醛的Carbonyl-ene反应和BVO反应的理论研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:jay2048
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甲醛是有机合成中常用的单碳原子亲电试剂,其储存与反应性能受自身沸点低、易自聚等缺点的限制。因此,找到一种既能够在常温下储存甲醛单体又不会影响其反应活性的催化剂显得尤为重要。针对最近关于NaY分子筛能够在常温下长时间储存甲醛并活化其与烯烃反应(即Carbonyl-ene反应)的报道,本文的第一部分将通过理论手段预测MgY分子筛在这方面的催化性能。首先采用ONIOM方法模拟甲醛在MgY分子筛活性位的吸附,并将计算得到的吸附能与前人拟合的NaY和MOF-11体系的计算结果比较,前者明显具有优势。而后模拟吸附态甲醛与丙烯的反应,同时为便于比较,也模拟了无催化剂参与时甲醛与丙烯的反应。计算结果表明,MgY催化该反应的反应能垒仅为64.3kJ·mol-1,远低于无催化剂参与以及NaY和MOF-11作催化剂时的反应能垒。这说明MgY分子筛在常温下成功储存甲醛单体的同时,也保持了甲醛与烯烃反应的活性。电荷分析结果表明,MgY催化剂的活性中心所带正电荷远高于NaY催化剂活性中心的正电荷,这正是前者反应能垒远低于后者的主要原因。   醛的另一种典型反应为Baeyer-Villiger氧化(BVO)反应。由于良好的立体选择性和区域选择性,BVO反应在有机合成中至关重要。经典BVO反应是指以过酸为氧化剂,醛(酮)被氧化为酯的反应。近期,实验文献报道了一种新型的BVO反应,该新方法以水代替过酸与醛(酮)发生反应,生成的水合物与芳基-λ3-溴(Ⅲ)经配体交换产生一种新型Criegee中间体。该反应特别适合醛类化合物(产率>80%)。本文的第二部分将针对实验中两类典型醛(苯甲醛和乙醛)的新型BVO反应的决速步进行了DFT模拟,希望能够为实验现象提供合理的解释。计算结果表明,无论是苯甲醛还是乙醛,分步反应机理均优于协同反应机理。对于甲醛,1,2-苯基迁移的反应能垒比1,2-H迁移的反应能垒低,主产物为甲酸苯酚酯,这是由于苯基的供电子能力比氢强。对于乙醛,1,2-H迁移的反应能垒比1,2-甲基迁移的反应能垒低,主产物为乙酸,这种异常现象是由于氢负离子比甲基负离子稳定,并且氢迁移产生的碳正离子也比甲基迁移产生的碳正离子稳定。产率的计算结果与实验数据一致。
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