有机催化不对称Rauhut-Currier反应机理的理论研究

The Rauhut-Currier (RC) reaction provides an effective way to create new carbon-carbon bonds in an atom-economical manner, and to synthesize diverse classes of functionalized molecules. However, it has not attracted a lot of attention during the last two decades because of its low reactivity and selectivity. Therefore, frequent attempts were made to improve efficiency and selectivity of this reaction. In this project, a mixed quantum chemical method (QM)/molecular simulation techniques (molecular modeling and molecular dynamics simulation) strategy will be employed to investigate the asymmetric RC reaction catalyzed by organcatalysts. Two issues will be addressed：1) the roles of functional group of the organcatalysts and 2) the origin of stereoselectivity. Our results will provide a useful guide for understanding the reaction mechanism and will be helpful for designing new efficient organcatalysts.

Rauhut-Currier(RC)反应是一个原子经济性形成C-C键的反应，产物具有多个可进一步转化的官能团，在有机合成和药物合成等领域具有广阔的应用前景。该反应的缺点是：低的反应活性和选择性。寻找合适的催化剂来加速RC反应、提高反应选择性是有机化学、药物化学、理论化学等领域的研究热点。本项目应用我们拟合的ReaxFF力场参数，结合量子化学(QM)，分子模拟(MM和MD)及连续介质模型对有机小分子催化的不对称RC反应机理进行静态和动态的计算模拟研究，从理论上揭示有机催化剂的活化本质以及控制反应立体选择性的关键因素，为筛选、设计新型高效的有机催化剂提供理论指导，具有重要的科学和实际意义。

理解催化反应本质以及控制反应选择性的关键因素，进而推动新反应以及新催化剂的设计。本项目对有机小分子催化的Rauhut-Currier (RC) 反应的机理进行了详细的理论研究，研究内容按照原计划进行，达到了预期目标。首先研究了有机胺（DABCO） 催化的两种丙烯酸酯（丙烯酸甲酯和丙烯酸苯酯）与(E)-2-苯甲酰-3-苯基-丙烯腈的反应机理。通过对比上述两个反应的反应机理，揭示了反应物丙烯酸酯中苯基对反应机理的影响：苯基主要是通过生成副产物苯酚（参与质子转移过程）参与反应进而改变反应机理。我们还研究了有机膦（PPh3）催化的N-苯基马来酰胺和2-苯甲酰丙烯酸乙酯的RC反应，重点考察了添加剂苯甲酸对反应机理的影响，揭示了苯甲酸在整个反应过程中的重要作用：1）对反应路径中各驻点起到稳定化作用；2）作为质子传递媒介参与质子转移过程。此外，使用量子力学和分子动力学模拟（采用我们拟合的力场参数）相结合的方法研究了有机膦（PPh3）催化的3-丁炔-2酮与亚胺之间的环加成反应，量子力学和分子动力学结果均显示R-构型产物是反应的主要产物。鉴于联烯类化合物具有累积双键结构，与普通的烯烃的相比，具有更加丰富的反应活性和选择性。在本项目后期，我们将反应物拓展到联烯类化合物，研究了有机小分子（有机胺，有机膦等）催化的联烯酸酯参与的环加成反应。本项目研究结果为揭示反应的微观机理和控制反应选择性的关键因素以及优化实验条件提供理论依据。