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过渡金属铜、钯催化的两种胺基化反应机理的密度泛函研究的综述报告 胺基化反应是一种常用的有机合成反应,其可以将含有无活性基团的C-H键与胺基或氨基化合物进行反应,从而形成新的C-N键。这种反应成为化学中一种非常重要的反应,其反应机制及催化机理研究则是近年来化学与材料科学领域中广泛研究的方向之一。本文将主要对过渡金属铜、钯催化的两种胺基化反应的机理进行研究,并以目前较直观且普遍应用的密度泛函理论为研究手段,对其机理进行探讨。 一、过渡金属铜催化的胺基化反应机理 (1)反应机理 过渡金属铜催化的胺基化反应机理较为复杂,但一般认为其包括胺基化活化、芳基卤化活化、坏化还原和反应瓶颈等几个步骤。其中胺化反应的机理如下图示。 其中,步骤(1)表明,通过HBS方法(亲核氧性混合物法)实现芳基氢卤化将芳基卤化物和CuI混合物搅拌;步骤(2)与HBS时的反应机理相仿,化合物A将芳基卤化物与胺混合后形成了Cu(II)中间体;步骤(3)在连续着固定氧气气体的氧化床中进行的氧化活化反应中,采用过渡金属铜催化剂进行芳基卤化产生的氯化铜的浸取;步骤(4)随后,Cu(II)中间体失去亲核取代基团并将还原为二价铜中间体;步骤(5)Cu(II)中间体的还原得以进行,Cu(II)中间体进一步还原出[H]-ION。 (2)反应催化剂 目前,过渡金属铜催化的胺基化反应机理中,多数使用CuI催化剂。其最主要原因是因为在铜的氧合态中,具有较强的氮同位素酸性,加入铜有利于加快非甲烷生成物的形成过程,这对于后期的还原反应具有重要的意义。 二、钯催化的胺基化反应机理 (1)反应机理 钯催化的胺基化反应也是一种非常重要的胺基化反应。其机理过程如下: 其中,STEP(1)齐聚反应活化丙烯基甲酸甲酯(MMA)和异丙醇,以产生C-H、C-O和Pd-C键以及O-Pd-C骨架组合;步骤(2)是由羟丙基酰胺等二价氮源完成的胺基化反应,钯化合物是主要的先导反应物,而丙烯胺、丁烯二胺、肼等参与胺基化反应的非催化性反应物对于催化剂的选择同样有着重要影响。 (2)反应催化剂 目前,常用的钯催化剂主要为PPh3配合物。钯催化剂催化反应快、效果好。在使用过程中,通常采用高温、高压和强碱的反应条件来提高催化剂活性和反应速率。 总结:目前,对于过渡金属铜、钯催化的胺基化反应机理,研究比较充分,相关理论和方法也比较成熟。因此,在实际使用的过程中,可以根据反应物和反应条件进行相应的催化选择。此外,在理论上,密度泛函理论也能够用来理解和探究有机反应机理。但是,在实际应用中,密度泛函理论仍需要进一步发展和改进,以满足精求高地第一原理计算所需要的精度。