双环氧乙烷类分子催化烯烃反应的理论研究

【摘要】：光学活性环氧化合物可以合成许多有价值的光学活性材料和药物,也是一类具有良好粘结、耐腐蚀、绝缘高强度等性能的材料,已广泛应用于工业领域,探索制备环氧化合物特别是具有光学活性的环氧化合物一直是有机化学研究的重点。近年来手性酮催化烯烃制取环氧化合物的不对称环氧化反应得到广泛关注,并取得重要进展。微观上研究不对称环氧化反应机理,进一步研究反应历程,解释实验结果,为今后寻找新的催化剂提供理论依据。本论文中我们研究了两种手性酮,运用量子化学方法对其催化的不同烯烃反应机理进行详细的研究和讨论。 第三章应用密度泛函理论研究双乙酸酯类酮催化不饱和酯类和醇类反应的详细机理。计算结果表明该催化反应主要包括两个过程,第一步是催化剂被氧化成双环氧乙烷类分子(二氧杂环丙烷类分子)的反应,第二步是双环氧乙烷类分子催化烯烃的环氧化反应。通过计算找到双乙酸酯类酮被过氧化氢氧化的最优通道,当乙腈与过氧化氢的结合物(CH3CN-H2O2)接近催化剂时,首先生成一个复合物,该复合物上的OH原子向催化剂上C转移的同时,复合物上的另一个O原子向催化剂转移,此过程为协同反应。中间体Int1经过过渡态TS2到双环氧乙烷类分子,这个过程也是协同反应。本文分别找到双环氧乙烷类分子催化反式和顺式肉桂酸甲酯和1-苯基丙烯醇环氧化反应的最佳反应通道。计算结果符合实验上双乙酸酯类酮催化反式肉桂酸甲酯是最有效的结论,通过计算对比双乙酸酯类酮催化不饱和酯类和醇类的不对称环氧化反应,也证明该催化剂催化不饱和酯类的高效性。 第四章应用密度泛函方法研究了N-取代的手性双环氧乙烷类分子催化1-苯基丙烯和1-苯基-1-氟丙烯的不对称环氧化反应,揭示了催化循环的详细机理。氟原子有独特的空间排列方式和电子效应,与无氟取代的烯烃做比较,手性酮催化氟取代的烯烃可能展现出不同的空间排列方式和电子效应。本文研究了两种N-取代的手性酮被氧化后生成双环氧乙烷类分子2a’和2b’,分别是2a’催化顺式1-苯基丙烯和1-苯基-1-氟丙烯的不对称环氧化反应,2b’催化1-苯基-1-氟丙烯的不对称环氧化反应。对比研究了2a’和2b’催化氟取代烯烃的反应机理,ee值等,探究氟原子对反应机理和反应对映选择性的影响。双环氧乙烷类分子六元环上的碳连接的一个氧原子转移到烯烃的双键上,形成环氧化合物,六元环碳上的另一个氧原子键长缩短,形成碳氧双键。此过程有两个反应通道S和R,已经分别找到催化顺式1-苯基丙烯和1-苯基-1-氟丙烯最佳反应通道,找到了最优的过渡态结构,拓宽了底物的范围,也为今后寻找新手性酮催化剂的研究提供了理论依据。 【关键词】：烯烃 不对称环氧化 对映选择性 手性酮 双环氧乙烷类分子 密度泛函理论
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：O643.32
【目录】：

• 中文摘要6-8
• Abstract8-10
• 第一章 引言10-19
• 1.1 论文工作的背景和意义10-11
• 1.2 研究现状及进展11-14
• 1.3 论文的研究内容以及方案14-15
• 1.4 参考文献15-19
• 第二章 理论基础及计算方法19-29
• 2.1 量子化学理论19-21
• 2.1.1 Hartree—Fock 理论19-20
• 2.1.2 分子轨道理论的基本知识点20-21
• 2.1.3 单电子函数的近似21
• 2.2 密度泛函（DFT）方法21-23
• 2.2.1 B3LYP 方法22
• 2.2.2 基组22-23
• 2.3 溶剂效应和自洽反应场(SCRF)理论23-24
• 2.4 过渡态理论（TST）24-25
• 2.4.1 反应途径（IRC）25
• 2.5 优化25-26
• 2.6 参考文献26-29
• 第三章 双乙酸酯类酮催化肉桂酸甲酯和1-苯基丙烯醇的不对称环氧化反应理论研究29-45
• 3.1 引言29-30
• 3.2 计算方法30
• 3.3 结果与讨论30-39
• 3.3.1 过氧化氢氧化双乙酸酯类酮的氧化反应31-34
• 3.3.2 肉桂酸甲酯的不对称环氧化反应34-36
• 3.3.3 1-苯基丙烯醇的不对称环氧化反应36-39
• 3.4 对映选择性39-40
• 3.5 结论40-41
• 3.6 参考文献41-45
• 第四章 N-取代的手性双环氧乙烷类分子催化烯烃的不对称环氧化反应的理论研究45-58
• 4.1 引言45-47
• 4.2 计算方法47
• 4.3 结果与讨论47-54
• 4.3.1 1-苯丙烯和1-苯基-1-氟丙烯的不对称环氧化反应48-53
• 4.3.2 对映选择性53-54
• 4.4 结论54-55
• 4.5 参考文献55-58
• 硕士期间发表的论文和参与的研究项目58-59
• 致谢59

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