氮自由基的几个反应的实验和理论计算研究

• 作 者: 袁新婷
• 机 构: 中国科学院上海有机化学研究所
• 出 处: 中国科学院上海有机化学研究所
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: 氮自由基 环合反应 C-H键活化 理论计算

本论文围绕氮自由基的性质，开展了实验和理论计算两方面的工作。包括以下六个部分的内容：　　
1.对酰胺氮自由基环合生成环胺的反应进行了研究。考察发现，乙氧羰基可以显著提高氮自由基环合的反应活性；运用双键上卤素取代，成功的控制了环合反应的区域选择性。当卤素在双键外侧，发生exo型的环合；当卤素在双键内侧，发生endo型的环合。通过比较实验和理论计算，进一步探讨了区域选择性控制的机理，发现氮自由基孤对电子与卤素外层孤对电子之间存在的互斥作用在区域选择性的控制中起到了重要的作用。将反应推广到双键上甲氧基、乙硫基取代的底物，同样能够获得区域选择性控制的结果。　　
2.尝试将区域选择性的酰胺氮自由基环合生成环胺的反应应用到天然产物—喜树碱的合成中。苯硫基取代的自由基前体可以实现5-exo/6-endo串联模型反应。但在对喜树碱的全合成过程中，遇到一些困难，还有待进一步的研究。　　
3.对普通烷烃的碘代反应进行了研究，发现以酰胺氮自由基为活性中间体可以实现对普通烷烃的C-H键活化。筛选结果表明乙酰胺和氨基甲酸乙酯的效果最好。进而对反应的选择性以及酰胺能否实现催化进行了考察。　　
4.采用密度泛函理论，对酰胺氮自由基6-endo环合反应的区域选择性进行了理论计算的研究。双键内侧连不同取代基(氢、甲基、氟、氯、溴、碘等)的戊烯酰胺氮自由基的环合反应的理论计算结果与实验结果能很好地吻合。从环合反应活化能的角度对氮上取代基效应进行了解释。从过渡态构象分析，反应具有高区域选择性的原因之一是氮自由基孤对电子与卤素取代基的外层孤对电子之间存在排斥作用。　　
5.采用密度泛函理论，对以手性氨基酸片断为辅基的酰胺氮自由基5-exo环合反应的不对称选择性进行了理论预测。结果表明，当手性辅基为N,N-二甲基苯丙氨酸片断时，可以90％的de值选择性地得到S构型的环合产物；当手性辅基为丙酮叉保护的苏氨酸片断时，可以98％的de值选择性地得到R构型的环合产物。计算结果对我们小组进一步的实验研究提供了指导。　　
6.采用密度泛函理论，对氮上不同取代基的5-己烯胺自由基发生6-exo环合反应和1，5-H迁移反应进行了理论计算，预测了反应的选择性。当氮上取代基为氢和甲基时，1，5-H迁移反应和6-exo环合反应的趋势相当；当取代基为位阻更大的乙基、异丙基、叔丁基时，反应可能是得到单一的1，5-H迁移反应的结果。对6-庚烯胺自由基进行7-exo、8-endo环合反应选择性的理论计算，氮上氢取代的底物在反应活性以及区域选择性方面都要优于氮上烷基取代的其它底物。