过渡金属Ni催化肟酯的自由基反应机理的理论研究

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近年来,过渡金属催化的自由基介导有机反应在有机合成领域的发展十分迅速,逐渐成为一种可靠的构建新C-C键的方法。目前已经有许多类型的底物分子可以在过渡金属催化下发生自由基反应,且可以高产率和高选择性的生成具有高附加值的产物。特别是肟酯在过渡金属镍催化下的自由基介导有机反应是一种合成具有高价值的氰基化合物和五元氮杂环的高效方法。然而,对于这类过渡金属催化的自由基介导有机反应的机理研究仍然存在许多问题亟待解决。例如:(1)过渡金属催化剂与反应底物通过单电子转移(SET)过程生成的自由基是否以配位的形式参与后续反应;(2)反应体系中真正起催化作用的过渡金属价态难以确定;(3)如何合理构建反应催化循环;(4)控制反应选择性的主要因素有哪些?因此,本文运用量子化学手段系统地研究了该类反应:(1)通过对Ni(Ⅱ)催化的C(sp2)-H氰基烷基化反应机理的详细计算,探讨这类催化剂价态明确的自由基型反应的机理。我们的计算结果表明:自由基可以以配位态和游离态两种形式存在,这两种存在方式的微观反应环境不同导致产物选择性差异。(2)通过对Ni催化的1,2-氨基芳基化反应机理的详细计算,探明催化剂价态难以确定的反应中真正起催化作用的过渡金属活性氧化态,同时构建了完整的催化循环。我们的计算结果表明:Ni(Ⅱ)作为催化循环的引发剂,真正起催化作用的是Ni(Ⅰ),影响该反应选择性的主要因素是反应中生成的氮自由基和碳自由基的反应活性和浓度差异。
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