3，4-二氫嘧啶-2（1H）-酮的合成與理論研究.pdf

1、1893年，Biginelli首次報道了芳香醛、脲和乙酰乙酸乙酯在濃鹽酸催化下發(fā)生縮合反應(yīng)生成3,4-二氫嘧啶-2(1H)-酮衍生物(DHPMs)。自20世紀(jì)90年代以來，研究發(fā)現(xiàn)DHPMs具有廣泛的藥理活性，因此DHPMs的合成及分子性質(zhì)研究成為生物活性有機(jī)雜環(huán)化合物研究的熱點(diǎn)之一。 本論文主要包括實(shí)驗(yàn)和理論計算兩方面的內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)部分，系統(tǒng)探討了三氯化銻(SbC13)作為催化劑參與的Biginelli反應(yīng)；理論計算部分，用量子

2、化學(xué)方法研究了DHPMs的分子性質(zhì)、Biginelli反應(yīng)機(jī)理，并用從頭算及變分過渡態(tài)理論研究了尿素和甲醛的反應(yīng)。研究取得了以下幾個方面的成果： 1、使用SbC13作為催化劑，無溶劑條件下合成一系列DHPMs。反應(yīng)的最佳條件為：芳香醛、β-二羰基化合物和尿素的摩爾比為1:1:1.5，催化劑用量為芳香醛的10％，反應(yīng)最佳溫度為70℃。此改進(jìn)方法具有反應(yīng)時間短、收率高、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，為DHPMs的制備提供了一條方便、快捷、有效的合

3、成方法。 2、在6-31G(d)或6-311G基組水平上，用B3LYP、HF和MP2三種方法對四種DHPMs進(jìn)行了幾何全優(yōu)化，并對其電荷分布、前線分子軌道、成鍵情況以及自然鍵軌道(NBO)進(jìn)行了分析。DHPMs的氮原子和氧原子以及與氫原子相連的碳原子，帶負(fù)電荷；而非氫原子中正電荷主要分布在與氮原子和氧原子相連的碳原子上；DHPMs中嘧啶環(huán)為船式構(gòu)象；DHPMs的前線軌道能級差較小，表明它們的穩(wěn)定性較差，可能具有很好的生物活性；在

4、DHPMs中，嘧啶環(huán)上兩個氮原子的孤對電子都與相鄰鍵有較強(qiáng)的相互作用。 3、用密度泛函理論在B3LYP/6-31G(d)，B3LYP/6-31+G(d,p)和B3LYP/6-311+G(3df,2p)//B3LYP/6-31+G(d，p)水平，研究了Biginelli反應(yīng)機(jī)理，計算了反應(yīng)的平衡常數(shù)。經(jīng)典Biginelli反應(yīng)機(jī)理為：在酸的作用下醛和脲首先生成中間體?；鶃啺氛x子，然后與乙酰乙酸乙酯發(fā)生縮合反應(yīng)得到一個開鏈的酰脲，

5、后者進(jìn)一步環(huán)化、脫水得到相應(yīng)的DHPMs，反應(yīng)平衡常數(shù)為70.80。合成二氫嘧啶硫酮反應(yīng)機(jī)理與經(jīng)典Biginelli反應(yīng)機(jī)理類似，反應(yīng)平衡常數(shù)為947.73。 4、作為Biginelli反應(yīng)機(jī)理第一步反應(yīng)的拓展，用MP2方法研究了尿素和甲醛反應(yīng)的機(jī)理，用變分過渡態(tài)理論加小曲率隧道效應(yīng)計算了200～3000K溫度范圍內(nèi)尿素和甲醛反應(yīng)的速率常數(shù)。脲與甲醛的反應(yīng)是比較簡單的加成反應(yīng)，反應(yīng)的基元過程主要是氮?dú)滏I的斷裂和氧氫鍵的生成。在M