（物理化学专业论文）过渡金属铜、金和银催化炔类的密度泛函研究.pdf

摘要 过渡金属铜、金和银催化炔类的密度泛函研 房 九 物理化学专业硕士研究生胡章勇 指导老师李明教授 摘要 本工作应用量子化学密度泛函b 3 l y p 方法，分别对溴化皿铜催化合成6 炔基1 3 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y ，6 炔基b 氨基酸衍生物反应的密度泛函研究 用密度泛函理论的b 3 l y p 方法对c u b r ( 溴化亚铜) 催化合成丫，6 炔基p 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i r c 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b 3 l y p 泛函以及溶剂化模型p c m 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p i 是 金催化剂催化体系的优势线路；生成p z 是银催化剂催化的优势线路，它们与实验结果一致。 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。 。 关键词：催化反应1 ，6 二醇联烯炔化合物胺类衍生物炔酯类衍生物浓度配体 反应机理密度泛函 两南大学硕士学位论文 d f t s t u d y o nt h em e c h a n i s m so fc a l k y n e sr e a c t i o n sc a t a l y z e db yc g o l da n ds i l v e rc o m p l e x e s a t a l y t i c o p p e r , m a jo r ：p h y s i c a lc h e m i s t r y m a s t e r sd e g r e ec a n d i d a t e ：h uz h a n g y o n g s u p e r v i s o r ：p r o f l im i n g a b s t r a c t i nt h ep r e s e n tp a p e r , t h ed e n s i t yf u n c t i o n a lm e t h o d ( b 3 l y pf u n c t i o n a l ) i se m p l o y e d t o s t u d y t h er e a c t i o nm e c h a n i s m so fd i r e c ta m i n a t i o no ft h e s y n t h e s i s o f 7 , 8 - a l k y n y l 1 3 a m i n o a c i dd e r i v a t i v e sc a t a l y z e db yc u b r , a n dg o l d s i l v e r - c a t a l y z e d e y c l i z a t i o no fa l l e n y n e 一1 ，6 一d i o l s ，r e s p e c t i v e l y f a c t o r st h a tc o n t r o lt h ee f f i c i e n c yo f c a t a l y s i sa r ea n a l y z e d t h ee f f e c t so ft h ec o n c e n t r a t i o no fc a t a l y s t s ，t h e i rl i g a n d so nt h e m e c h a n i s ma n dc h e m o s e l e c t i v i t yh a v eb e e ne x a m i n e d ，t h e r e b yt h e s ei n f o r m a t i o nf o r d e s i g n i n gn e wt y p eo fc a t a l y s i sr e a c t i o n sp r o v i d ei nt h e o r e t i c a ll e v e l 1 d f ts t u d yt h em e c h a n i s mo ft h es y n t h e s i so f7 , 6 一a l k y n y l - i l - a m i n oa c i d d e r i v a t i v e sc a t a l y z e db yc u b r t h em e c h a n i s mo ft h e s y n t h e s i so f 丫，6 一a l k y n y l p a m i n o a c i dd e r i v a t i v e si s i n v e s t i g a t e de m p l o y i n gt h ed e n s i t yf u n c t i o n a lt h e o r y ( t h eb 3 l y pf u n c t i o n a li su s e d ) ， a n dt h r e er e a c t i o np a t h w a y sa r es u g g e s t e d t h ef r e q u e n c ya n a l y s i si sp e r f o r m e df o ra l l t h et r a n s i t i o ns t a t e s ，i n t e r m e d i a t e sa n dp r o d u c t s t h eg e o m e t r i e so ft h ei m p o r t a n t t r a n s i t i o ns t a t e sa r ec o n f i r m e db yt h ei r cs c a n n i n g i no r d e rt om a k ec l e a rt h er e a c t i o n m e c h a n i s m ，t h ec h a r g ed i s t r i b u t i o no fa l ls p e c i e sa n dt h ee l e c t r o n i cd e n s i t i e so ft h e b o n dc r i t i c a lp o i n t s ( b c p ) a n dt h er i n gc r i t i c a lp o i n t so 王c p ) f o rt h ek e yb o n d sa r e c a l c u l a t e da n dd i s c u s s e d o u rr e s u l t si n d i c a t et h a ti nt h eg a sp h a s ea n dt h el i q u i dp h a s e ， t h e r a t e d e t e r m i n i n gs t e p so f t h ed o m i n a n tp a t h w a y sa r et h er e a c t i o nb e t w e e na m i n ea n d a l k y n y le s t e r t h es u g g e s t e dm e c h a n i s mc a ne x p l a i nr e a s o n a b l ya l le x p e r i m e n t a l o b s e r v a t i o n s 2 m e c h a n i s mo fc y c l i z a t i o no fa l l e n y n e 一1 ，6 - d i o l sc a t a l y z e db yg o l da n ds i l v e r c o m p o u n d s ：t h ee f f e c t so fc o n c e n t r a t i o n sa n dl i g a n d so fc a t a l y s t s b ym e a n so ft h ed e n s i t yf u n c t i o n a lt h e o r y ( d f t ) c o m b i n e dw i t ht h ep o l a r i z e d a b s t r a c t c o n t i n u u mm o d e l s ，t h ec y c l i z a t i o n so fa l l e n y n e 一1 ，6 一d i o l sc a t a l y z e db yt h eg o l da n d s i l v e rc o m p l e x e sa r ec o m p u t e d ，t h em e c h a n i s m so fc y c l i z a t i o na r es u g g e s t e d ，a n dt h e e f f e c t so ft h ec o n c e n t r a t i o no fc a t a l y s t s ，t h e i rl i g a n d s ，a n dt h es o l v e n to nt h e m e c h a n i s m sa r ea n a l y s e di nd e t a i l a ss h o w n ，t h ea u - c a t a l y z e dm e c h a n i s md i f f e r st o t h ea g c a t a l y z e dm e c h a n i s m t h em o s tf a v o r a b l er e a c t i o np a t hf o rt h ea u c a t a l y z e d m e c h a n i s mg i v e st h em a i np r o d u c tp xa n dt h a tf o rt h ea g - c a t a l y z e dm e c h a n i s ml e a d st o t h em a i np r o d u c tp z ，w h i c ha r ei na g r e e m e n tw i t ht h ee x p e r i m e n t a l lt h er e a c t i o np a t h s f o rt h ec y c l i z a t i o no fa l l e n y n e 一1 ，6 - d i o l sc a t a l y z e db ys i n g l ea u c l 3c o m p l e xh a v eh i g h e n e r g yb a r r i e r s p a r t i c i p a t i o no ft w oa u c l 3c o m p l e x e si nt h ec a t a l y z e dc y e l i z a t i o nc a n m a k ee n e r g yb a r r i e r sf o ra l lt h er e a c t i o np a t h sb el o w e r e dr e m a r k a b l y t h e s er e s u l t s i m p l y t h ec l o s e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ec o n c e n t r a t i o no fc a t a l y s t sa n dt h e c h e m o s e l e c t i v i t yo fp r o d u c t s t h el i g a n d s ，a sap r o t o ns h u t t l e ，c a nt a k ep a r ti nt h e r e a c t i o na n da s s i s tt h et r a n s f e ro f p r o t o n ，a n df u r t h e rl o w e rt h er e a c t i o ne n e r g yb a r r i e r s a n dc h a n g et h er e a c t i o nr o u t e s t h ec h o i c eo ft h el i g a n d so fc a t a l y s t sm a yb ei m p o r t a n t t ot h ee f f i c i e n c yo fc a t a l y s i s t h ee f f e c t so fs o l v e n to nt h eg o l d - a n ds i l v e r - c a t a l y z e d m e c h a n i s m sa l er e m a r k a b l ea n da l s oq u i t ed i f f e r e n t t h et h e o r e t i c a l l ys u g g e s t e d m e c h a n i s m se x p l a i nr e a s o n a b l ya l lt h ee x p e r i m e n t a lo b s e r v a t i o n s k e y w o r d s ：c a t a l y t i cr e a c t i o n ；a l l e n y n e 1 ，6 一d i o l s ；a m i n ed e r i v a t i v e s ；a l k y n y le s t e rd e r i v a t i v e s ； c o n c e n t r a t i o n ；l i g a n d ；r e a c t i o nm e c h a n i s m ；d e n s i t yf u n c t i o n a lt h e o r y ( o f t ) 独创性声明 学位论文作者：钞嘭鸟 料嘲：肼明夕日 学位论文版权使用授权书 口保密期限至年月止) 。 导师签名： 7 签字日期： 沙勿年易月夕日 一一一一一一一 鸟 卜 厂7 刎 堋 各 砗 勃 以 者 v 作 ： 文 期 论 日 位 字 学 签 第一节选题霄景 第一节选题背景 1 过渡金属催化特性 过渡金属催化反应曾因研究的不深入和机理的不完善被有机化学家所忽视，而现在已经 成为了他们最依赖和常用的方法。最近，伴随着一系列催化胺类、醇类、硫醇类、甲硅烷类、 硼烷类物质的催化反应的发现，这类催化形成碳杂原子键( 氮、氧、硫、硅、硼) 的反应正 走向成熟。现在新发现的催化反应与新发现的金属与杂原子键的基元反应进一步证实了原有 催化理论的正确性，而且新研究还获知了更多的催化反应控制因素。 有机化合物的骨架是碳碳键，而具有化学活性功能的部分来至引进的与碳成键的杂原子 官能团。比如说，医药品和导电聚合物常含有c - n 键，大多数天然化合物含有c - o 键( 酯基、 酮) ，广泛应用的杂环化合物含有c - n ，c 0 ，c s 键，另外，常被用来转化为含c c ，c o ，c n 键 产品的有用中间体常含有c b ，c s i 键。 胺类、醇类、硫醇类、和相关的反应物是一类无需催化就能反应的普通亲核性物质。但 是这类物质一般不会与弱亲电性物种反应，比如，卤代芳香类。也不与一般的富含电子的反 应物反应，比如，烯烃。因此，完成一系列的催化反应来合成这类含杂原子物质从实质上影 响含重要官能团物质的合成。认识和理解这类催化反应对现代合成能起到极大的推动作用， 利用催化反应来合成化学物质也是现代和将来合成化学的中心。 1 1 典型的有机金属催化过程 几类典型的有机催化反应体系现已应用了几十年，其中三类反应经常应用：1 ，交叉偶联 反应；2 ，氢化烯烃反应；3 ，烯烃互换反应( f i g 1 a - c ) 。新近发现烷烃的去氢反应为第四类反应 ( f i g 1 d ) ，对这类反应的研究还不够深入，有待科学家们的进一步探索i l j 。 两南大学硕士学位论文 偶联反应的钯催化( 生成c c 键) 是常用合成药物等活性物质的方法，它广泛应用于抗 高血压药物( s a r t a n s ) 1 2 i ，定喘药( s i n g u l a i r ) 【3 1 ，遮光剂和发光二极管，引爆剂n 盯的合成1 , 1 - 7 1 。 烯烃的氢化反应广泛应用于化学品的大量生产，以及化学药品和复杂药物中间体的合成。 从人造黄油到复杂的天然化合物等原料都涉及到该反应。对映选择氢化反应( e n a n t i o s e l e c t i v e h y d r o g e n a t i o n ) 的先驱工作者们隅】就因研究这类反应的突出贡献而获得了2 0 0 1 年的诺贝尔奖。 另外个典型的烯烃催化反应是碳碳双键断裂与新的碳碳双键形成，即烯烃互换反应。 该反应通过金属卡宾化合物( 含m = c 键) 完成。首先报道这一反应的化学家也因此获得了2 0 0 5 年的诺贝尔化学奖i 9 i 。 将不活泼c - h 键转化为c = c 和c x ( x = o ，n ，b ，s i ) i l o - 1 1 1 可以降低对原有官能团的依赖 性。分裂烷烃中的两个c - h 键来形成c - - - c 双键( f i g 1 d ) 正处于发展阶段。这种去氢反应与烯 烃互换反应结合，形成了一种新的合成手段，它可以分裂和重新形成烷烃中的c c 键。 1 2 有机金属化合物的典型基元反应 c t r a n s m e t a l l a t i o n m i g r a t o r yi n s e r t i o n f i g u r e2 三类有机金属催化机理a ，偶联反应开始于有机氯化物的氧化加成，随后通过过渡金属取代，最后还原 消除b ，氢化反应首先氢气的氧化加成，其次烯烃的迁移插入形成c - h 键，最后还原消除形成第二个c h 键。c ， 烯烃互换反应通过一系列的 2 + 2 环加成和反 2 + 2 环加成。a r = 芳基 2 第一节选题背景 催化反应过程由一系列的基元反应组成。合成过渡金属化合物的进步，新化合物基元反 应的发现和整合这些步骤成催化循环方法的发展，它们共同推进了有机金属催化反应的发展。 有机金属催化循环中，代表性的基元反应有：氧化加成( o x i d a t i v ea d d i t i o n ) ，还原消除( r e d u c t i v e e l i m i n a t i o n ) ，迁移插入( m i g r a t i o ni n s e r t i o n ) ，p 一氢消除( p - h y d r o g e ne l i m i n a t i o n ) 和【2 + 2 】环加成 ( 【2 + 2 】c y c l o a d d i t i o n s ) 1 2 - 1 3 ( f i g 2 ) 。氧化加成是指：将反应物加入到金属通过金属插入反应分 子的键中；还原消除定义为：通过耦合金属上的两配体消除出产物；而迁移插入指：周围的 中心配体插入到金属一配体共价键中，而p 消除是消除该配体。 这些基元反应( 和其他尚待确认的反应) 组成了成千上万的催化反应。比如，偶联反应 ( f i g 2 a ) 始于氯代芳烃氧化加成，完成于还原消除；氢化反应( f i g 2 b ) 是氢分子中h h 键 的氧化加成，烯烃插入形成一个c h 键，还原消除形成第二个c h 键组成；烯烃互换口i g 2 c ) 反应由一系列的【2 + 2 】、反【2 + 2 】环加成组成。 2 有机过渡金属催化合成呋喃衍生物综述 呋喃及其衍生物是重要天然杂环化合物和合成物质，一百多年来，它们的合成与应用方 兴未艾。利用简单反应物在温和条件下合成多取代呋喃一直是重要发展方向。近年来，利用 金属催化合成多取代呋喃的方法越来越多。一般分为两类。1 ，通过偶联的方法在原有呋喃结 构上进行改造。2 ，以非环状物质为前体合成呋喃。偶联反应有s t i l l e 偶联反应，s u z u k i 偶联 反应，呋喃环上c h 与炔或者烯的偶联反应。因为本文的工作在于对后者机理研究，所以我 们对其实验合成概况做详细的述说。 2 11 ，2 联烯基酮为反应物 m a r s h a l l 【1 禾17 】发现以l ，2 联烯酮1 为前体，在a g ( i ) 或r h ( i ) 催化下，重排生成呋喃化合 物2 ( e q 1 ) 。他们发现，改变反应条件，在水碳酸钙环境下或在0 2 t o o l 的i o a g n 0 3 硅胶体 中，反应物几乎完全转化成呋喃产物。 h a s h m i t l 8 。1 9 1 发现l ，2 联烯酮为反应体，c u ( i ) 、r h ( 1 i ) 、r u ( i i ) 、p d ( i i ) 均可催化生成呋喃。 而且端位不带取代基的联烯酮3 在p d ( o a c ) 2 不仅得到了呋喃产物4 ，还发现了偶联产物 5 ( 4 5 = 1 ：2 4 ) ( e q 2 ) 。该比例与催化剂和浓度相关。以丙酮厂r c p c t e p 为溶剂产物主要是 5 ( 4 5 = 1 ：9 ) ，采用乙腈p d c l 2 ( c h 3 c n ) ，则完全生成5 。而当以杂环钯催化剂6 时，主要产物是 4 。 西南大学硕士学位论文 麻生明发现泌2 1 1 ，在p d ( p p h 3 ) a a 9 2 c 0 3 共催化7 与卤代芳烃、烯基化物得到了3 芳基或 烯基取代呋喃8 ( e q 3 ) 。p d c l 2 ( p h c - 砷2 催化烯丙基卤化物与7 ，以乙氰为溶剂，得到了3 烯丙 基取代呋喃l o 。 现在四取代呋喃可以催化联烯酮得到【2 2 1 。在p d ( 0 ) 催化1 1 通过耦合环化反应生成1 2 ( e q 4 ) 。 该反应取代基局限在简单的芳基、烯丙基、烷基。 最近，金、银催化剂也用来催化反应合成杂取代呋喃。在金催化时，除开生成呋喃外， 还伴随着官能团的迁移。所以这些合成体系更复杂，能合成更多官能团取代的呋喃。g e v o r g y a n 2 3 1 发现用e t 3 p a u c i 做催化剂，溴代联烯酮合成5 溴代呋喃( e q 5 ) 。在同样的反应条件下，采 用高价态的a u c h 做催化剂，得到了4 取代呋喃。后一反应，适用于所有的卤代联烯酮。而 且该反应体系表明催化剂价态在反应中起到了重要作用一高价态使卤原子发生了迁移。随后， 他们采用大的芳烃取代基联烯酮1 6 t 2 4 1 进行催化反应，采用低价态的金催化剂，实验结果表明 苯基同样发生了迁移，生成了2 ，4 一二苯基呋喃1 7 ( e q 6 ) 。 4 第一节选题背景 p h 5 p h 3 p a u o t f - - - - - - - - - - t o l u e n e ，3 7 3 1 5 k p h p h ( 6 ) 联烯酮氨18 在银盐催化下肛引，可以生成2 氮取代呋喃1 9 ( e q 7 ) ， 大大扩展了这类反应。 5 西南大学硕士学位论文 2 2 以联烯醇为前体 二氢呋喃是呋喃衍生物中的一类重要成员，常以联烯醇为反应物来合成。在a g b f t 催化 下皿6 】，a 联烯醇2 0 在氯仿溶剂中生成二氢呋喃2 1 ( e q 8 ) 。 烷取代的二氢呋喃2 3 ( e q 9 ) 。 6 埭agn唧03iv-承i旺s篓imr3 h 2 0 a c e t o n er r 3 铂rl、 2 2o h r f x 2 3 c io o m e a g n 0 3 m 、e h 坩k 7 h 1 5m o a c e t 。n e c e o o c 入c 7 1 5 ( 埘 2 4 v ；a h压e。蠛h g 2 5 r l 二芝：岩毛ha g + ，h 。 多 ：5 三三 第一节选题背景 银盐催化剂，还可以用来催化合成手性二氢呋喃。比如，联烯醇酯2 4 生成手性三取代二 氢呋喃2 5 【2 8 1 ( e q 1 0 ) 。 银盐有强烈的催化联烯醇合成二氢呋喃的趋势。在含有两羟基和更多的取代基下【2 9 】，2 6 可以转化为二氢呋喃衍生物2 9 ( e q 1 1 ) 。在联烯醇反应前体下，其他金属催化反应有待发掘。 2 3 以炔酮为前体 钯的催化性能在以炔酮为反应物时，极大的得到了证明( e q 1 2 ，1 3 ) 。黄耀政【3 叫报道1 炔 酮3 0 在钯( o ) 催化下重排生成2 ，5 二取代呋喃3 l 。在相同催化剂下，还可以生成2 3 ，5 三 取代呋喃3 3 。 3 羰基6 庚炔酸酯3 4 在钯催化p 1 1 下，与芳基卤化物反应得到2 ，5 - - i r 代呋喃3 5 ( e q 1 3 ) ， 将钯催化效果进一步扩展。 h a s h m i 3 2 1 报道在a u c l 3 催化剂中，n 一炔丙基羰氨3 6 生成嗯唑3 8 ( e q 1 4 ) 。 随后的研究指出，以t t b p 胶体和d c m 为溶洲”1 ，该催化剂能催化炔丙基醋酸盐3 9 生 7 8 西南大学硕+ 学位论文 成四取代呋喃4 0 ( e q 1 5 ) 。在机理研究中指出，醋酸盐发生了基团迁移。 伊 5 a u c l 3 。oe t 3 n ，d m a n 0 - 7 一e a q u i v )乙h t l k 2 稃2 广爱 。c ui e ( 1 6 ) r 疆鬣 、，r 取r 2 c m4 3 ，r l _ h ，6 ) r 1 = ( c h 2 ) 2 c 0 2 m e ，r z - - n p r ( 9 l ) r 1 = h ，i ) r = ( c h 2 ) 3 0 h ，r 2 = c h 2 0 t h p ( 8 8 ) x u 弋= - 。e t 蜘4 jx 黑器簪 t 毒耽 ( e l o ) 2 三农h ( 1 7 ) t s o x o 上。c p 唧h 3 1 5 k 也4 6 。入孙 第一节选题背景 碘化铜和四氟硼酸银也有同样的催化性能( e q 1 6 ，1 7 ) 。炔酮4 l ，在c u i 催化下 3 4 - 3 5 】，经 由联烯酮中间体4 2 ，生成呋喃4 3 。炔酮4 4 ，在a g b f 4 催化下【3 6 1 ，可以生成四取代呋喃衍生 物，当x 取代基为磺酸基时，该反应生成4 6 ；为磷酸二酯时，生成呋喃4 8 。机理研究指出， 反应是经基团迁移反应和联烯酮中间体完成。 2 4 以炔环氧醚为前体 以炔醚为反应前体，报道不多见。h a s h m i 3 7 1 报道环氧醚4 9 有着同样的亲核性，在a u c l 3 催化下发生分子内的环化反应，生成呋喃5 0 ( e q 1 8 ) 。与此同时，l i a n g l 3 8 】也报道了相似的反应， 反应物5 l 在h a u c h 催化下，与醇类物质反应，生成二取代呋喃5 2 ( e q 1 9 ) 。 2 5 以炔醇为前体 4 - 炔- 2 一烯醇5 3 在钉催化例下，可以生成2 ，3 ，5 三取代呋喃5 4 ( e q 2 0 ) 。但该催化剂不 能催化非末端烯炔醇5 5 。含非末端炔的5 5 在钯催化4 川下，可以转化为三取代的呋喃5 6 ( e q 2 1 ) 。 相似的反应，在吸附在s i 0 2 的a g n 0 3 催化h 1 1 下，同样生成呋喃5 8 ( e q 2 2 ) 。 9 西南大学硕士学位论文 2 6 以炔和其他小分子以及舍多种官能团化合物为前体 t r o s t 4 2 1 报道以烯丙醇5 9 和炔烃6 0 为前体，在r u 催化下可以的到p ，丫烯酮6 1 ，加入 o s 0 4 催化剂后，生成了2 ，3 - - - 取代呋喃6 2 ( e q 2 3 ) 。 2 重氮3 羰基丁酸炔丙酯6 3 ，在钉催化h 3 1 下发生分子内环化反应，生成卡宾中间体“。 接着卡宾与羰基发生反应得到呋喃产物6 2 ( e q 2 4 ) 。随后以卡宾为中间体的研究发展了起来。 最近，s u n d a e 4 4 1 报道以联烯炔1 ，6 - - - 醇6 6 为反应前体，在金、银催化下合成呋喃6 7 和 二氢呋喃产物6 8 ( e q 2 5 ) 。 3 有机过渡金属催化合成p 一氨基酸介绍 p 氨基酸因其是活性肽和药物小分子的重要组成，在生命科学中的应用被大量研究。在生 物相关的肽中插入p 一氨基酸官能团，常常能显示出药物活性。传统的立体选择合成p 氨基酸， 借用手性反应物和其他辅助物质，取得了长足的发展。但在不对称催化反应上，研究范围很 窄，有待迸一步拓宽。利用这一合成方法，文献也有些许报道。总结有三类反应。 3 1 不对称c c 键的合成反应 k o b a y a s h i 报道【4 5 1 ，用z r r v 催化醛亚胺6 9 与烯醇化合物8 0 发生不对称m a n n i c h 反应合 成了光学活性的p 氨基酸衍生物7 2 ( e q 2 6 ) 。四价的催化剂由混合z r ( o t b u ) 4 ，n 甲基咪唑和二 醇衍生物7 l 产生。该反应体系在拱形的二苯基葸醇7 3 下，也可以发生。 1 0 第一节选题背景 3 2 氢化反应p 一氨基酸 y ih s i a o 4 6 l 报道p 烯氨酯，在手性铑催化下，可以发生不对称的氢化反应，生成p 氨基酸 7 5 ( e q 2 7 ) 。 3 3 不对称c - n 键合成反应 周磊4 7 1 连续报道了两个三组分反应体系，其中一个见e q 7 9 ，以溴化铜为催化剂，胺7 6 与炔7 7 和炔酯类物质7 8 混合，在加热的甲苯溶剂中，生成了p 氦基酸7 9 。 4 结论与研究内容的确定 综上所述，呋喃的合成一直是研究的热点。p 氨基酸在生物学上的活性近来受到高度关注， 对其进行实验与理论研究来获知反应本质指导新类型物质合成是有意义的。合成呋哺的实验 报道很多，理论研究合成机理却很少。在实验上可以采用多种有机金属催化合成呋喃，但是 获取不同金属催化特性的理论研究来指导实验合成的研究更少。另一方面：联烯这类物质作 西南大学硕士学位论文 为反应体己经受到了越来越多的关注，这类富电子物质与炔和烯在反应特性上的不同点，也 有待进行理论研究明确。更重要的是，s u n d a e 报道的金、银催化体系的特殊性：两类催化剂 分别催化反应物得到相反的主副产物，且随着催化剂浓度增大，催化反应化学选择性更强； 催化剂配体的改变强烈影响着反应的进展，甚至导致反应的终止。金、银催化剂会选择性活 化联烯炔l ，6 二醇中的不同基团会导致反应产物的不同吗? 催化剂浓度的不同是如何影响反 应机理的? 另外，催化剂配体是怎样协助催化反应发生的? 弄清这些问题对于理解该催化反 应的实质有重要理论意义。更重要的是，研究该反应体系可以为设计新型的催化剂提供有价 值的理论依据。最后，针对b 氨基酸的合成我们也选取了未做理论研究的体系进行研究一理 论计算与实验结果相结合以期弄清楚反应的过程。催化剂的催化特性。另外，本文的研究注 重在对周期表中的第一副族催化剂做一个探讨。鉴于上面的几点原因，我们选择了金、银化 合物催化联烯炔l ，6 二醇合成呋喃和溴化铜催化三分子组分合成p 氨基酸反应的两个体系作 为研究对象。 参考文献 【1 】h a r t w i g ，j f ，n a t u r e 2 0 0 8 ，4 5 5 ，3 1 4 3 2 2 【2 】k i n g ，a o & y a s u d a ，n p a l l a d i u m c a t a l y z e dc r o s s - c o u p l i n gr e a c t i o n si nt h es y n t h e s i so f p h a r a r n a c e u t i c a l s t o p i c so r g a n o m e t c h e m 2 0 0 4 ，6 ，2 0 5 2 4 5 【3 】d ev r i e s ，j qt h eh e c kr e a c t i o ni nt h ep r o d u c t i o no ff r e ec h e m i c a l s c a n z c h e m 2 0 0 1 ，7 9 ，1 0 8 6 1 0 9 2 【4 】a i z a w a ，m ，y a m a d a ，t ，s h i n o h a r a ，h ，a k a g i ，k & s h i r a k a w a ，h e l e c t r o c h e m i c a lf a b r i c a t i o n o fap o l y p y r r o l e - p o l y t h i o p h e n ep n - j u n c t i o nd i o d e zc h e m s o c ，c h e m c o m m u n 1 9 8 6 ，1 7 ， 1 3 1 5 - 1 3 1 7 【5 】j e n ，k - y ，m i l l e r , gg e l s e n b a u m e r , 1 ll h i g h l yc o n d u c t i n g ，s o l u b l e ，a n d e n v i r o n m e n t a l l y - s t a b l ep o l y ( 3 一a l k y l t h i o p h e n e s ) zc h e m s o c c h e m c o m m u n 1 9 8 6 ，1 7 ，1 3 4 6 - 1 3 4 7 【6 】s a t o ，m - a ，t a n a k a ，s & k a e r i y a m a , i cs o l u b l ec o n d u c t i n gp o l y t h i o p h e n e s z c h e m s o c ，c h e m c o m m u n 1 9 8 6 ，1 1 ，8 7 3 8 7 4 【7 】m c q u a d e ，d t ，p u l l e n ，a e & s w a g e r , t m c o n j u g a t e dp o l y m e r - b a s e dc h e m i c a ls e n s o r s c h e m i c a lr e v i e w s2 0 0 0 ，1 0 0 ，2 5 3 7 - 2 5 7 4 【8 】b l a s e r , h u & s c h m i d t ，e a s y m m e t r i cc a t a l y s i so ni n d u s t r i a ls c a l e ：c h a l l e n g e s , a p p r o a c h e s a n ds o l u t i o n s ( w i l e y - v c h ，2 0 0 4 ) 【9 】h o v e y d a ，a h & z h u g r a l i n ，a r t h er e m a r k a b l em e t a l - c a t a l y s e do l e f i nm e t a t h e s i sr e a c t i o n n a t u r e 2 0 0 7 ，4 5 0 ，2 4 3 - 2 51 1 2 第一节选题背景 【1 0 】k a k i u c h i ，e & c h a t a n i ，n c a t a l y t i cm e t h o d sf o rc - hb o n df u n c t i o n a l i z a t i o n ：a p p l i c a t i o ni n o r g a n i cs y n t h e s i s a d v s y n t h c a t a l 2 0 0 3 ，3 4 5 ，1 0 7 7 - 1 1 0 1 【11 】i a b i n g e r , j a & b e r c a w , j e u n d e r s t a n d i n ga n de x p l o i t i n gc 曰b o n da c t i v a t i o n n a t u r e 2 0 0 2 4 1 7 ，5 0 7 _ 51 4 【1 2 】c r a b t r e e ，r h 珊po r g a n o m e t a l l i cc h e m i s t r yo f t h et r a n s i t i o nm e t a l s4 t he d n ( w i l e y , 2 0 0 5 ) 【1 3 】c o l l m a n ，j p ，h e g e d u s ，l s ，n o r t o n , j r f i n k e ，rgp r i n c i p l e sa n da p p l i c a t i o n so f o r g a n o t r a n s i t i o nm e t a lc h e m i s t r y ( u n i v e r s i t ys c i e n c eb o o k s ，1 9 8 7 ) 1 4 】m a r s h a l lj a ；r o b i n s o n e d ，zd 譬c f i e m ，1 9 9 0 ，5 5 ，3 4 5 0 1 5 】m a r s h a l lj a ；w a n g x j ，j = o r g c h e m ，1 9 9 1 ，5 6 ，9 6 0 1 6 】m a r s h a l lj a ；s e h o n c a ，zo r g c h e m ，1 9 9 5 ，6 0 ，5 9 6 6 1 7 】m a r s h a l lj a ；b a r t l e y gs ，zo r g c h e m ，1 9 9 4 ，5 9 ，7 1 6 9 18 】h a s h m ia s k ，s c h w a r zl ，c h e m b e n ，1 9 9 7 ，13 0 ，1 4 4 9 【1 9 】h a s h m ia s k ，a n g e w c h e m i n t e d e n 9 1 1 9 9 5 3 4 1 5 8 1 【2 0 】m as ；z h a n gj ，c h e m c o m m u m ，2 0 0 0 ，11 7 【2 1 】m as ；l il ，o r g l e t t ，2 0 0 0 ，2 ，9 4 1 2 2 】m as m ，z h a n gj l ，l ul h ，c h e m f u r z2 0 0 3 ，9 ，2 4 4 7 【2 3 】s r o m e k ，a w ；r u b i n a ，m ；g - e v o r g y a n ，vza m c h e m s o c 2 0 0 5 ，1 2 7 ，1 0 5 0 0 1 2 4 】d u d n i k ，a s ；g e v o r g y a n ，va n g e w c h e m i n t e d 2 0 0 7 ，4 6 ，5 1 9 5 【2 5 】n e d o l y a ，n a ；s c h l y a k h t i n a ，n i ；z i n o v e v a