1,4-双芳基-二酯基二氢吡啶化合物负氢转移热力学、动力学及机理研究

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1,4-双芳基-二酯基二氢吡啶化合物作为一种重要的有机负氢给体,参与生命体许多氧化还原过程,但其还原机理一直是化学家的谜团。本论文运用热力学的研究方法,结合动力学的研究手段,并运用马库斯理论,以1,4-双芳基-二酯基二氢吡啶化合物为研究对象,主要阐述了在乙腈溶液中三个系列的1,4-双芳基-二酯基二氢吡啶类化合物有机负氢转移过程中的化学研究。本论文的研究成果如下:   (1)设计合成了20个1,4-双芳基-二酯基二氢吡啶化合物,并通过核磁共振(NMR)和质谱(MS)确定其结构;(2)分别通过循环伏安法(CV)和方波伏安法(OSWV)确定了三个系列的1,4-双芳基-二酯基二氢吡啶化合物(ZH)及其氧化态(Z+)的氧化还原电位;(3)通过滴定量热技术确定了这三个系列的1,4-双芳基-二酯基二氢吡啶化合物在乙腈介质中释放负氢的热力学驱动力;(4)根据Hess定律运用热力学循环的方法定量计算出这三个系列的1,4-双芳基-二酯基二氢吡啶化合物(ZH)及其自由基正离子(ZH·+)在乙腈介质中释放氢原子,电子和质子的热力学驱动力。(5)通过Hammett取代基常数(σ)考察了取代基对1,4-双芳基-二酯基二氢吡啶化合物在乙腈溶液中的热力学驱动力的影响,结果表明其热力学驱动力和Hammett取代基常数(σ)有很好的线性相关,所以对1,4-双芳基-二酯基二氢吡啶化合物及其各种反应中间体在对位有取代基时,它们的全部热力学驱动力都可通过Hammett取代基常数简便地估算出来;(6)由化合物的热力学数据可以构建化合物的分子身份证,进而得到反应的热力学分析平台,对于判断和预测反应物和中间体的反应活性及分析可能的反应机理具有重要的意义;(7)测定了1,4-双芳基-二酯基二氢吡啶化合物与p-OCH3Ph3C+C1O4-的负氢转移的二级反应速率常数,计算出了相应的活化参数。通过分子身份证和热力学特征图,分析得出乙腈中1,4-双芳基-二酯基二氢吡啶化合物到p-OCH3Ph3C+C1O4-的负氢转移倾向于一步负氢转移机理。通过获得的动力学数据,从动力学上,得出了从1,4-双芳基-二酯基二氢吡啶化合物到p-OCH3Ph3C+C1O4-的负氢转移的确是一步负氢转移机理,并分别作出了各个系列的1,4-双芳基-二酯基二氢吡啶化合物与p-OCH3Ph3C+反应的能级图;(8)运用马库斯方程计算出了三个系列的1,4-双芳基-二酯基二氢吡啶化合物与对甲氧基三苯碳正反应的重组能及模型物自交换的内阻能,完善了我组建立的测定负氢给体其自交换反应内阻能的数据库,也为今后我们设计各种氧化还原反应奠定了基础。反应不仅受热力学驱动力的控制,还受反应内阻能的影响,从反应进行的动力和阻力两个方面分析反应。
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