Kinugasa反应机理的理论研究

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本论文对Cu催化的Kinugasa反应的机理进行了深入的理论研究,结合前人的实验以及反应机理假设,我们提出了双Cu催化的机理,通过理论计算的方法对一些假设的反应路线进行研究,提出了最佳的反应机理,对实验结果进行了合理的解释。Kinugasa反应是末端炔烃与硝酮化物在Cu(I)的催化下反应,选择性地生成顺式取代的β-内酰胺的过程。反应中,有机碱的加入对产物的对映选择性有重要影响。我们认为Cu催化的Kinugasa反应的历程是通过Cu(I)的催化的[3+2]环加成反应,五元环缩环重排,和选择性质子化三个步骤生成β-内酰胺的过程。在整个催化循环过程中,有两分子的铜参与了整个催化循环,但是两分子的铜分别起到了不同的作用。其中一分子的铜做为催化剂催化[3+2]环加成反应,另外一分子的铜作为路易斯酸与炔烃形成炔铜化物,活化了C≡C键。在我们提出的反应机理中,有机碱的加入首先夺走了炔烃端位的氢,生成炔铜化合物。接着,两分子的炔铜化合物与硝酮进行分步的[3+2]环加成反应。在接下来的缩环重排过程中,经历了一个质子氢的转移过程,五元环断开得到烯酮化物。然后氮原子的孤对电子进攻烯酮化物中缺电子的碳原子,四元环成环得到烯醇化物。由于空间位阻的原因,质子氢在进行亲电加成生成β-内酰胺的过程中,可以选择性地得到热力学上不占优势的顺式取代的β-内酰胺,从而合理地解释了有机碱在反应过程中的作用。除此之外,我们还对比了没有Cu参与的环加成反应过程,以及一分子Cu参与的环加成反应过程,发现两个铜参与的环加成反应历程为最佳的路线。通过理论计算验证了我们设计的反应历程在能量上是比较合适的,此过程为放热过程,整个过程共放出热量335.3kJ/mol,反应的能垒为98.6kJ/mol。[3+2]环加成反应生成六元环的过程是反应的决速步,我们计算的能垒与实验报道的温度可以很好的符合。通过使用两种模型IEFPCM及SMD模型对溶剂化效应进行计算,两种模型计算得到的能垒分别为96.5kJ/mol和93.5kJ/mol,得出溶剂对反应影响不大。
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