IB族过渡金属催化的偶联反应机理与选择性的理论研究

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IB族过渡金属因其较为稳定的特性,是人类最早发现并应用的金属。近年来,随着金属有机化学的不断发展,相对于广泛了解的钯等等传统偶联反应的催化体系,IB族过渡金属展示出独特的化学性质与催化性能。其中,铜作为单电子反应试剂广泛运用到自由基参与的交叉偶联反应中,银的单电子过程也比较常见;相对地金则更多地参与到双电子氧化还原过程中。在这些偶联反应中,以铜催化自由基参与的不对称交叉偶联反应、银与金协同催化的芳基-芳基交叉脱氢偶联反应为代表,为新物质的创制提供了全新的手段。尽管这些反应非常重要,但是对于反应机理、化学选择性的产生机制、立体选择性的控制模型的认识还十分有限。因此,本文从这两类反应中具有代表性的例子出发,对其进行了详细的机理研究,并在明确机理模型的基础上分析了选择性产生的微观来源,具体分为以下四章内容:1.铜催化立体选择的1-溴乙基苯和苯乙炔的偶联反应的机理研究本章内容包含铜催化立体选择的1-溴乙基苯和苯乙炔的偶联反应的机理和立体选择性来源的理论研究。明确了二级苄基自由基生成的机制、铜介导自由基与炔基还原消除的机理。并基于此机理图像,揭示了手性配体与自由基之间的空间位阻效应在识别自由基前手性面的关键作用。2.铜催化立体选择的2-氯-N,2-二苯基丁酰胺和苯乙炔的偶联反应的机理研究本章内容包含铜催化立体选择的2-氯-N,2-二苯基丁酰胺和苯乙炔的偶联反应的机理和立体选择性来源的理论研究。明确了反应的催化循环,发现了最终立体决定的碳碳成键经历了新颖的外球自由基取代机制。并基于此机理图像,阐明了手性配体与自由基之间的空间位阻效应在识别自由基前手性面的关键作用。同时揭示了边链结构能够增强配体手性识别能力的微观原因。3.铜催化对映选择性的苯磺酰氯与2-苯基-2-甲基-1,3-丙二醇偶联反应的机理研究本章内容包含铜催化立体选择性的苯磺酰氯与前手性2-苯基-2-甲基-1,3-丙二醇的偶联反应的机理的理论研究。研究明确了自由基的生成机制与杂原子之间的成键机制。发现了最终立体决定的硫氧成键经历了罕见的阴离子型自由基取代过程。并基于此机理图像,揭示了手性配体与自由基之间的空间位阻作用在控制自由基型成键过程的立体选择性上的重要作用。4.金、银协同催化的1,2,4,5-四氟苯与N-三异丙基硅基吲哚的交叉脱氢偶联反应的机理研究本章内容包含金、银协同催化的1,2,4,5-四氟苯和N-三异丙基硅基的交叉脱氢偶联反应的机理和化学选择性、区域选择性及其起源的理论研究。研究发现银、金协同催化的反应机理,二者通过不同机制活化不同电子性质芳环上的碳氢键。正是这两个不同机制在同一体系中的正交协同作用使得体系实现了结构相似碳氢键识别。
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