轴手性化合物旋转能垒计算值与实验值相差很大

sai77

很简单的四取代联芳基化合物，opt+freq以及IRC都使用M06-2X/6-31g(d,p)，单点能计算使用M06-2X/def2tzvp，单点能计算加了溶剂模型（SMD，solvent=toluene）。
计算得出旋转能垒为36.6 kcal/mol，根据文献这么高的能垒应该很难发生消旋，但是实验却发现化合物在80度下差不多完全消旋了。
请问是哪里出了问题？谢谢指教！

附图是化合物结构、基态以及找的两个过渡态，其中ts-2能量更低，以它为过渡态计算的能垒和IRC。
基态的数据 E(RM062X) =  -772.497623573     ΔG校正=   0.161831     校正后能量 E = -772.335792573
TS-1的数据 E(RM062X) =  -772.438444345     ΔG校正=   0.162558      校正后能量 E = -772.275886345
TS-2的数据 E(RM062X) =  -772.441026235     ΔG校正=   0.163548     校正后能量 E = -772.277478235

wull

优化用M06-2X/def2SVP呢？

Accelerator

过渡态是否是开壳层单重态？
实验是怎么测的？借助位移试剂测变温核磁还是加热后过手性柱还是其他方法？溶剂纯吗（是否有酸碱、金属）？

sai77

Accelerator 发表于 2021-4-22 11:55
过渡态是否是开壳层单重态？
实验是怎么测的？借助位移试剂测变温核磁还是加热后过手性柱还是其他方法？溶 ...

过渡态应该是闭壳层。
制备柱拆分得到光学纯的样品后，在甲苯中80°加热6小时，再用手性柱测。分析纯的溶剂，无酸碱添加剂和金属。

sai77

wull 发表于 2021-4-22 11:25
优化用M06-2X/def2SVP呢？

好的，我再用这个基组跑一遍~谢谢

sai77

wull 发表于 2021-4-22 11:25
优化用M06-2X/def2SVP呢？

优化M06-2X/def2SVP，能量M06-2X/def2TZVP，重跑了一遍，结果也差不多：
基  态  E = -772.511447915, ΔG校正 = 0.161434, 校正后能量E = -772.350013915
过渡态 E = -772.455712058, ΔG校正 = 0.163402, 校正后能量E = -772.292310058
算出来能垒36.2 kcal/mol

wull

直接M06-2X/def2TZVP opt,或者换泛函

granvia

看计算模型貌似形成了F...H—N氢键阻碍了旋转

zjxitcc

wull 发表于 2021-4-23 07:52
直接M06-2X/def2TZVP opt,或者换泛函

6-31G(d,p)与def2SVP差不多大小，二者必然相差不到哪里去。DFT对基组依赖性没那么强，这种常见有机分子结构优化用def2TZVP也不会有多少改善（当然，仍值得一算，但不会有多少改善）。现在就“换泛函”就有点像凑数据了，还是应该先分析一下其他原因。

sai77

granvia 发表于 2021-4-23 08:48
看计算模型貌似形成了F...H—N氢键阻碍了旋转

但是能量更低的过渡态构象是两个F在同侧的结构，这种情况应该不会和NH形成氢键

zjxitcc

你的过渡态振动模式是对的么？

sai77

zjxitcc 发表于 2021-4-23 15:59
你的过渡态振动模式是对的么？

我感觉应该是对的，一个 -67.5的虚频

wzkchem5

sai77 发表于 2021-4-23 17:05
我感觉应该是对的，一个 -67.5的虚频

可能氨基要先转成和苯环垂直的构象，然后再消旋

sai77

wzkchem5 发表于 2021-4-25 01:44
可能氨基要先转成和苯环垂直的构象，然后再消旋

转成垂直于苯环，那能量可能更高了。
这类联芳基化合物消旋的过渡态还是比较简单的，文献有类似的报道，我找的过渡态与文献结构比较接近。
ACS Omega 2019, 4, 6044–6049.

sai77

我现在有一个猜想，会不会是由于F和NH形成的氢键阻碍了旋转，所以室温条件下消旋经历的是能量更低、Syn构型的过渡态TS-2；而加热条件下氢键被破坏，导致Anti构型的TS-1能量大大降低？