Cu（Ⅰ）催化多米诺反应机理的理论研究

论文摘要

可持续发展理念指导着人们的科学技术活动,并已经逐渐成为人们研究热点。在有机合成领域,可持续发展的理念可以表现为：采用更加温和的反应条件,高收率,高选择性地合成目标化合物,以降低能耗及副产物的生成。因此,在金属有机化学领域推行可持续发展是发展廉价、高效、环保的金属催化剂及研究和开发连续反应过程。本文基于密度泛函理论（DFT Density function theory）,利用Gaussion03在B3LYP/6-31+G（d）基组水平上（Cu采用了赝势基组LanL2DZ, Br、I采用赝势基组MIDIX）来优化所有反应物、中间体、过渡态和产物的分子几何构型,并计算了其优化构型下的频率,通过频率判断中间体和过渡态的真实性。本文研究了Cu（Ⅰ）催化“一锅法”合成六氢氮杂卓衍生物和多米诺反应合成吲哚的反应机理。本文第一部分研究了Cu（Ⅰ）催化的“一锅法”合成六氢氮杂卓化合物反应的微观反应机理,并详细研究了反应的控速步骤。在没有Cu（Ⅰ）催化剂时,反应的活化能为247.33kJ/mol,而在Cu（Ⅰ）催化下,反应活化能为151.38kJ/mol,与没有催化剂Cu（Ⅰ）相比,反应活化能降低了95.95kJ/mol,说明了Cu（Ⅰ）催化剂有利促进了反应的进行,这与实际实验中没有催化剂Cu（Ⅰ）反应无法进行结果相一致。同时在该反应机理的研究过程中我们找到十个中间体和六个过渡态。本文第二部分对吲哚类化合物的研究现状及一些经典人名反应的机理进行了全面的介绍,重点介绍了过渡金属催化吲哚反应机理。在前人研究基础上,我们通过密度泛函理论（DFT）研究了单一的Cu（Ⅰ）催化多米诺反应合成吲哚的反应机理。从炔铜出发,先与邻溴三氟乙酰基苯胺上的卤素发生C-C偶联反应,形成催化活化稳定中间体,利用金属的吸氢效应进行电子转移发生加成反应。在该反应机理的研究中我们找到六个反应中间体和三个过渡态。同时对该反应的微观机理我们进行了详细的说明,很好的解释了催化剂Cu（Ⅰ）的作用本质。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 过渡金属铜催化的偶联反应
• 1.1.1 Glaser偶联反应
• 1.1.2 Ullmann反应
• 1.1.3 Castro-Stephens偶联反应
• 1.2 C-O偶联反应
• 1.3 C-N偶联反应
• 1.4 Cu催化多米诺偶联反应
• 1.5 本文研究的意义
• 第2章 Cu（Ⅰ）催化“一锅法”合成六氢氮杂卓衍生物反应机理的研究
• 2.1 研究的背景
• 2.2 计算方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 Cu催化反应机理的理论研究
• 2.3.2 反应中间体的前沿分子轨道
• 2.3.3 第二步控速偶联反应没有催化剂CuⅠ的反应过程
• 2.4 本章小结
• 2.5 参考文献
• 第3章 Cu（Ⅰ）催化多米诺偶联反应合成吲哚的理论研究
• 3.1 引言
• 3.2 吲哚合成方法的反应机理研究
• 3.2.1 Fischer吲哚法
• 3.2.2 Bischer吲哚法
• 3.2.3 Leimgruber-Batcho合成法
• 3.2.4 过渡金属催化吲哚合成的反应机理的研究
• 3.3 过渡金属Cu催化合成吲哚研究
• 3.3.1 结果与讨论
• 3.3.2 Cu催化的反应机理的分析
• 3.4 Cu催化生成吲哚反应各驻点的前沿分子轨道
• 3.5 本章小结
• 3.6 参考文献
• 第四章 结论与展望
• 4.1 主要结论
• 未来工作
• 致谢
• 硕士期间研究成果