摘要
通过过渡金属催化的硼腈化和硼氢化反应，可以有效合成各种烯丙基硼酸酯，近年来受到有机化学家的广泛关注，是非常重要且极具挑战性的科学研究领域之一。在本文中，我们借助理论计算化学的优势，选用密度泛函理论M06/B3LYP的计算方法，分别对过渡金属Cu和Fe催化1,3-丁二烯的硼腈化和硼氢化反应进行了详细的机理研究与计算。 第三章主要进行了铜催化1,3-丁二烯硼腈化的区域选择性的计算研究。在该体系中，我们阐明了底物和配体对区域选择性的影响，解释了为什么PCy3有助于2-取代的1,3-丁二烯的1,2-硼化，而配体XantPhos更有利于4,3-硼化，此外在底物与区域选择性关联方面我们发现，当底物是1-取代，1,2-二取代和1,3-二取代丁二烯时，双齿或单齿配体都有利于1,3-丁二烯的4,3-硼缩合。基于相关领域的实验文献背景，我们有目的地扩展了配体和底物范围。在多种底物和配体数据的支撑下我们最终证实，电子和位阻因素是导致不同底物和配体具有不同区域选择性的原因。 第四章主要进行了金属铁催化的1,3-丁二烯硼氢化的区域选择性机理研究，由于硼氢化的区域选择性是一大难点，我们应用DFT方法在反应机理基础上对区域选择性进行了计算，揭示了催化剂对区域选择性的影响。硼化氢首先在Fe催化剂的介导下发生氢硼键的裂解，氢随后迁移到1,3-丁二烯，最后发生硼迁移得到产物。由于催化剂中Fe的配位不饱和，1,3-丁二烯按照4,1插入最有利于与Fe配位，最终导致4,1-选择性产物的形成。 同样是2-取代1,3-丁二烯，不同的取代基对于两个双键影响存在差异，配体主要起空间效应影响。金属则是因为其不同的配位模式和成键方式影响选择性。
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