多参考计算如何改变催化化学? DFT和CASPT2研究了酸和β-二基之间的Cu催化合反应
Nan He1, Naoki Nakatani1, Masahiko Hada1
1Department of Chemistry, Faculty of Science, Tokyo Metropolitan University, 1-1 Minami-Osawa, Hachioji, Tokyo, 192-0397, Japan. naokin@tmu.ac.jp.
这项研究理论上研究了铜催化合反应,发现氧化添加是限制速度的. 先进的计算方法证实了对铜中心的电子相关效应会影响反应路径.
科学领域:
- 计算化学计算化学
- 有机金属化学 有机金属化学
- 反应机制研究 反应机制研究
背景情况:
- 铜催化合反应在有机合成中至关重要.
- 了解铜中心的电子结构对于催化剂设计至关重要.
- 过渡金属中强烈的电子相关效应可能会使理论研究复杂化.
研究的目的:
- 为了阐明Cu催化合反应的分子机制.
- 为了研究铜中心强电子相关联对反应轮的影响.
- 为了比较密度函数理论 (DFT) 和完全活性空间自相一致场 (CASSCF) /二次扰动理论 (CASPT2) 方法的准确性和可靠性.
主要方法:
- 使用密度函数理论 (DFT) 的理论研究.
- 应用完整的活性空间自相一致场 (CASSCF),然后进行二次扰动理论 (CASPT2) 计算.
- 分析反应概况,激活能量和电子结构,包括电子群体和自然轨道占用.
主要成果:
- 催化循环通过氧化添加 (OA) 和还原消除 (RE) 步骤进行,OA是速度决定的.
- CASSCF/CASPT2结果显示,与纯 DFT 计算激活能量相比,对 DFT 功能选择的依赖性较小.
- 电子结构分析表明DFT和CASSCF方法之间的一致性,Cu中心的电子相关效应影响了OA和RE步骤.
结论:
- 经过仔细评估,DFT可以为CASPT2的能量提供质量有用的几何图形.
- 铜中心的强电子相关性可以通过MP2或CCSD等方法充分描述.
- 电子关联效应通过氧化加和减少消除阶段的特定轨道相互作用来表现.
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