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烯胺的trans-cis异构化中的能量变化

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发布时间: 2018-10-1 15:26

正文摘要:

对于一个典型的烯胺RCH=CHNHR',当R和R'都是共轭基团的时候,存在trans cis两个通过平面共轭体系得到稳定的烯胺异构体(即芳环R和R‘同烯胺接近共平面)以及至少两个席夫碱异构体,并且之间存在异构化现象: 这个 ...

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bbb1 发表于 Post on 2022-6-6 11:13:47
楼主您好,您的文章发了吗?想看一看
望月凝香 发表于 Post on 2018-10-3 01:01:00
liyuanhe211 发表于 2018-10-2 13:45
晶体和溶液两回事儿,如果二者可以快速转化,晶体的倾向完全不能用于佐证溶液的倾向。
我知道二者耦合常 ...

没有做过。但是和同学讨论后发现不容易实验,常规核磁误差在5%级别,定量核磁的检测限也在1%-2%级别。能量相当或略大于10kJ/mol的异构体分布。而VT NMR带来的峰裂分比较而言更加难以看出来。
并且cis构象的C2-H和trans构象的C2-H的化学位移、耦合常数都不同,有相当比例的cis话,应当能看到明显的峰展宽,这个在实验核磁中也是没有观测到的。
liyuanhe211 发表于 Post on 2018-10-2 13:45:51
望月凝香 发表于 2018-10-2 10:46
谢谢老师指导。
和做有机的人讨论了一下,猜测是烯胺/亚胺本身作为碱催化了该反应,现在正在往这个方向 ...

晶体和溶液两回事儿,如果二者可以快速转化,晶体的倾向完全不能用于佐证溶液的倾向。
我知道二者耦合常数不同,我是说平均化的问题,例如放到-80°C做核磁会不会分成两个峰。
望月凝香 发表于 Post on 2018-10-2 11:47:07
一颗赛艇 发表于 2018-10-2 11:34
你提到的这是四种,你往C-C-N最中间那个碳上面看,镜面不重合。就像 螺烯 一样

你说的没有手性还是没 ...

...没想到这层...
考虑把问题扔给我带的刚进组的博一,反正她本科也做了不少计算。
一颗赛艇 发表于 Post on 2018-10-2 11:34:48
望月凝香 发表于 2018-10-2 11:26
等下,哪儿八种?
这个enamine不存在手性,trans-trans, trans-cis, cis-trans, cis-cis加起来四个构型 ...

你提到的这是四种,你往C-C-N最中间那个碳上面看,镜面不重合。就像 螺烯 一样

你说的没有手性还是没有旋光性?双键翻转很费劲,肯定有手性。有外消旋体的可能。

涉及到手性就有一个选择性的问题了。
望月凝香 发表于 Post on 2018-10-2 11:26:48
一颗赛艇 发表于 2018-10-2 11:14
没什么好奇怪的。平衡常数是热力学的事,势垒是动力学的事,两者没有什么关系。

这个烯胺各种构象、手 ...

等下,哪儿八种?
这个enamine不存在手性,trans-trans, trans-cis, cis-trans, cis-cis加起来四个构型吧?
文献里关于C2上有吸电子基团的总结倒是很丰富了,但是C2上是简单苯基或者烷基的确实几乎没有。。。
一颗赛艇 发表于 Post on 2018-10-2 11:14:31
本帖最后由 一颗赛艇 于 2018-10-2 11:17 编辑
望月凝香 发表于 2018-10-2 04:08
感谢。
正是因为实验里第一个平衡可以在室温下轻松达成,包括温度-平衡常数的关系实验值和计算值符合都 ...

没什么好奇怪的。平衡常数是热力学的事,势垒是动力学的事,两者没有什么关系。

这个烯胺各种构象、手性,粗略看了下应该有八种,反应的立体选择性也考虑考虑

望月凝香 发表于 Post on 2018-10-2 10:46:40
liyuanhe211 发表于 2018-10-2 10:40
这条件下绝对不可能是四元环过渡态,这两个TS找的没有与实验对应的化学意义。考虑楼上所说的几种机理是必须 ...

谢谢老师指导。
和做有机的人讨论了一下,猜测是烯胺/亚胺本身作为碱催化了该反应,现在正在往这个方向重新优化计算。
至于trans-cis平均化问题,由于二者的耦合常数不同,还是比较容易分辨的。同时,我有二烯胺的晶体结构,是完全的trans,基本可以排除cis构象。
liyuanhe211 发表于 Post on 2018-10-2 10:40:24
这条件下绝对不可能是四元环过渡态,这两个TS找的没有与实验对应的化学意义。考虑楼上所说的几种机理是必须的。

即使溶剂的介电常数小,也与真空有很大区别,差别(或者说差别的差)的程度可能接近你的“9.61 kJ/mol”,更可能超过你的“2.99 kJ/mol”,很重要,应当加上。

氘代溶剂就是用 Na 蒸过,一般的 “严格无水无氧” 各种东西里引入的水也是 1E-4 mol/L 级别,做到显著更低还是要些特殊的手段,虽然可能性不大,但我感觉还是不要完全排除水在反应中有一定贡献的可能。

很可能你注意到了,但还是提醒一下,(如果整个转变都很快)实验上排除了trans和cis在核磁时间尺度上快速平衡,观察到的信号是trans为主的trans/cis平均化之后的信号可能性了吗?如果平均化了,那核磁上看起来与“只有trans的信号”是差不多的。

另外一般的计算里能量保留一位小数足矣。
霜晨月 发表于 Post on 2018-10-2 10:35:28
本帖最后由 霜晨月 于 2018-10-2 10:38 编辑

如果仅仅是计算精度的问题,可能不会导致这么大的差异吧。B3LYP+D3对有机体系来说还算稳健?

假如你的体系中确实没有水和其他氢源的话,估计氢是来自另一个烯胺。
看看底下这个机制有无可能发生:


(其实就是 一颗赛艇 说的:甚至你这两个分子形成二聚体,分子间 双质子/氢原子/氢负离子 转移也不是没有可能,formic acid dimer double proton transfer也很典型)

望月凝香 发表于 Post on 2018-10-2 10:13:29
霜晨月 发表于 2018-10-2 09:58
就像楼上所说,245KJ/mol的活化能太高,室温下很难进行
所以,推测两个可能原因:

第一点,加了D3校正;
因为是苯/甲苯体系,介电常数小,所以没有用隐式溶剂;
用的是6-31g**,主楼不小心打错了。

第二点是我在考虑的方向。但是可以的思路太多,不知道往哪儿尝试比较好。

开始想法是利用频率校正因子来节约资源,而现在正在用楼上推荐的M062X-def2tzvp重新优化过渡态,再准备用def2qzvp算单点,看看是不是低精度算法本身的问题。
霜晨月 发表于 Post on 2018-10-2 09:58:37
本帖最后由 霜晨月 于 2018-10-2 10:09 编辑

就像楼上所说,245KJ/mol的活化能太高,室温下很难进行
所以,推测两个可能原因:

1. 计算方法不够恰当,比如B3LYP是否加了D3校正?有没有加隐式溶剂?
还有,既然是氢转移反应,为什么不给氢加极化函数?

2. 实际的过渡态可能不是四元环,有可能是先接受一个氢然后脱掉一个氢,这个氢可能来自水、溶剂,或者其他烯胺、亚胺分子。
望月凝香 发表于 Post on 2018-10-2 04:08:27
一颗赛艇 发表于 2018-10-2 02:59
建议两个TS在M062X/Def2TZVP,ultrafine下面重新找一次,然后算一下高精度自由能看看

第一个能垒245,“ ...

感谢。
正是因为实验里第一个平衡可以在室温下轻松达成,包括温度-平衡常数的关系实验值和计算值符合都很好,所以才觉得奇怪。
我现在考虑的就是这个烯胺本身可以作为碱催化异构化反应的发生。
一颗赛艇 发表于 Post on 2018-10-2 02:59:41
本帖最后由 一颗赛艇 于 2018-10-2 03:12 编辑

建议两个TS在M062X/Def2TZVP,ultrafine下面重新找一次,然后算一下高精度自由能看看

第一个能垒245,“室温下可以轻松跨越”,这明显高估。室温下可以轻松跨越起码应该不大于100kJ吧?
如果第一个245得到确认,我想分子间 质子/氢原子/氢负离子 转移有没有考虑过?这在其他体系是很常见的。

甚至你这两个分子形成二聚体,分子间 双质子/氢原子/氢负离子 转移也不是没有可能,formic acid dimer double proton transfer也很典型

第一步双氢转移可以试一下

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