1,3-H迁移,环合脱卤,环合中间体脱质子几个阶段。其中,1,3-H迁移和环合中间体脱质子两个阶段中,CH3O-/CH3OH辅助下的H迁移和脱质子机理大大降低了反应的势垒。加成反应阶段和1,3-H迁移反应阶段的势垒较低,因此加成产物可以在室温下生成,环合反应势垒较高,需要在升温条件下发生。在碱性溶液中终产物为酚负离子,会在后处理过程中变为喹啉产物。3-氯吡啶炔酮的氯取代的C原子上的正电荷小于2-氯吡啶炔酮的氯取代的C原子上的正电荷,故3-氯吡啶炔酮环合反应势垒更高。2)在SMD(DMF)-B3LYP/6-311G(d,p)水平上对硝基甲烷负离子/酰基取代的硝基甲烷负离子与邻-氯吡唑基炔酮反应机理进行了研究。结果表明,反应机理主要包括Michael加成,1,3-H迁移,环合脱卤,环合中间体脱质子几个阶段,其中环合反应为速控反应步骤。其中,1,3-H迁移和环合中间体脱质子两个阶段中,CO32-/HCO3-辅助下的H迁移和脱质子机理大大降低了反应的势垒。对于酰基取代的硝基甲烷负离子与邻-氯吡唑基炔酮反应,加成中间体将通过四元环过渡态将酰基迁移到未参与加成反应的原炔酮C原子上,酰基迁移反应的进行,降低了后续的环合脱氯反应的空间位阻,有利于得到芳环四个连续C原子上有官能团的吲唑产物。
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