计算化学公社

标题: 构建显示溶剂模型过渡态技巧求助 [打印本页]

作者
Author: wr52139 时间: 2019-8-22 03:25
标题: 构建显示溶剂模型过渡态技巧求助
本帖最后由 wr52139 于 2019-8-22 03:28 编辑

各位老师好，我在研究一个闭环反应的时候，怀疑有水分子参与反应（如图），水分子为图中O30, H31,H32。我觉得应该是水分子的O30去和苯环上H22结合，水分子中H32和Cl29结合，把HCl从目标分子中脱掉，使得N2和C19连接闭环。我使用M062X/6-31G(d)进行结构优化总是无法优化到过渡态，要么超过步数上限，要么构型变化极大（明显不对我就kill了）。我也试过先用PM6优化这个结构，虽然可以优化到想要的过渡态，但是在此基础上，用DFT优化仍然不成功，估计应该就是初始构型不合理的原因。所以想问问各位老师，在摆放显示水的时候（尤其是水可能参与反应）有什么好的建议和技巧？当然也有可能是两个水或者更多的水分子参与了反应，我现在一直在尝试。
Plus: 目标分子（下图去掉水分子）使用的是PM6优化得到理想的过渡态，但是用M062X/6-31G(d)无法优化到类似的过渡态，所以才想着加入显示水。

(, 下载次数 Times of downloads: 21)

作者
Author: Accelerator 时间: 2019-8-22 12:58
PM6优化的过渡态经常和真实结构相去甚远可以考虑PM7或xtb
这种不需要预优化就固定被你用虚线显示的这几根键先找极小值点检查虚频后再放开全部自由度优化过渡态一般就行了
此外确定这反应不是自由基机理？

作者
Author: lidocaine39 时间: 2019-8-22 14:41

Accelerator 发表于 2019-8-22 12:58
PM6优化的过渡态经常和真实结构相去甚远可以考虑PM7或xtb
这种不需要预优化就固定被你用虚线显示的这几 ...

您好，请问检查虚频是指对固定优化的结构做频率计算，然后查看该结构的虚频吗？

作者
Author: Accelerator 时间: 2019-8-22 16:03

lidocaine39 发表于 2019-8-22 14:41
您好，请问检查虚频是指对固定优化的结构做频率计算，然后查看该结构的虚频吗？

是虚频模式应当与反应模式相符否则放开自由度优化肯定会飞

作者
Author: wr52139 时间: 2019-8-23 00:14
本帖最后由 wr52139 于 2019-8-23 00:15 编辑

Accelerator 发表于 2019-8-22 12:58
PM6优化的过渡态经常和真实结构相去甚远可以考虑PM7或xtb
这种不需要预优化就固定被你用虚线显示的这几 ...

我也考虑过，不过目前无法确定，因为反应体系中只有次氯酸钠和污染物，没有UV，所以觉得不会产生自由基。只是产物中检测出疑似脱去HCl的产物，所以想着先按照非自由基反应去找过渡态。您说的自由基反应机理是说N-Cl键均裂，然后N去和苯环上C相连吗？

作者
Author: mutron 时间: 2019-8-23 00:40
本帖最后由 mutron 于 2019-8-23 13:32 编辑

找反应过渡态需要对反应本质有大概的认知，而且不同反应条件有可能导致不同反应途径。如果我没理解错的话，题主要的反应是：氯胺上的N（富电）对含有氨基的苯环进行（亲电）取代反应。你想找的这一步反应不太可能实现

氯胺对苯环的N取代反应，要不按照传统反应条件，酸+光照，通过N自由基机理；要不氯胺上的Cl先氯代苯环（也可以在氯化氢溶液里面进行orton重排），然后生成的氨基再取代上一步的邻位氯代产物。

作者
Author: wr52139 时间: 2019-8-23 01:43
本帖最后由 wr52139 于 2019-8-23 06:01 编辑

感谢mutron老师的指导，我也在疑惑这种反应机理，不过您提到的orton重排机理让我挺受启发。我的体系是1,3-diphenylguanidine与NaClO在水中反应。我在检测产物的时候发现有三种稠环芳烃生成，对其机理是百思不得其解。下图最右边为我检测出来的产物，中间是我推测的中间产物（没有检测到含有N-Cl的中间产物）。我猜测右边的最终产物是和生成的N-Cl键和邻位的C-Cl键有关系，但是具的反应历程让我很疑惑，希望各位老师能够给一些意见和建议。 (, 下载次数 Times of downloads: 20)
对了，补充一点：这三个产物仅仅是根据高分辨质谱的数据推测出来的，并没有打核磁来确定结构（因为污染物初始浓度0.5ppm，无法分离和富集这些产物去打核磁）。但可以肯定的是，确实由母体1,3-diphenylguanidine和HClO生成，而且是只掉了两个氢，所以根据这些信息推测出来的这三个产物。

作者
Author: wr52139 时间: 2019-8-23 01:45

Accelerator 发表于 2019-8-22 12:58
PM6优化的过渡态经常和真实结构相去甚远可以考虑PM7或xtb
这种不需要预优化就固定被你用虚线显示的这几 ...

谢谢您的建议，那我试一下先用PM7加上限制性优化试试。

作者
Author: Accelerator 时间: 2019-8-23 09:08

wr52139 发表于 2019-8-23 00:14
我也考虑过，不过目前无法确定，因为反应体系中只有次氯酸钠和污染物，没有UV，所以觉得不会产生自由基。 ...

是如果把SEAr改成烷基H攫取就是个人名反应是自由基机理

作者
Author: mutron 时间: 2019-8-23 14:59
本帖最后由 mutron 于 2019-8-23 15:48 编辑

wr52139 发表于 2019-8-23 01:43
感谢mutron老师的指导，我也在疑惑这种反应机理，不过您提到的orton重排机理让我挺受启发。我的体系是1,3-d ...

如果次氯酸过量都没有检测到任何氯胺或者氯代产物，很有可能反应途径并不需要经过氯胺（也有可能氯胺太容易水解掉），那么这个就是普通的（苯胺）氧化偶联反应而已，自由基过程。以下是个人猜测，其它两个产物同理：

(, 下载次数 Times of downloads: 15)

作者
Author: wr52139 时间: 2019-8-28 08:20

mutron 发表于 2019-8-23 14:59
如果次氯酸过量都没有检测到任何氯胺或者氯代产物，很有可能反应途径并不需要经过氯胺（也有可能氯胺太容 ...

非常感谢mutron的指导，您的意见确实给我提供了不少新的思路和计算方向，这几天一直在反复尝试，并且补充了几个实验，我换了氧化剂，用高铁酸盐氧化这个污染物，发现没有类似这种产物，所以我觉得HClO氧化1,3-diphenylguanidine生成减去2个H的产物的机理还是可能从氯胺这个路径入手。我也计算了Cl加到N上能垒为22 kcal/mol，而加到苯环上是29kcal/mol，所以觉得氯胺产物还是很容易生成的，可能不稳定迅速转化为其他产物了。

不过还想问一下老师，虽然高铁酸盐和HClO氧化产物大部分不相同，但有一个产物是一样的，就是掉一个苯环，生成phenylguanidine，我考虑过类似的deamination的机理以及一些其他氧化的机理，但是还是没想明白具体反应历程是什么样的。老师们能否给我一点意见或分享一下类似的反应？非常感谢！
(, 下载次数 Times of downloads: 18)

作者
Author: mutron 时间: 2019-8-29 17:26
本帖最后由 mutron 于 2019-8-30 01:18 编辑

1.不同氧化剂有可能有不同的氧化机理，比如电子直接转移、形成酯中间体等，因此会得到不一样的产物。我建议加几个自由基机理的氧化剂试试，比如合成聚苯胺最常用的过硫酸铵，另外还有Fremy盐，这两个氧化剂一般都认为是自由基氧化过程（如果能得出和次氯酸一样的脱氢产物，基本可以排除是氯胺机理）。无论是氯胺光照变成氯原子，还是氯胺通过和体系中的Cl负离子生成氯气分子（orton重排），苯环都会生成各种氯代产物，如果检测结果是没有任何氯代产物，我个人还是认为氯胺（哪怕生成了）没有参与到反应当中

2.把二苯基胍浓度提高（甚至可以做一次有机反应），如果得出相同的质谱结果，就可以考虑分离打核磁确定结构了，如果产物弄错了那么所有机理讨论、后续的过渡态计算都没有意义

3.还有没有其它产物？其它产物也会对机理的讨论有帮助，比如下面的苯醌

如果产物结构没有错的话，有可能是以下机理：
(, 下载次数 Times of downloads: 16)

苯胺氧化生成苯醌也可能不经过重排

作者
Author: wr52139 时间: 2019-8-30 01:24

mutron 发表于 2019-8-29 17:26
1.不同氧化剂有可能有不同的氧化机理，比如电子直接转移、形成酯中间体等，因此会得到不一样的产物。我建议 ...

非常感谢Mutron老师，您的解答对我非常受用。
1. 这个实验的建议很棒，确实会对我找到正确的机理有帮助。我会尽快试试。实际上我可以检测出Cl代产物，但是打二级质谱（MSMS）的时候，看到了氯苯的碎片，所以判断这个产物的Cl是加成在苯环上，而不是N上。所以之前说没有检测到氯胺产物。

2. 您说的对，我现在正在准备做高浓度的反应物，准备分离富集，去打核磁。否则弄错了计算确实白算了。

3.下图是我在次氯酸钠体系降解二苯基胍生成的产物，不过都是根据UHPLC-TOFMS来推测的产物（那个dimer具体怎么连的不清楚，结构可能是错的）。 (, 下载次数 Times of downloads: 24)

再次感谢Mutron老师，现在思路清晰很多了！

欢迎光临计算化学公社 (http://bbs.keinsci.com/)