导向铑催化的硅氢加成反应工艺优化的理论机制研究

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杂环类化合物是一类十分重要的有机化合物,因其具有特定的物理化学性质,在有机化学、药物化学、材料科学等诸多领域扮演着重要的角色。近年来,人们发现一些含硅杂环化合物表现出了优于同类碳化合物的生物活性或光电性能,在药物分子和材料领域具有潜在的价值。铑催化的烯烃或炔烃的硅氢加成反应,作为一种高效的硅-碳键构建反应,最近被成功应用于两类手性硅杂环化合物的合成中。但目前人们对于其反应机理及手性传递机制仍知之甚少,迫切需要人们对分子或电子结构层次有针对性地开展此类反应机理的研究,了解影响反应活性、化学选择性和手性选择的核心因素所在,为开发新一代反应体系和催化体系提供理论指导。本论文采用密度泛函算法(M06L)对铑催化的二烯基取代氢硅烷和二炔基取代氢硅烷的分子内不对称硅氢加成反应的反应机理进行了研究。在铑催化的二烯烃取代氢硅烷的分子内不对称硅氢加成反应中,通过建立合理的计算模型,考察催化剂的活性物种,并对整个催化循环的反应势能面进行了系统的计算。计算结果表明,多功能手性配体(S)-Bin Thro会与[Rh(cod)OMe]2反应脱除甲醇后以N,N,O-阴离子配体形式与Rh中心配位形成催化活性物种。底物二烯基取代氢硅烷与催化中心Rh的配位和Si-H氧化加成反应是反应的速控步骤,同时也是手性控制步骤。底物中芳基与菲啰啉骨架、联萘上芳基取代基之间的芳基-芳基作用和空间位阻作用起到了手性调控的作用。对于铑催化的炔基氢硅烷分子内硅氢加成反应,通过对不同手性膦配体和铑催化剂对反应活性和化学选择性的分析,提出了消旋产物通过动态动力学拆分产生手性的机理假设,通过计算验证了氯离子在催化体系中起到诱导底物构型翻转的作用,进而通过硅氢加成反应得到手性产物,通过对课题的研究加深了对工业生产过程中对硅氢加成反应的认识,期待对后续反应条件的优化和类似课题的开展提供理论支撑。通过上述研究工作,我们对Rh催化不饱和底物的硅氢加成反应机理有了更深入的了解。不同类型配体和催化剂结构对反应活性和化学选择性调控有差别,在一定程度上为硅氢加成反应的催化剂选择和配体设计提供了理论指导,有利于工业生产中提高产率和选择性。
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