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硼氨烷对酮和亚胺加氢反应机理的研究

作　者: 王煦
导　师: 樊红军；周丹红
学　校: 辽宁师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 硼氨烷酮亚胺加氢反应
分类号: O643.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本论文应用理论计算研究了硼氨烷(NH3BH3,AB)与酮发生硼氢化反应的机理以及硼氨烷分别和酮与亚胺反应时双氢反应机理是否受其他因素影响,并且根据研究的结果我们尝试着设计出一些潜在的不对称加氢体系。本论文研究的主要内容有：(1)基于B3LYP/cc-pVTZ(-f)方法和CCSD(T)/cc-pVDZ方法下研究酮(C=O)与硼氨烷的协同加氢反应机理是否受不同计算方法、不同取代基及空间位阻、不同溶剂的影响。结果表明,当我们使用不同计算方法时,之所以协同双氢转移机理与分步转移机理处于竞争关系是由于我们的计算方法造成的,以高精度方法为基准,反应机理仍是协同双氢转移过程。研究还发现当使用不同取代基取代酮或使用空间位阻较大的的基团取代时,两种反应机理的能垒会发生变化,但是仍然是协同反应占有优势；而当使用极性不同的溶剂时,溶剂化能有所改变,会随着极性的增强能量略有升高,但是并不能改变反应协同机理占优的事实。所以,研究表明酮与硼氨烷反应时并不受计算方法、取代基及溶剂的影响,反应机理仍然是协同双氢转移。在此基础上我们又计算了实验中没有涉及到的不含有苯环的酮(丙酮)的协同反应能垒,其能垒与含有苯环的酮的能垒接近,这说明丙酮与硼氨烷在常温下也可以发生双氢转移,为实验提供了依据。同时,我们根据得到的结论设计了一个手性化合物,对其进行能垒计算,其表现出来的选择性也为我们以后研究潜在的不对称加氢提供了参考。(2)基于CCSD/cc-pVDZ方法和CCSD(T)/cc-pVDZ方法下研究了酮(C=O)与硼氨烷硼氢化反应的机理。结果表明,硼氨烷首先与一当量的酮以协同双氢转移的方式生成对应的醇和NH2BH2,醇马上又与NH2BH2反应放出NH3,最后通过与两当量的酮发生相似的硼氢化反应生成最后的产物---硼氧化合物。(3)基于B3LYP/cc-pVTZ(-f)方法和CCSD(T)/cc-pVDZ方法下研究亚胺(C=N)与硼氨烷的协同加氢反应机理是否受不同计算方法、取代基的电负性、不同溶剂的影响。结果表明,与酮类似,亚胺与硼氨烷的加氢反应机理并不受计算方法的影响,也是一个协同双氢转移过程。当取代基电负性不同时,协同反应和分步反应的能垒有所变化,但是它们的总体趋势不变,即可以认为仍然是协同反应机理占优。当选择不同极性溶剂时,其两种机理能垒的变化趋势与酮的相同,并不受溶剂的影响。在此基础上我们也计算了实验中没有涉及到的不含有苯环的亚胺的协同反应能垒,其能垒与含有苯环的亚胺的能垒接近,这说明不含苯环的亚胺与硼氨烷在常温下也可以发生双氢转移,为实验提供了依据。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-28
  1.1 加氢反应  8-14
    1.1.1 加氢反应的历史  8-9
    1.1.2 加氢反应的过程  9-12
    1.1.3 加氢反应的热力学与机理  12-13
    1.1.4 无金属加氢反应  13-14
    1.1.5 加氢反应的工业应用  14
  1.2 硼氨烷的特点及性质  14-22
    1.2.1 硼氨烷的热溶剂分解  15
    1.2.2 硼氨烷的酸催化溶剂分解  15
    1.2.3 硼氨烷的金属催化剂溶剂分解  15-16
    1.2.4 硼氨烷的热脱氢  16-17
    1.2.5 硼氨烷的酸催化脱氢  17-18
    1.2.6 在溶液中硼氨烷的金属催化脱氢  18-21
    1.2.7 硼氨烷的固态热分解  21-22
    1.2.8 硼氨烷的溶液热分解  22
  1.3 硼氨烷作为还原剂的加氢反应  22-26
  1.4 本论文研究目的  26-28
2 在不同条件下硼氨烷与酮(C=O)加氢反应机理的研究  28-39
  2.1 计算方法  28
  2.2 结果与讨论  28-38
    2.2.1 不同的计算方法  28-32
    2.2.2 不同的取代基  32-34
    2.2.3 不同的溶剂  34-35
    2.2.4 对不含苯环的酮的应用  35-37
    2.2.5 设计的一个手性化合物  37-38
  2.3 小结  38-39
3 硼氨烷与酮(C=O)硼氢化反应机理的研究  39-44
  3.1 硼氨烷与酮(C=O)硼氢化反应机理研究的结果与讨论  39-43
  3.2 小结  43-44
4 在不同条件下硼氨烷与亚胺(C=N)加氢反应机理的研究  44-54
  4.1 硼氨烷与亚胺(C=N)加氢反应理论研究的结果与讨论  44-52
    4.1.1 不同的计算方法  44-48
    4.1.2 不同的取代基  48-50
    4.1.3 不同的溶剂  50-51
    4.1.4 对不含苯环的亚胺的应用  51-52
  4.2 小结  52-54
结论  54-56
参考文献  56-62
致谢  62

硼氨烷对酮和亚胺加氢反应机理的研究

内容摘要

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