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如何寻找二硫键交换过渡态

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发布时间: 2025-10-28 10:59

正文摘要:

本帖最后由 liuxdhs 于 2025-10-29 18:54 编辑 最近在找二硫键交换的过渡态,但一直没有找到恰当的,想请教一下各位老师们。 实验上出现了一些现象,以下是实验条件与方式。 所有反应均在110摄氏度下进行,氮 ...

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ArchieMiao 发表于 Post on 2025-11-1 09:45:35
我是说游离的NHR1R2中的N去攻击S-S,而不是质子转移到S-S。我做了不少计算,质子转移的情况基本可以被否定。  后面我做了一些计算,发现PF6-基本没有可能发生反应,应该是其电荷过于平均了。你的实验不好理解的地方是正丁醇中KF6作为催化剂都可以发生反应,估计在高温下发生了少量醇解,产生了游离的F-
liuxdhs 发表于 Post on 2025-10-31 19:58:18
ArchieMiao 发表于 2025-10-31 19:41
他们的计算重复不出来,连计算方法和基组都不给,没有一点计算细节。能垒说是3kcal/mol,感觉不靠谱。我用b ...

”实验中采用R1R2NH2+ ,估计会有一些游离的NHR1R2,它可以进攻S-S“
想请问一下这句话什么意思呢,也是一个质子转移的过程吗?NHR1R2中的H转移到S上致使断键?

另外如果阴离子进攻S-S的情况,那PF6-是抗衡阴离子的情况下,就是PF6-去进攻S-S?

之前看过一点,如果是Cl-,比较容易形成HCl,会致使这个断键,所以不以Cl作为参考。
ArchieMiao 发表于 Post on 2025-10-31 19:41:14
他们的计算重复不出来,连计算方法和基组都不给,没有一点计算细节。能垒说是3kcal/mol,感觉不靠谱。我用b3lyp+色散和m062x测试后觉得他们提出的机理是错误的,感觉阴离子去攻击S-S是更为合理的。  你的实验中采用R1R2NH2+ ,估计会有一些游离的NHR1R2,它可以进攻S-S
玉米猫 发表于 Post on 2025-10-31 09:18:12
本帖最后由 玉米猫 于 2025-10-31 09:27 编辑
liuxdhs 发表于 2025-10-31 09:02
这篇文献我们一开始就关注到了。这篇文献直接是质子化的方式,计算出过渡态。我是通过柔性扫描,逐渐缩短 ...


还有个可能的原因,gfn-xtb不支持自由基计算。在这个体系里,如果正常是自由基反应的话,xtb会以离子形式计算,导致跟实际不符。

而且质子转移反应本身很多是没有过渡态的,更多的是分两步,先质子化,再断键。
liuxdhs 发表于 Post on 2025-10-31 09:02:03
玉米猫 发表于 2025-10-31 08:17
从现在的结果来看,会不会是酸催化的?铵盐可以解离成胺和酸。换了正丁醇后,KPF6的六氟磷酸根少量醇解, ...

这篇文献我们一开始就关注到了。这篇文献直接是质子化的方式,计算出过渡态。我是通过柔性扫描,逐渐缩短二级铵盐上的H与S的距离,但没有发现那个转变的点。
玉米猫 发表于 Post on 2025-10-31 08:17:18
本帖最后由 玉米猫 于 2025-10-31 08:20 编辑
liuxdhs 发表于 2025-10-29 18:53
你好。以下是实验条件与方式。
所有反应均在110摄氏度下进行,氮气氛围,溶剂为甲苯,使用的是两种不一 ...

从现在的结果来看,会不会是酸催化的?铵盐可以解离成胺和酸。换了正丁醇后,KPF6的六氟磷酸根少量醇解,放出氢氟酸?

这篇文献就报道了酸催化的二硫键交换反应,里面还用到了你体系里的NH2-PF6:      https://doi.org/10.1002/anie.202215329

liuxdhs 发表于 Post on 2025-10-30 18:49:30
Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 2025-10-30 14:15
我觉得或许可以试试把亲核性更弱的non-coordinating anion来排除PF6-影响的可能(虽然暂时没找到文献,但 ...

感谢您的建议,我也继续看一下。
liuxdhs 发表于 Post on 2025-10-30 18:48:03
ArchieMiao 发表于 2025-10-30 16:28
还有就是你的催化剂是怎么配制的,加了多少? 体系中是不是存在一定量游离的NHR1R2

是的,起到作用是这个分子[CH3CH2-NH2-CH2-Ph]-PF6,这个分子是加了0.5eq,其他两个分子都是1eq
ArchieMiao 发表于 Post on 2025-10-30 16:28:08
还有就是你的催化剂是怎么配制的,加了多少? 体系中是不是存在一定量游离的NHR1R2
ArchieMiao 发表于 Post on 2025-10-30 15:39:36
和你确认一下,你说的NH2-PF6到底是什么, 是你在图中画的那个分子吗?就是[CH3CH2-NH2-CH2-Ph]-PF6,还是说就是NH2基团和PF6基团的组合,你一定要说清楚
Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 Post on 2025-10-30 14:15:20
本帖最后由 Uus/pMeC6H4-/キ 于 2025-10-30 14:23 编辑
liuxdhs 发表于 2025-10-30 13:38
好的,谢谢。这个体系中,其实最感兴趣的还是NH2-PF6对于二硫键交换的作用。按照您的说法,可能是PF6对于 ...

我觉得或许可以试试把亲核性更弱的non-coordinating anion来排除PF6-影响的可能(虽然暂时没找到文献,但是Cl-的亲核性并非弱得可忽略的),以及把二级铵盐换成“零级”铵盐NH4PF6排除胺氧化产生自由基的可能。

顺便说一句,有一篇老文献J. Chem. Theory Comput. 2014, 10, 11, 4842–4856做thiol-disulfide exchange反应的benchmark,但看到那一堆加极化加弥散的Pople基组和小众的泛函又觉得参考价值有待商榷。该文献是Bickelhaupt的综述Nucleophilic Substitution (SN2): Dependence on Nucleophile, Leaving Group, Central Atom, Substituents, and Solvent里引用的。
liuxdhs 发表于 Post on 2025-10-30 13:38:06
ArchieMiao 发表于 2025-10-30 11:26
做了初步的计算,Cl- 攻击S-S,将其打断,然后含 S-(阴离子) 的基团去攻击另一个S-S,最后新的含S-的基团 ...

好的,谢谢。这个体系中,其实最感兴趣的还是NH2-PF6对于二硫键交换的作用。按照您的说法,可能是PF6对于S-S的作用,而非NH2起到作用?
ArchieMiao 发表于 Post on 2025-10-30 11:26:39
做了初步的计算,Cl- 攻击S-S,将其打断,然后含 S-(阴离子) 的基团去攻击另一个S-S,最后新的含S-的基团将Cl-取代,实现交换。PF6-的没有做,感觉TS不好找。在正丁醇下,KPF6解离为K+和PF6-,可以催化。而在toluene中,它们是结合的,因此,没有催化功能。 这是一个猜测,也许存在其他的机理

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liuxdhs 发表于 Post on 2025-10-29 18:53:50
ArchieMiao 发表于 2025-10-29 12:59
最好把能反应的条件和不能反应的条件都说一下,还有反应是固体还是溶液下进行的呢? 根据你之前给的信息, ...

你好。以下是实验条件与方式。
所有反应均在110摄氏度下进行,氮气氛围,溶剂为甲苯,使用的是两种不一样的催化剂,一个是NH2-PF6,一个是KPF6,主要考察二级铵盐起到的作用。
使用两种不一样的分子,一个是二硫接着烷基链,一个是二硫接着苯环,便于核磁观测交换。
目前结果是NH2-PF6发生了反应,KPF6的情况没有发生反应。

同时也做了其他对照实验,但是比较难解释

NH2-Cl,抗衡阴离子换成了Cl,也能发生反应。
NH2-PF6,NH2-Cl,KPF6作为催化剂下,溶剂换成正丁醇,所有条件都能发生反应。

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