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标题: 关于计算两对对映异构体的过渡态能量时，与实验结果对不上 [打印本页]

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Author: lop 时间: 2025-3-3 20:11
标题: 关于计算两对对映异构体的过渡态能量时，与实验结果对不上
老师们，晚上好！请教一个问题：研究两对对对映体RR和SS，RS和SR的反应路径时，在手型的决定步骤时，能垒相差有10kcal左右，实验结果是RS构型最低，但是计算所得到的结构确却是RS结构的能垒最高，要高大概10kcal/mol。
实验的er值是9：3，请问这样对于绝对构型的形成上述情况是否合理，或是否有能改进的方向！最好希望有相关文献！！万分感谢！
实验的机理是路易斯碱上面的质子转移到亚胺上，即质子转移过程
计算的泛函和基组：BP86-SMD/def2svp,是导师建议的方法和基组

作者
Author: zsu007 时间: 2025-3-3 20:56
根据你的描述，实验与计算结果在立体选择性（RS vs. RR/SS）的能垒差异较大，可能与计算方法、反应机理模型或实验条件相关。以下从理论计算和实验设计的角度分析可能原因及改进方向：

一、可能原因分析
泛函与基组的选择问题

BP86泛函的局限性：BP86属于GGA泛函，未包含色散校正（如DFT-D3），对弱相互作用（如氢键、范德华力）的描述可能存在偏差，而质子转移过程可能涉及氢键或极性环境中的弱相互作用 7 8。
基组尺寸不足：def2-SVP基组较小，可能无法准确描述过渡态的电子结构，尤其是涉及离域或极性键的情况。建议尝试更大的基组（如def2-TZVP）并进行基组叠加误差（BSSE）校正 8。
溶剂模型的影响：SMD模型虽然能处理溶剂效应，但需验证是否准确反映实验溶剂环境。若质子转移涉及强极性溶剂，需确认介电常数和氢键参数的设定是否合理。
过渡态结构准确性

过渡态验证：需确保计算的过渡态通过IRC分析正确连接反应物与产物，且虚频唯一且合理（如与质子转移相关的振动模式） 3。
多过渡态可能性：可能存在未被发现的低能垒过渡态路径（如不同质子转移位点或协同机制），需通过构象搜索（如NEB方法）全面扫描势能面 3。
反应机理模型简化

协同效应忽略：若质子转移伴随电子转移（如质子耦合电子转移，PCET），需采用多参考方法（如CASSCF）或更高级泛函（如ωB97M-V） 5。
催化剂/溶剂参与：实验中的路易斯碱可能通过氢键网络或动态效应稳定特定过渡态，而计算模型未包含这些微观环境细节 2 4。
实验与计算条件差异

动力学控制 vs. 热力学控制：实验的er值（9:3）表明反应受动力学控制，但计算结果可能反映热力学稳定性差异。需确认能垒计算是否包含零点能（ZPE）和热力学修正（如焓/熵贡献） 3。
温度与压力效应：计算通常在0 K下进行，而实验在室温下进行，需通过分子动力学（MD）模拟评估温度对能垒的影响。
二、改进方向与建议
优化计算方法

泛函升级：换用包含色散校正的泛函（如B3LYP-D3(BJ)、ωB97M-V、M06-2X-D3），或使用双杂化泛函（如DSD-PBEP86-D3）提升弱相互作用描述 7 8。
基组扩展：采用def2-TZVP或aug-cc-pVTZ等大基组，并验证基组收敛性。
溶剂效应细化：结合显式溶剂分子（如3-5个水分子）与SMD模型，模拟局部氢键环境 4。
过渡态与路径分析

多路径扫描：使用QST2/QST3方法或构象聚类（如CREST）寻找可能被忽略的低能垒路径 3。
动力学同位素效应（KIE）：计算H/D取代的KIE值，验证质子转移是否为决速步 4。
实验与理论协同验证

对照实验：设计同位素标记或手性催化剂实验，验证RS构型是否为动力学产物 2。
光谱模拟：计算RS和RR/SS过渡态的振动光谱（如IR/Raman），与实验光谱对比以确认结构 3。
文献参考

相关体系研究：
双手性金属催化立体发散性合成中过渡态能垒与对映选择性的关联（见张万斌课题组工作，涉及Pd/Cu协同催化） 2。
质子转移反应中泛函选择对能垒的影响（如J. Am. Chem. Soc. 中PCET机制研究） 5。
弱相互作用体系的计算优化案例（如J. Chem. Theory Comput. 中色散校正对立体选择性的影响） 7 8。
三、总结
实验与计算的能垒差异可能源于泛函对弱相互作用的低估、过渡态路径遗漏或溶剂模型简化。建议优先升级泛函至包含色散校正的版本，并扩大基组规模。同时，结合显式溶剂分子和动力学模拟细化模型。若问题仍存，可考虑协同实验（如KIE测定）与多尺度计算（如QM/MM）进一步验证机理。

作者
Author: sai77 时间: 2025-3-4 09:45
本帖最后由 sai77 于 2025-3-4 11:46 编辑

质子转移跟手性的产生无关啊？你这反应是不是羰基alpha位对亚胺加成？手性不应该是在这一步产生的吗？
另外你这个er值9：3也非常诡异，要么是97：3，要么是75：25，没有9：3这种写法。

作者
Author: lop 时间: 2025-3-4 16:39
是的，打少了一个3，应该是97：3，但是为什么RS构型的质子转移的过渡态能量比SS构型的高呢，请问有什么方法可以将RS构型质子转移的过渡态能量降下来吗？非常感谢您的回答

作者
Author: tonganlhy 时间: 2025-3-4 16:46

lop 发表于 2025-3-4 16:39
是的，打少了一个3，应该是97：3，但是为什么RS构型的质子转移的过渡态能量比SS构型的高呢，请问有什么方法 ...

你要看整个反应过程的。这一步高有什么关系？加成那步足够低就可以了啊。质子转移反应的能垒在反应里不太重要

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