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Henry反应是一类经典的形成碳碳键的重要合成反应。其中不对称催化的Henry反应逐渐成为近年来研究的热门问题。到目前为止,已报道的能催化Henry反应的催化剂有很多,有机金属催化剂就是其中一种效果显著发展潜力很大的不对称合成催化剂。如含锌的络合物催化剂,它在Henry反应中表现出非常有效的催化作用。我们研究的是一种新颖的手性双金属锌络合物催化剂。它不仅能高效地催化Henry反应使其获得较高的产率和产物的对映体过量值,而且还能有效地催化其它一些比较重要的反应,如Aldol反应等。从理论上对该复合物催化的反应进行研究,有助于对这些反应的深入理解,为实验工作者提供指导和帮助,具有重要的理论和实际意义。
在本文中,我们采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-31G**(C,N,O和H原子)及SDD(Zn原子)基组水平上研究了由此双核锌复合物催化的苯甲醛和硝基甲烷形成碳碳键的合成反应的机理,得到了如下一些重要的结论:
1.我们的计算结果和实验预测的催化循环反应机理基本吻合,它主要经过以下三个步骤:(1)硝基甲烷在催化剂上与锌相连的乙烷基负离子的作用下脱去一个质子,生成乙烷和氮酸酯活性中间体;(2)底物苯甲醛的羰基碳和硝基甲烷的碳结合形成碳碳键;(3)一个新的硝基甲烷分子通过质子迁移,传递给上一步生成的硝基醇负离子,从而生成目标产物及一个新的活性中间体,反应进入下一个循环过程。
2.对于反应的第一步,主要有两种可能的反应途径,即构型保持和构型翻转,前者在能量上稍占优势。在碳碳键形成过程中,通过研究发现,主要有三种可能的反应通道,分别标记为通道A、B和C。计算结果表明,反应通道A较其它两种通道更为有利。两个锌原子在过渡态和中间体中都起到稳定体系中负电荷的作用。
3.计算结果显示催化剂上苯环和苯甲醛的苯环之间的空间排斥作用是该反应对映选择性较高的主要原因。
4.通过计算发现产物的S构型占优势,这和实验得到的结论是一致的。
5.反应的第二步即碳碳键的形成是该反应的决速步。