求助4+2环化过渡态与HBF4催化计算问题

jeham

本人在进行Povarov反应（芳胺、醛与富电子烯烃之间的三组分缩合反应，生成四氢喹啉衍生物）的计算中遇到了两个问题：
结构优化与过渡态计算在b3lyp/6-31g(d) em=gd3bj SCRF(solvent=Acetonitrile)进行
能量计算在M062X/def2TZVP em=gd3 SCRF(SMD,solvent=Acetonitrile)进行
（1）对于第一阶段，芳胺与醛反应生成亚胺。实验使用了HBF4作为催化剂。现在在计算初始孤立状态的能量的过程中产生了疑惑，对HBF4做结构优化，会解离成BF3和HF，在该条件下计算自由能，得到的能垒极高，不合理；分别把HBF4与芳胺和HBF4与醛放在一起作为初始物计算，发现HBF4与醛结合作为初始态计算的能垒相对合理，但是比不加HBF4的能垒要高。请问各位老师同学，应该如何考虑？

（2）对于第二阶段，亚胺和富电子烯烃发生环化反应，主要有分步机制和一步成环的机制。目前一步成环的过渡态仍然无法找到，个人已经尝试了PM7柔性扫描、对两根新成的键的距离做限制性优化（1.7、1.9、2.1A），再进行过渡态计算依然会收敛到分步机制的第一步。想请问各位老师，有什么建议？

KazusaT

1. 并不是HBF4优化过程中不自发解离成H离子和BF4-就不是这样存在的，这是隐式溶剂模型带来的问题。举个例子，你在水的隐式溶剂模型模型下优化氯化氢，他也不会自发得到H离子和Cl离子，那水溶液中HCl就不电离吗？显然不是的。这里在乙腈这样的溶剂里面我认为直接使用H离子去搭建常规的胺与醛缩合反应的模型没有任何问题。
2. 为何你确定是一步成环机理？这一步走分步的离子机理也很合适吧。

jeham

KazusaT 发表于 2026-4-19 03:49
1. 并不是HBF4优化过程中不自发解离成H离子和BF4-就不是这样存在的，这是隐式溶剂模型带来的问题。举个例子 ...

感谢老师的回复
关于问题1，我想追问一下，对加入HBF4催化与仅对醛进行质子化这两种状况，经过计算后者自由能垒更低，似乎和实验有些不符。这个问题应该如何考虑？
关于问题2，根据我目前阅读的文献，确实分步机理更合理，但是我在考虑做分步和一步的机理对比，目前尝试了很久，都无法找到一步成环的过渡态。

KazusaT

jeham 发表于 2026-4-19 14:04
感谢老师的回复
关于问题1，我想追问一下，对加入HBF4催化与仅对醛进行质子化这两种状况，经过计算后者 ...

我完全没有理解你的问题一，“加入HBF4催化与仅对醛进行质子化这两种状况”是什么意思，加入HBF4的结果不就是醛被质子化吗？
对于问题2，你可以尝试做柔性势能面扫描试试能不能找到协同形式的过渡态

jeham

KazusaT 发表于 2026-4-19 19:51
我完全没有理解你的问题一，“加入HBF4催化与仅对醛进行质子化这两种状况”是什么意思，加入HBF4的结果不 ...

关于问题1，我计算了两种情况：①加入HBF4使得醛被质子化；②不考虑BF4-，直接质子化。发现后者自由能垒更低，于是乎产生了疑惑。

补充本人计算自由能的流程，取b3lyp/6-31g(d) em=gd3bj结构优化的自由能热校正量，与M062X/def2TZVP em=gd3计算单点能的和。

KazusaT

jeham 发表于 2026-4-19 20:29
关于问题1，我计算了两种情况：①加入HBF4使得醛被质子化；②不考虑BF4-，直接质子化。发现后者自由能垒 ...

不知道你这个自由能垒计算的细节，“加入HBF4使得醛被质子化”是指你在计算时同时考虑了BF4-还是指你算上了HBF4解离的能量？
你可以上传一下相关的结构。如果你的结构需要保密可以删去其中的部分官能团。