铁、钴配合物催化酮不对称氢化反应的理论研究

Asymmetric hydrogenation of ketones is one of the most important and widely used synthetic methods in chemical industry and chemical synthesis. However, because of the widely used noble metal catalysts have the disadvantages of high price and unfriendly environment effects, in recent years, increasing efforts have been devoted to the experimental study of base metal catalysts for the asymmetric hydrogenation of ketones, but there are only a few theoretical studies in this field. In this project, we will use computational methods, mainly the density functional theory to investigate the mechanisms of asymmetric hydrogenation of ketones catalyzed by a series of pincer iron and cobalt complexes. Meanwhile, we will investigate the mechanisms of the substituent effects and the solvent effects. Afterwards, we will select the new catalysts which can get higher enantiomeric excesses and better conversion rate. The achievements of our research will provide solid theoretical basis for the design and synthesis of new catalysts, and therefore reduce the cost and improve the efficiency of the development for new catalyst.

过渡金属配合物催化的酮不对称氢化反应在化学工业和有机合成中具有广泛的应用。但目前广泛使用的催化剂大多含贵金属，有价格昂贵、环境友好性差等缺点。在近年来的研究中，对于铁钴配合物催化的酮不对称氢化实验研究逐渐兴起，但理论研究相对匮乏。本项目将使用理论与计算化学方法，主要是密度泛函理论，对铁钴钳形配合物催化酮不对称氢化的反应进行研究，深入了解其反应机理，并充分探索配合物的取代基效应和溶剂化效应对催化效率的影响机制，进而通过合理的计算设计提出既能获得高对映体百分比又具有高催化活性的新型非贵金属配合物。研究结果将为新催化剂的设计以及合成提供理论依据，降低催化剂开发的成本，提高催化剂研制的效率。

本项目以发展高效廉价的不对称氢化反应催化剂为目标，使用现代电子结构理论和计算量子化学方法深入研究了多种铁、钴配合物催化的不对称氢化反应机理，并在此基础上，计算设计了一系列有潜力高效催化相关反应的新型铁、钴配合物。在理论预测了其催化活性的同时，分析了不同配体和官能团对催化效率的影响。通过对反应机理的探索和新型催化反应体系的理论预测，本项目的研究成果不仅仅为后续实验研究提供了明确的反应机制参考，有助于提高相关催化剂开发的效率，同时也拓展了H-H、C-H、C=O、C-N、O=O等多种惰性化学键活化与重组的方式，促进了理论催化研究在解决实际问题中的应用。