Chem. Eur. J. :基于非共价型硫键催化双烯酮分子内Rauhut-Currier反应的理论研究

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河北师范大学曾艳丽教授课题组报道了一类由非共价力驱动催化环化反应的新策略,通过理论计算从微观角度、深入探究了硫键(ChB)催化在环化反应过程中的性能及其作用机制。该工作通过对分子结构、结合位点、反应机理、热力学数据等参数分析,获得了ChB催化剂与反应物的最优作用方式及最优反应通道。



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图1  ChB催化剂两种不同作用模式下的反应途径示意图。

Rauhut-Currier (RC)反应是一类高效构建碳—碳键的基础反应,因其底物活性较低,通常会选择产率和对映选择性良好的有机小分子作为首选催化剂,不足之处是这类催化剂在反应过程中不易脱去。近年来,由于σ-hole型相互作用(如:卤键)具有绿色高效、低成本、可回收等优点,在有机催化领域备受关注。拥有两个“σ-hole”区域的硫键供体催化剂在可调控性方面得到了加强,所以硫键的催化效果通常优于只含有一个“σ-hole”的卤键。因此,ChB催化更加引起了科研工作者的关注。

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图2 六种硫键供体催化剂分子结构图

该工作选取了六种硫键供体催化剂(XF2 , X(C6F5)2 , X(C6F5)2Me+ , X = Se, Te),深入研究了硫键催化对分子内RC反应过程的作用机制。结果表明硫键催化RC反应的作用机制可分为促进剂亲核加成、碳—碳键偶联、氢转移以及促进剂消除过程。硫键催化剂在RC反应中可以分别作用于促进剂和反应物,如图3所示。而直接作用于反应物的路径二(图3b)反应能垒相对较低,为该类反应最优反应通道。

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图3  (a)SeF2催化路径一的能垒图;(b)SeF2催化路径二的能垒图。

最后,通过性质分析表明催化剂的两个“σ-hole”区域同时作用于羰基氧原子,增强了极化作用,加快了氧原子附近电子的电荷转移,说明反应物与催化剂之间形成的硫键作用促进了反应的发生。该工作可为实验研究提供一定的理论指导,进而为今后催化新策略以及新催化剂的设计、合成提供更为科学的依据。

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图4  (a) COM1的分子生成密度差图;(b) COM1供体与受体之间的电荷转移图;(c) COM1非共价相互作用可视化图。

文信息

Neutral Monodentate and Hypervalent Chalcogen Bond Catalysis on the Intramolecular Rauhut-Currier Reaction of Bis(enones): A DFT Study

Zhuo Wang, Chang Zhao, Xiaoyan Li, Bo Shi, Yanli Zeng


Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202300171




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