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标题: 求助，不对称酮的烯醇化取向问题 [打印本页]
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Author: j5888xm    时间: 2020-6-27 19:46
标题: 求助，不对称酮的烯醇化取向问题
本帖最后由 j5888xm 于 2020-6-28 23:27 编辑

如图一所示，这个酮在两侧都有阿尔法氢

问题一：在发生烯醇化异构时，该分子更趋向于哪一侧进行反应呢

问题二：上述结果应该采用什么量化方法进行分析呢

图二是gaussian优化过的构型，使用ChelpG模型计算得到的原子电荷（B3LYP 6-31G(d,p)，SMD溶剂模型，DMSO作隐性溶剂）

问题三：两个阿尔法氢正电都很低，是否可以和溶剂形成主导反应的作用

谢谢各位老师为小生解答疑惑，不胜感激

计算关键词#p opt b3lyp/6-31g(d,p) scrf=(smd,solvent=dmso) geom=connectivity gfinput gfprint pop=chelpg scf=(direct,tight)


作者
Author: 喵星大佬    时间: 2020-6-27 21:41
反应的区域选择性其实要分情况考虑，尤其是涉及热力学控制和动力学控制的问题
可以先优化两边的烯醇或者烯醇负离子的结构并计算能量，结果应该是两个苯环那一侧的烯醇更稳定
但是如果考虑到质子转移的过渡态，就要计算碱从两侧分别拔H的过渡态能量然后减一下反应物的得到反应的能垒，两边的基团都不小，这个不太好说
如果考虑后续的亲核进攻反应，同样要计算两个烯醇/烯醇盐与底物的反应能垒。
作者
Author: j5888xm    时间: 2020-6-28 13:03
喵星大佬 发表于 2020-6-27 21:41
反应的区域选择性其实要分情况考虑，尤其是涉及热力学控制和动力学控制的问题
可以先优化两边的烯醇或者烯 ...

谢谢老师解惑。

我是否可以这样理解，这个反应主要是热力学或动力学控制，而原子电荷只是一方面，不是主导反应的主要因素。

苯环侧更稳定，是因为苯环比甲基稍大些，形成的双键更稳定呢，还是苯环与即将形成的双键形成了共轭呢（我也感觉苯环侧更稳定）。

谢谢老师。
作者
Author: 喵星大佬    时间: 2020-6-28 13:39
j5888xm 发表于 2020-6-28 13:03
谢谢老师解惑。

我是否可以这样理解，这个反应主要是热力学或动力学控制，而原子电荷只是一方面，不是 ...

反应的选择性是个很复杂的问题，包括很多部分，比如动力学的部分，简单的说就是反应的速度，主要体现在势垒的高低，有热力学的部分，简单地说就是产物的热力学能量的高低，也包括反应的时间是否足够达到平衡等等。某个原料分子的电荷分布可能对其中某一步有一定影响，但直接用来解释反应的选择性就太过粗糙了。
再就是，判断共轭的程度可以优化出结构后把波函数文件用Multiwfn分析一下键级来判断，具体见http://sobereva.com/471。
作者
Author: j5888xm    时间: 2020-6-28 15:22
喵星大佬 发表于 2020-6-28 13:39
反应的选择性是个很复杂的问题，包括很多部分，比如动力学的部分，简单的说就是反应的速度，主要体现在势 ...

嗯嗯好的，十分感谢解答
作者
Author: ldatea    时间: 2020-6-28 15:45
本帖最后由 ldatea 于 2020-6-28 19:32 编辑

这个体系影响因素太多，拿原子电荷来比较非常不靠谱，周围有苯环能够形成大共轭体系时（这个体系不好说位阻影响有多大）。如果位阻不大的情况下，应该是苯环那边的烯醇负离子热力学稳定，最好还是算两个烯醇负离子的自由能差值才能判断谁更稳定。
反应的选择性和烯醇负离子在平衡混合物中的比例有一定关系，但很有可能不是决定性因素，可以控制反应条件来控制主产物。这种反应实验比计算容易做，很多时候都是先做实验，再做计算。
ps：你写的关键词，没用的东西太多了。gfprint 和gfinput输出的内容完全一样，选一个就可以了。scf默认就是direct，opt时默认就是tight，根本没必要写。具体见sob老师的博文http://sobereva.com/331（《常见的多余的和被滥用的Gaussian关键词》）
另外有一个问题请求sob老师帮助，这个分子在靠近苯环这一侧脱质子，形成的烯醇负离子算不算大共轭体系，用b3lyp几何优化会不会有风险？
作者
Author: Accelerator    时间: 2020-6-28 17:27
哪边动力学酸性强不好说（过渡态位置处几何结构来不及调整导致共轭不过去，叫做非理想同步定则），分别找过渡态研究。盲猜还是右边动力学酸性强。

苯基共轭导致B3LYP不靠谱想多了。B3LYP-D3BJ, M06-2X等往往都有良好的表现，都可以使用。
作者
Author: j5888xm    时间: 2020-6-28 22:15
ldatea 发表于 2020-6-28 15:45
这个体系影响因素太多，拿原子电荷来比较非常不靠谱，周围有苯环能够形成大共轭体系时（这个体系不好说位阻 ...

谢谢解答，关键词部分以后会注意
作者
Author: j5888xm    时间: 2020-6-28 22:31
本帖最后由 j5888xm 于 2020-6-29 19:11 编辑
Accelerator 发表于 2020-6-28 17:27
哪边动力学酸性强不好说（过渡态位置处几何结构来不及调整导致共轭不过去，叫做非理想同步定则），分别找过 ...

谢谢解答，是不是说不考虑位阻时，苄位的酸性还是要强一些，但是考虑位阻以后就不一定了

作者
Author: ldatea    时间: 2020-6-28 23:27
本帖最后由 ldatea 于 2020-6-29 09:55 编辑
j5888xm 发表于 2020-6-28 22:31
谢谢解答，是不是说不考虑位阻时，苄位的酸性还是要强一些，但是考虑位阻以后就不一定了

之前只是想做 ...

我刚算了一下你的这个分子，发现气相下，苯环这一侧的CO-CHPh2单键旋转有两个构象，B3LYP/6-31g*（D3BJ）优化，O和H在C-C异侧的时候单点能更低。
但计算级别比较粗糙，没振动分析也没溶剂化，不好说谁更优势。
没有位阻和分子内弱相互作用的时候，酮的优势构象是O和α-H在同一侧的。说实话我也没料到这个体系这么坑爹，可能有两个能量差不多的构象，这两种构象的去质子会有明显差别，O和α-H的O-C-C-H在90度附近有利于较快地去质子（具体哪个角度最有利，跟酮和碱结构都有关，没法讲）。
作者
Author: sobereva    时间: 2020-6-29 00:00
ldatea 发表于 2020-6-28 15:45
这个体系影响因素太多，拿原子电荷来比较非常不靠谱，周围有苯环能够形成大共轭体系时（这个体系不好说位阻 ...

B3LYP对这种情况完全没问题

当前体系用CHELPG不是什么好的选择，因为当前体系较为柔性，结果受构象影响很大，而且有些原子部分被包埋，拟合静电势电荷质量低。用Multiwfn算ADCH、Hirshfeld-I等电荷更有意义。
作者
Author: ldatea    时间: 2020-6-29 09:22
本帖最后由 ldatea 于 2020-6-29 09:41 编辑
sobereva 发表于 2020-6-29 00:00
B3LYP对这种情况完全没问题

当前体系用CHELPG不是什么好的选择，因为当前体系较为柔性，结果受构象影 ...

谢谢sob老师。
作者
Author: ldatea    时间: 2020-6-29 09:42
Accelerator 发表于 2020-6-28 17:27
哪边动力学酸性强不好说（过渡态位置处几何结构来不及调整导致共轭不过去，叫做非理想同步定则），分别找过 ...

谢谢Accelerator老师。
作者
Author: j5888xm    时间: 2020-6-29 12:30
ldatea 发表于 2020-6-28 23:27
我刚算了一下你的这个分子，发现气相下，苯环这一侧的CO-CHPh2单键旋转有两个构象，B3LYP/6-31g*（D3BJ） ...

十分感谢，这个构象问题之前并没有注意到。

是不是需要和溶剂二聚体继续优化才能得出结论。
作者
Author: j5888xm    时间: 2020-6-29 12:32
sobereva 发表于 2020-6-29 00:00
B3LYP对这种情况完全没问题

当前体系用CHELPG不是什么好的选择，因为当前体系较为柔性，结果受构象影 ...

十分感谢sob老师解答，我试着重新计算一下电荷
作者
Author: ldatea    时间: 2020-6-29 16:45
本帖最后由 ldatea 于 2020-6-29 19:28 编辑
j5888xm 发表于 2020-6-29 12:30
十分感谢，这个构象问题之前并没有注意到。

是不是需要和溶剂二聚体继续优化才能得出结论。

你说的二聚体，是指一个溶质分子+一个溶剂分子 吗？这种一般不叫二聚体，二聚体通常指同一种分子形成的复合物。
如果你还是用DMSO溶剂，隐式溶剂模型就可以了，DMSO是典型偶极溶剂，偶极矩较大，且正电中心在硫上，藏在内部，负电中心露在外面（氧），只考虑静电作用的时候，阳离子在DMSO中的溶剂化作用强，阴离子溶剂化作用弱。现在你的溶质也可以近似看成一个正电荷中心藏在内部，负电荷中心露在外面的偶极子。

如果用能和酮形成氢键的溶剂(比如水，位阻小的醇，胺，氯仿等），最最最少得带一个溶剂（体现氢键），然后对这个复合物用隐式溶剂模型。具体细节请看sob老师的博文(《谈谈隐式溶剂模型下溶解自由能和体系自由能的计算》)http://sobereva.com/327

我其实现在都不敢确定你这个体系到底会有几个构象，目前只是优化出两个极小值点而已。
我这边算出来的结果：
6-31g*(D3BJ)几何优化，然后用ORCA的wB97M-V/ma-def2-TZVP（RIJCOSX加速） 计算单点（这里用弥散函数的目的是为了和之后要算的阴离子体系用同一个基组，本身中性分子加弥散函数是不划算的，还有一个次要目的是估算后面算阴离子的时间，就是看wB97M-V/ma-def2-TZVP能不能算得动）
O-C-C-H二面角168.106的构象，wB97M-V/ma-def2-TZVP单点-733.841302485153Hartree,M05-2X/6-31g*气相单点-733.793625308Hartree，SMD溶剂模型下M05-2X/6-31g*单点-733.812249149Hartree
O-C-C-H二面角8.964的构象，wB97M-V/ma-def2-TZVP单点-733.835717944143Hartree,M05-2X/6-31g*气相单点-733.787252648Hartree，SMD溶剂模型下M05-2X/6-31g*单点-733.803927949Hartree第三个减第二个就是溶剂化自由能(状态是默认的298.15K，1atm,溶液标态1mol\L)。


作者
Author: j5888xm    时间: 2020-6-29 20:17
ldatea 发表于 2020-6-29 16:45
你说的二聚体，是指一个溶质分子+一个溶剂分子 吗？这种一般不叫二聚体，二聚体通常指同一种分子形成的复 ...

好的，谢谢纠正，十分感谢。

其实我拿这个分子举例，主要还是想考察双苯基共轭对烯醇化取向的影响，氧和氢异侧时能量较低，是不是简单拿这种构象的能量和另一侧的直接对比有失偏颇，因为这个构象并不适合外界夺氢。或者说我试着计算一下两种构象的pKa值看看有无明显差别。但是两种构象最后的阴离子应该是一样的，直接把两侧的阴离子能量对比是不是就能简明判断出结果。

再次感谢您的解答，辛苦了。


作者
Author: ldatea    时间: 2020-6-29 20:33
本帖最后由 ldatea 于 2020-6-29 21:17 编辑
j5888xm 发表于 2020-6-29 20:17
好的，谢谢纠正，十分感谢。

其实我拿这个分子举例，主要还是想考察双苯基共轭对烯醇化取向的影响，氧 ...

一般来说，确实会回到同一个结构。但这个体系有特殊性，这两个苯环根本不可能共平面，至少有一个苯环要扭转。这种情况下阴离子可能不只一种构象。
ps:你这个体系确实一看就是不适合做反应的（除非你要在氧上反应，位阻的影响就会小很多）。

你要算pKa,HA=H++A-，那么这里面三个物种的能量一个都不能少，溶剂化氢离子能量不用算，一般有数据可查。其他两个都得自己算。

如果只关心烯醇负离子哪个更多，反应物的结构和能量其实根本不用算，因为你关心的是两种烯醇负离子的比例，这只与烯醇负离子的自由能有关。算pKa的思路是对的，但是没有必要。因为你只需要关心两种电离方式的pKa之比就可以了，这个pKa之比完全由两种烯醇负离子的自由能差决定。
但烯醇负离子可能存在构象问题，最简单的方法是分别找两种烯醇负离子中能量最低的构象，能量低的比例就更高。要算的再准一点就是考虑构象平均。
你算异丙基一侧烯醇负离子的能量，那就必须考虑苯环一侧哪种构象能量更低。
算苯环这一侧烯醇负离子的能量，也要考虑苯环这一侧由于有一个苯环不能共平面，是否有多种构象。




作者
Author: j5888xm    时间: 2020-6-29 23:35
ldatea 发表于 2020-6-29 20:33
一般来说，确实会回到同一个结构。但这个体系有特殊性，这两个苯环根本不可能共平面，至少有一个苯环要扭 ...

谢谢解答，构象的问题我会多加注意，位阻作用可能确实对苯环共轭有不小影响。

如果用醛或醇作溶剂，会不会和阿尔法氢有相互作用而促进离解，还是说只有氢键并且主要还是在氧上。

还有，图省事都采用能量最低的构象，应该不会有什么不妥吧（手动狗头）。

哈哈，再次谢谢指点


作者
Author: ldatea    时间: 2020-6-30 08:37
j5888xm 发表于 2020-6-29 23:35
谢谢解答，构象的问题我会多加注意，位阻作用可能确实对苯环共轭有不小影响。

如果用醛或醇作溶剂，会 ...

1.α-H的氢键比较弱的，但具体多弱我不清楚，你找个模型算一下就知道了。


2.一般来说，问题不大，构象平均以后降低的自由能不多。前提是你必须找准最低能量的构象，这个找不准误差就很大了。
作者
Author: j5888xm    时间: 2020-6-30 10:29
ldatea 发表于 2020-6-30 08:37
1.α-H的氢键比较弱的，但具体多弱我不清楚，你找个模型算一下就知道了。

嗯嗯好的，十分感谢您的解答



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