【摘要】：過渡金屬催化C H官能化反應(yīng)是選擇性構(gòu)筑C N鍵的有效合成方法,由此獲得的2 吡唑啉類化合物不僅可以應(yīng)用于生物、農(nóng)業(yè)、染料和有機(jī)電致發(fā)光中,而且還是一些抗病毒、抗癌、抗菌等藥物中的重要組成成分。在過去幾十年里,許多貴金屬Pt、Rh、Ru、Au等催化劑催化的C H官能化反應(yīng)得到了很大的發(fā)展,但使用成本高,不易回收限制了其應(yīng)用。銅易與具有優(yōu)良性能的配體形成化學(xué)選擇性高、廉價(jià)、環(huán)保的新型催化劑引起了人們的廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)方法相比,銅催化炔丙基乙酸酯肼化反應(yīng)具有底物簡單且范圍寬,條件溫和,產(chǎn)物的對映選擇性(94%ee值)高等特點(diǎn)。本文采用密度泛函理論B3LYP方法研究了Cu催化炔丙基乙酸酯與肼反應(yīng)的詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理,重點(diǎn)闡述了反應(yīng)過程的能量變化以及一系列中間體和過渡態(tài)的形成,獲得了反應(yīng)進(jìn)行的最優(yōu)路徑,為催化劑的發(fā)展以及實(shí)驗(yàn)研究提供了一定的理論基礎(chǔ)。主要的研究內(nèi)容和結(jié)論如下:首先,活性催化劑CuL對炔丙基乙酸酯進(jìn)行活化,經(jīng)歷一系列氫轉(zhuǎn)移中間體以及乙酸還原消除形成關(guān)鍵中間體累烯基銅。本文通過比較乙酸還原消除的三條不同反應(yīng)路徑,即無溶劑分子參與反應(yīng)路徑ⅠA,N(CH_3)_3分子參與的反應(yīng)路徑ⅠB,以及MeOH溶劑分子輔助的反應(yīng)路徑ⅠC。計(jì)算結(jié)果表明,MeOH分子的參與(反應(yīng)路徑ⅠC)可以將有效反應(yīng)能壘降低5.92 kcal/mol(18.81 vs 24.73 kcal/mol),以催化劑CuL為零點(diǎn)參考。相比之下,N(CH_3)_3參與(反應(yīng)路徑ⅠB)能使反應(yīng)活化能降低更多,為13.33 kcal/mol,以催化劑Cu L為零點(diǎn)參考。其次,對于單取代肼進(jìn)攻累烯基銅化合物的反應(yīng)過程,分別考慮了添加劑N(CH3)3和MeOH的作用。文中分為三條路徑,即路徑ⅡA(無溶劑分子參與反應(yīng))、路徑ⅡB(N(CH_3)_3誘導(dǎo)炔烴去氫)和路徑ⅡD(溶劑分子參與的氫轉(zhuǎn)移)。計(jì)算結(jié)果顯示,甲醇對活化肼的N H鍵起了重要的誘導(dǎo)作用。甲醇分子與肼形成氫鍵O···H-N1得到中間體2f,進(jìn)而發(fā)生C H還原形成中間體2g,即甲醇分子上的羥基氫原子轉(zhuǎn)移到炔烴的ɑ-C上,同時(shí)與N1相連的H原子轉(zhuǎn)移到甲醇的氧原子上。從2g出發(fā),甲醇分子誘導(dǎo)炔發(fā)生1,2 H遷移,然后 NH2進(jìn)攻C1得到一個(gè)五元環(huán)化合物。隨后甲醇分子再次誘導(dǎo)N H鍵斷裂,最后在兩分子甲醇誘導(dǎo)的作用下,N2 H發(fā)生1,3 H遷移生成穩(wěn)定化合物,這與實(shí)驗(yàn)上得到的結(jié)果完全一致。通過比較三條路徑的能量得出,甲醇分子參與的氫轉(zhuǎn)移路徑ⅡD是最優(yōu)路徑。反應(yīng)過程的決速步都是1,3 H遷移過程。本文的研究結(jié)果不僅為理解CuL催化炔丙基乙酸酯與肼的詳細(xì)反應(yīng)路徑提供了理論基礎(chǔ),而且很好的解釋了實(shí)驗(yàn)上添加劑的作用,更是對實(shí)驗(yàn)研究者所提出的可能路徑進(jìn)行了補(bǔ)充和校正。在累烯基銅的形成過程中,N(CH_3)_3分子能夠很好地促進(jìn)乙酸消除。而在單取代肼進(jìn)攻部分,MeOH溶劑分子的參與對于N H鍵的活化和氫轉(zhuǎn)移起了至關(guān)重要的作用。
文內(nèi)圖片：
圖片說明： 山西師范大學(xué)碩士學(xué)位論文催化劑 CuII完成整個(gè)催化循環(huán)。反應(yīng)過程中，在 CuII物種的存在下，通過環(huán)化過一個(gè) CuII的關(guān)鍵中間體。CuII中間體分子內(nèi)的電子轉(zhuǎn)移得到一個(gè)自由基中間體，歷一系列的轉(zhuǎn)化得到雜環(huán)產(chǎn)物。傳統(tǒng)的 CuII/CuI催化環(huán)涉及自由基底物的單電子這是通過 CuII和氧化劑實(shí)現(xiàn)的（特別是有機(jī)過氧化物）。
文內(nèi)圖片：
圖片說明： 圖 1-1 銅催化 C H 官能化反應(yīng)合成雜環(huán)化合物提出的單電子過程反應(yīng)機(jī)理（注：此圖來源于文獻(xiàn) 14）在 2004 年，Li 及其同事[15]報(bào)道了銅催化 Csp3 H 到 N 原子的交叉脫氫耦合反應(yīng)。他們付出了很大努力才實(shí)現(xiàn)了對映選擇性不對稱炔烴與 N 原子形成 C N 鍵。通過這種非對稱方法得到一個(gè)特殊的天然產(chǎn)物和藥用型的手性四氫異喹啉衍生物。使用 NBS（1 溴， 2,5 吡咯二酮）為自由基引發(fā)劑，，2008 年，F(xiàn)u 及其同事[16]開發(fā)了通過銅催化的三級脂肪胺和末端炔烴 C H 官能化反應(yīng)的耦合反應(yīng)。這些反應(yīng)都涉及一個(gè)類似的過程[17]（圖 1-2）。銅催化的 Csp3 H 鍵活化形成亞胺型中間體（與銅配位）。單電子轉(zhuǎn)移（SET）過程是轉(zhuǎn)化的第一步，緊接著亞胺型中間體被銅炔配合物親核攻擊再生銅鹽催化劑和目標(biāo)產(chǎn)物。
【學(xué)位授予單位】：山西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O621.251

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 邵秋宜;高翔;孫培冬;吳世暉;;金屬錫作用下炔丙基碘與醛類化合物的反應(yīng)[J];有機(jī)化學(xué);1991年02期

2 宣云遐,楊玉社,秦圣英,吳江;N-炔丙基胺類化合物的合成[J];化學(xué)研究與應(yīng)用;2003年02期

3 鄧建平;趙偉國;楊萬泰;;螺旋聚(N-炔丙基酰胺)的合成及側(cè)基對螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響[J];高分子學(xué)報(bào);2007年06期

4 陳衛(wèi)兵,劉釗杰;硫代磷酰胺烷基炔丙基酯的合成[J];華中師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1992年03期

5 楊風(fēng)嶺,王宏青,曹宏,劉釗杰;炔丙基硫代磷酸酯的合成與生物活性[J];應(yīng)用化學(xué);2002年09期

6 徐重啟;黃和慶;陳杏松;蔡根生;尹煥章;;炔丙基醇類的催化選擇加氫[J];天然氣化工(C1化學(xué)與化工);1988年02期

7 周常明;陳道勇;;聚溴化炔丙基喹啉及聚溴化炔丙基吖啶的簡便高效制備及其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)表征[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2014年01期

8 崔志明,劉安昌;炔丙基氯的制備[J];電鍍與精飾;2001年02期

9 高洪峰;康萬利;徐斌;吳曉燕;王永建;;4-羥基-4-[2-(炔丙基氧基)苯基]丁-2-酮的合成及晶體結(jié)構(gòu)[J];東北師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年03期

10 戚蘭君;陳莉;崔冬梅;;炔丙基醇類化合物的無溶劑微波法合成[J];浙江化工;2013年04期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張磊;胡宏紋;王少仲;姚祝軍;;一價(jià)金催化的2-炔丙基-β-咔啉選擇性去芳構(gòu)化/傅克反應(yīng)[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第07分會：有機(jī)化學(xué)[C];2014年

2 周常明;陳道勇;;一種簡單無催化劑方法制備聚(溴化炔丙基吡啶)及其對堿性陰離子的熒光增強(qiáng)響應(yīng)[A];2011年全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會論文摘要集[C];2011年

3 劉金剛;高志琪;陶立明;楊海霞;楊士勇;;新型含氟端炔丙基醚單體的合成及其固化研究[A];第十屆絕緣材料與絕緣技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

4 張葵;崔萌;徐大振;黃有;陳茹玉;;Fe-I_2-CuBr促進(jìn)的三組分合成炔丙基胺的新方法研究[A];中國化學(xué)會第26屆學(xué)術(shù)年會有機(jī)化學(xué)分會場論文集[C];2008年

5 王欣;陳國紅;柳凌艷;常衛(wèi)星;李靖;;保護(hù)的炔丙基醇在Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)中的應(yīng)用[A];中國化學(xué)會第26屆學(xué)術(shù)年會有機(jī)化學(xué)分會場論文集[C];2008年

6 楊文灝;牛茂善;王維霞;徐日煒;吳一弦;余鼎聲;;對炔丙基氧基苯基2-VA唑啉的合成及其改性雙酚A苯并VA嗪研究[A];2010年全國高分子材料科學(xué)與工程研討會學(xué)術(shù)論文集（上冊）[C];2010年

7 侯建業(yè);梁永民;;炔丙基碳酸酯的環(huán)化反應(yīng)[A];第十三屆全國催化學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

8 黃文華;董廣萍;;一鍋法合成5-VA唑乙酸酯和5-VA唑乙腈衍生物[A];中國化學(xué)會第28屆學(xué)術(shù)年會第6分會場摘要集[C];2012年

9 金榮華;蔣世鳳;林靜容;田偉生;;16R-溴代孕甾-3S,20S-二醇二乙酸酯與堿的條件可控性反應(yīng)[A];中國化學(xué)會第26屆學(xué)術(shù)年會有機(jī)化學(xué)分會場論文集[C];2008年

10 陳燦;毛春暉;柳愛平;劉興平;;α-甲氧亞胺基-2甲基苯乙酸酯的合成[A];第三屆湖北湖南植保農(nóng)藥學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2004年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 蟬林;漢星復(fù)合催化合成炔丙基磺酸鈉項(xiàng)目通過鑒定[N];醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)報(bào);2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前8條

1 闞君陶;S-炔丙基半胱氨酸對于血管新生的作用及相關(guān)分子機(jī)制的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

2 粟驥;炔丙基化合物參與的含氮雜環(huán)合成[D];清華大學(xué);2012年

3 劉全全;南海和東海磷乙酸酯水解細(xì)菌的生態(tài)研究[D];中國石油大學(xué)(華東);2013年

4 莫寒R

本文編號：2515006