过渡金属铜、金和银催化炔类的密度泛函研究

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本工作应用量子化学密度泛函B3LYP方法,分别对溴化亚铜催化合成Y,δ-炔基-β-氨基酸衍生物和三氯化金、三氟磺酸银催化1,6-二醇联烯炔环化的反应机理进行了研究,分析了影响催化剂催化活性的因素,讨论了催化剂浓度、催化剂配体对反应化学选择性和催化机理的影响,为设计新型的催化剂提供了有价值的理论依据。1.溴化亚铜催化合成γ,δ-炔基-β-氨基酸衍生物反应的密度泛函研究用密度泛函理论的B3LYP方法对CuBr(溴化亚铜)催化合成γ,6-炔基-β-氨基酸衍生物的机理进行了理论计算,得到三条反应路线。对所有过渡态、中间体和产物做了频率分析。通过IRC扫描确认了重要过渡态的正确性。分析了反应中各物种的电荷分布、重要化学键的成键临界点和成环临界点的电荷密度。计算表明在气相和液相下,优势路线的决速步都是胺与炔酯的结合过程;建议的机理能合理解释所有实验现象。2.三氯化金、三氟磺酸银催化1,6-二醇联烯炔环化反应的理论研究:浓度与配体影响用密度泛函理论的B3LYP泛函以及溶剂化模型PCM对金/银过渡金属催化1,6-二醇联烯炔环化反应的机理进行了理论研究,得到了金/银催化反应机理。该机理详细讨论了催化剂浓度、配体、溶剂化效应对反应的影响。计算结果表明,金、银催化机理不同。反应产生Pχ是金催化剂催化体系的优势线路;生成PZ是银催化剂催化的优势线路,它们与实验结果-致。单分子金催化剂催化1,6-二醇联烯炔的所有反应路径需高的活化自由能,双分子金催化剂的参与使所有反应路径的活化能大大降低。这说明产物的化学选择性与催化剂浓度有很大的关系。配体作为质子运输工具参与反应,协助质子转移,进而降低反应的活化能和改变反应的路径。因此配体的合理选择对催化剂的催化效率有重要作用。溶剂化效应对金、银催化机理影响很大,且不同。理论计算给出的机理能合理的解释所有实验现象。
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