过渡金属Ru（Ⅱ）-N化合物催化酯的氢化反应的理论研究

论文摘要

本文在实验的基础上用密度泛函理论（DFT）中的B3LYP方法，对酯的氢化生成两种醇分别用化合物Ru（Ⅱ）PNN （1）和Ru（Ⅱ）PNP （a）作为催化剂的反应机理从理论上做了研究。并对这两种催化剂的不同催化行为作了对比讨论。1) David Milstein等人对酰胺通过另外一种Ru（Ⅱ）PNN化合物作为催化剂的氢化反应设计了一个反应机理。按照这个反应机理，我们为本论文中的反应过程设计了一个相似的机理。在这个机理中，存在一个配位异构化过程。为了给下一步的氢化反应创造一个空位，反应过程中以生成的醛的配位取代了氮的配位。研究结果发现此过程的活化能太高（44.0kcal/mol）。因此我们认为这个机理在动力学上是不可行的。2) David Milstein等人为本文中用Ru（Ⅱ）PNN （1）作为催化剂设计了一个反应机理。理论计算得出，此反应机理的总的活化能为33.5kcal/mol。3)我们为这个反应设计了一个新机理。相对于以上两个机理我们设计过程的优越之处是生成醛之后接着进行氢气的活化过程（7→TS7-13→13）。计算结果表明，此反应机理总的活化能为30.1kcal/mol。对比发现，我们设计的新的反应机理比DavidMilstein等人设计的第二个反应机理在动力学上稍微更有利一些。应该指出的是，基于计算结果尽管我们设计的反应机理在动力学上是最有利的，但是也不能排除David Milstein等人设计的第二个反应机理的可能性。因为第二个机理的活化能只是比我们设计过程的活化能稍高一点。另外，我们对本文中Ru（Ⅱ）PNP （a）化合物作为催化剂的催化行为也在理论上做了研究。在此只研究了苯甲酸乙酯中的C=O插入Ru-H键的过程。计算结果表明，此过程的活化能为34.2kcal/mol，比用Ru（Ⅱ）PNN （1）作为催化剂反应的总活化能（30.1kcal/mol）要高。因此对本文中的反应来说我们推断催化剂Ru（Ⅱ）PNP （a）比Ru（Ⅱ）PNN （1）的催化活性要低。这与实验事实相吻合（用1产率99%，用a产率10%）。原因是催化剂中Ru-P键事实上比Ru-N键更强。总结，我们为酯的氢化反应设计了一个新的反应机理，这对以后设计类似的新催化反应系统是有帮助的。我们也解释了Ru（Ⅱ）PNN类化合物催化酯的氢化反应比Ru（Ⅱ）PNP类化合物催化活性高的原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 金属有机化学的发展及其重要的研究方向
• 1.2 量子化学的发展及在金属有机化学理论研究中的应用
• 1.3 酯的氢化反应的研究
• 1.4 过渡金属钌螯合物的研究应用
• 第二章 计算的理论和方法简介
• 2.1 密度泛函理论简介
• 2.2 密度泛函理论方法与其他理论计算方法的优越性比较
• 2.3 Gaussian03 程序的内存机组以及含义
• 第三章 过渡金属 Ru（II）-N 化合物催化苯甲酸乙酯的氢化反应机理的密度泛函理论研究
• 3.1 引言
• 3.2 计算方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 催化剂 Ru（II） PNN 的氢化以及酯的转移氢化
• 3.3.2 脱去乙醇的过程以及第二分子 H2的活化过程
• 3.3.3 用乙醇分子稳定的中间体的 H2的活化过程
• 3.3.4 第二分子 H2活化反应的新反应机理和苯甲醇的生成
• 2C（OH）OEt 的生成以及 PhCH2O 的氢化过程'>3.3.5 H₂C（OH）OEt 的生成以及 PhCH2O 的氢化过程
• 3.3.6 催化剂 Ru（II） PNP 的氢化以及酯的转移氢化
• 3.4 结论
• 参考文献
• 致谢