用DFT方法对Knölker铁催化剂催化氢化反应机理的探讨

来源 :南开大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhy510167943
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由于金属铁(Fe)的低毒性、低价格、绿色可循环等优点,且铁盐和铁配合物也较易得到,故使得Fe在催化领域有着较好的应用前景。近几年研究发现Kn(o)lker铁催化剂对于羰基的催化加氢有较高的催化活性,且反应条件温和,产率也较高,有很好的实用价值。故本文中我们采用密度泛函理论方法(DFT),对Kn(o)lker铁催化剂催化醛的加氢反应做了系统研究,主要内容如下:  在M06/6-311+G(d)(SMD,toluene)//B3LYP/LACVP*(Gas)的理论水平和Gaussian09(B01)软件包下,首先对Kn(o)lker铁催化剂催化HCHO的加氢反应的五种可能机理进行了计算,即两种内圈机理(底物配位到Fe中心)和三种外圈机理(底物不配位到Fe中心),得出外圈的协同一致加氢过程为最优,其溶剂化自由能能垒仅为10.2kcal/mol。同时也对实验中的反应底物PhCOCH3进行了计算,其加氢反应的溶剂化自由能能垒为20.7kcal/mol,与实验值20.2kcal/mol吻合较好。  其次,在同样的理论水平下,以Kn(o)lker铁催化剂催化HCHO的加氢反应机理为基准,讨论了不同的取代基团对醛加氢反应的影响,共考虑了四种不同类型的醛,即脂肪链取代的醛、有空间位阻的醛、甲基和硝基取代的苯甲醛以及卤代醛。从CH3CHO的加氢反应溶剂化自由能能垒13.7kcal/mol到CHF2CHO的7.2kcal/mol,可以看出吸电子基团使得醛的加氢反应能垒大幅度降低,在动力学和热力学上均有利于加氢反应的进行;而给电子基团不利于醛的加氢还原过程。
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