文档介绍：:..分子模拟实验作业——设计实验 -二***卡宾与甲醛环加成反应的理论研究一、 实验背景在大二的有机实验中,我接触到了连续合成实验,其中有一类反应为相转移催化合成•卡宾及其反应。卡宾(Carbene)亦称为碳烯,是一类異有六个加点字的两价碳原子活性中间体,构造式为:CH2。其中的氢原子可以被其他原子或基团所取代,这类取代物称为卡宾体或取代卡宾。卡宾是缺电子的,具有很强的亲电性,可发生多种反应。在冇机合成中常使之与烯烃反应以制取环丙烷衍生物,上网查阅资料后,我想到了可以结合木学期所学的分子模拟理论计算方法来模拟二***卡宾与中醛环加成反应。(题目来源于有机化学实验和查阅到的文献)二***卡宾是一种取代卡宾,通常由***仿与强碱作用产生:CHC13+Base >:CH2+HB+Cl_为了进•-步探讨卤代卡宾与含冇不对称7L键物质环加成反应的机理,本文对单重态二***卡宾与甲醛加成生成二***环氧丙烷反应:cuq'A)+ch2o—ci2c2h2o进行了量子化学从头算的研究,得到了该反应的反应机理,,并作了讨论。二、 实验内容①用分子轨道理论分析二***卡宾与甲醛环加成的机理用Chem3D软件做出二***卡宾与甲醛的分子轨道能级阁,计算分子轨道,并图示二***卡宾和甲醛的HOMO和LUMO轨道的形状和能量。将所有分子轨道按能级排列次序,并以此分析两反应物的轨道匹配情况。(优化条件:GamessInterface,HF/6-31G(d))甲醛轨道能量二***卡宾轨道能量二***卡宾LUMO轨道甲醛HOMO菊L道丨VLUMO3(N-14)(]LUM0+2(N-13)[]LUM0+1(N繼12)[]LUMO(N=11)[]HOMO(N■10)[-]HOMO-1(N-9)[-]HOMO-2(N«8)[-]HOMO-3(N=7)[-]HOMO-4(N■6)[-]HOMO-5(N-5)[-]HOMO-6(N«4)[-]HOMO-7(N-3)【-n.%4eV]HOMO-8(N置2)[-]HOMO-9(N-1)[-]LUMO*3:N=10)[]LUMO*2:N-9)]LUMO*1:N-8)(]LUMO(h1»7)[-]HOMO(1M-6)[-)HOMO-1(N-5)[-]HOMO-2(N=4)[-]HOMO-3(N■3)[-]HOMO-4(N=2)(-]HOMO-5(N-1)[-]对于该环加成反应的机理可借助于分子轨道图进行分析。根据轨道对称匹配条件,在反应过程中,应首先是C1的2p空轨道插入甲醛的成键71轨道,但因甲醛屮的羰基是一极性棊团,7:键电子云密集于氧端,,从而使二者首先生成了一半环状的中间