区域选择性地电化学氧化自由基参与的邻位-(4+2)/原位-(3+2)环化

碳环化合物,特别是五元环和六元环骨架,广泛存在于天然产物和生物活性分子中.Diels-Alder环加成反应是构建这些功能型分子的有效方法,但其底物适用范围有限,且反应条件(如热、微波和过渡金属的使用)苛刻,限制了该方法的应用.自由基物种含有不成对的价电子,表现出高活性,在温和的反应条件下提供了新的反应途径.因此,自由基介导的反应为复杂环状分子的合成提供了一个新平台.然而,如何实现选择性自由基环化仍然是一个挑战.鲍德温规则为自由基物种与烯烃炔烃的加成提供了指导,研究人员设计并开发了一系列反应模式构建所需的五元和六元环分子.但是,自由基物种,特别是烷基和烯基与芳基之间选择性的邻位原位环化仍然不明确.本文利用苄基丙二酸酯为自由基源,烯烃和炔烃分别为自由基受体,分别获得烷基和烯基自由基中间体,并探究烷基自由基和烯基自由基与芳基之间的选择性环化.利用二茂铁介导的电化学氧化策略,进行了烷基/烯基自由基与芳基的选择性环化实验.结果表明,烷基自由基与芳环发生选择性邻位-(4+2)环化,烯基自由基与芳环发生选择性原位-(3+2)环化.理论研究结果表明,促进烯烃优先邻位加成的主要原因是有利的相互作用能;炔烃优先原位加成区域选择性由形变能量控制.重要的是,该策略被认为是鲍德温自由基环化规则的重要补充.此外,对二茂铁介导的电化学氧化苄基丙二酸酯的C-H键官能团化进行了深入的机理研究.自由基捕获实验证明了苄基丙二酸酯碳自由基的存在.循环伏安测试结果表明,苄基丙二酸酯碳负离子与二茂铁之间存在电子转移.阳极电势实验证明了二茂铁在该自由基反应中的作用;同位素实验揭示了螺环化合物氧的来源.本文合成了一系列四氢萘和螺环衍生物,表现出较好的底物适用范围和官能团耐受性,且该方法避免了化学氧化剂/碱/贵金属的使用、底物的预官能团化以及底物的过氧化.综上,本文为实现自由基的区域选择性环化提供了参考.

Ni(0)催化炔醛偶联反应中配体作用的理论研究

本文运用密度泛函理论(DFT)计算,研究了Ni(0)催化炔烃与醛分子间还原偶联反应的机理,确定了该反应最优反应路径是氧化环化、转金属以及还原消除.计算结果表明,无论使用IMes还是SIPr作为配体,反应的区域选择性都由氧化环化步控制;而硅烷的转金属化是整个反应的决速步.这不同于以往对Ni(0)催化炔醛还原偶联反应的理论研究.理论计算表明,当使用IMes作为配体时,主要产物为2-甲基-3-苯基烯丙基硅醚;当使用SIPr作为配体时,主产物则是3-甲基-2-苯基烯丙基硅醚.无论从主产物还是区域选择性,本文的计算结果都与实验报道一致.本文使用反应路径形变-结合能模型研究了IMes作为配体时的区域选择性.结果表明,形成主产物时具有较低的形变能.也就是说,过渡态中炔烃部分与苯基折叠程度较小,共轭程度更大,因此主产物为2-甲基-3-苯基烯丙基硅醚.本课题组还使用2D投影图模型研究了空间效应对不同配体的影响.结果表明,当使用IMes配体时,由于配体体积较小,可以容纳苯基在其周围,从而减小了炔烃上的苯基与醛上苯基的排斥;而使用大位阻的SIPr作为配体时,配体与炔烃上的苯基排斥很大,从而不利于2-甲基-3-苯基烯丙基硅醚的生成.

Gaussian软件在高中有机化学教学中的应用

Gaussian计算软件能够以图形化的方式更加清晰、直观地描述有机化学反应中分子的变化过程.以人教版《有机化学基础》(选修5)中卤代烃章节教学为例,介绍了Gaussian软件在辅助课堂教学方面的重要作用.直观地展示了卤代烃分别发生取代和消去反应时各个中间体、过渡态的几何结构,以及整个反应路径上结构和能量的变化.Gaussian软件的使用有助于中学生理解化学反应中成键、断键的过程和本质,极大丰富了课堂教学的形式,也为以后大学化学的学习奠定基础.

6-芳酰基菲啶合成反应的机理及取代基电子效应研究

本文运用密度泛函理论(DFT)计算,系统研究了碱促均裂芳香取代合成6-酰基菲啶的反应机理.计算结果表明,叔丁氧自由基和苯甲醛间的自由基传递反应是整个反应的决速步骤.随后酰基自由基对氰基的亲核进攻以及自由基环化过程是快速步骤.此外,我们还利用Hammett曲线研究了反应过程中不同位置上取代基的电子效应.研究结果表明,氰基对位上被吸电子基团取代时有利于酰基自由基的亲核进攻,酰基对位被给电子基团取代时有助于自由基环化过程的发生.

亚铜催化芳基硼酸三氟甲基化反应的理论研究

本文运用密度泛函理论(DFT)计算研究了以Togni试剂为氟源,CuI/邻二氮菲催化的芳基硼酸三氟甲基化反应机理.计算结果表明,该反应经历转金属化-协同亲电取代路径,通过协同的五元环过渡态亲电取代过程实现三氟甲基转移.反应势能面分析显示,芳基硼酸与铜催化剂的转金属化是整个反应路径的决速步,其活化能是21.7 kcal/mol.在此基础上,对比计算了苯乙基硼酸与铜催化剂的转金属化过程,研究结果表明,与苯基硼酸相比,烷基硼酸的转金属化的能垒更高,是动力学不利的过程.

视觉动力学分析和量子化学计算揭示铑催化[5+2+1]环加成反应机制

八元碳环是一类重要的结构骨架,广泛存在于天然产物、药物分子及其它功能分子中^([1]).然而受限于成环过程中的熵损和焓变等不利因素,八元碳环的构建极具挑战性^([2]),相关合成策略报道较少.过渡金属催化的环加成反应被认为是合成环状化合物的有效方法^([3-4]),具有原子经济性高等优点.Wender课题组^([5])曾报道了铑催化炔-乙烯基环丙烷(yne-vinylcyclopropanes)的分子内炔烃(2C合成子)与乙烯基环丙烷(5C合成子)的[5+2]环加成反应.