در این پایان نامه، روشی ساده برای تهیه اسپیروایندان-3،1-دی اون های جدید از طریق واکنش تراکمی سه جزئی تک ظرفی نینهیدرین و 4،3،2،1-تتراهیدروایزوکوئینولین با مشتقات چالکون گزارش شده است. همچنین، برخی اسپیروپیرولیدین اکسیندول ها از طریق واکنش حلقه افزایی 3،1-دوقطبی سه جزئی تک ظرفی آزومتین ایلید حاصل از واکنش ایزاتین و بنزیل آمین، با مشتقات چالکون تهیه شده است. مسیر انرژی در تشکیل آزومتین ایلید و مکانیسم مولکولی این واکنش حلقه افزایی با استفاده از روش dft بررسی شده است. انرژی و ساختار حالت های گذار و حدواسط ها در سطح b3lyp/6-31g(d,p) محاسبه شده است. محاسبات نشان می دهد که جابجایی 5،1-پروتون نقش مهمی در تولید آزومتین ایلید دارد. ناحیه گزینی و فضا گزینی این واکنش به طور موفقیت آمیز با استفاده از روش dft، بر اساس اندیس های واکنش پذیری سراسری و موضعی، قواعد hsab، بررسی انرژی فعالسازی و غیرهمزمانی در حالت های گذار ممکن، توضیح داده شده است. در ادامه ناحیه گزینی و فضاگزینی واکنش های حلقه افزایی 3،1-دوقطبی آزومتین ایلید حاصل از واکنش 5-نیتروایزاتین و پرولین با ترانس-?-نیترواستیرن و (e)-1-فنیل-2-نیتروپروپن با استفاده از روش های نظری و باکمک اندیس های موضعی و سراسری واکنش پذیری و تجزیه و تحلیل fmo در سطح b3lyp/6-31g(d,p)مطالعه شده است. در مقایسه با ترانس-?-نیترواستیرن، واکنش با (e)-1-فنیل-2-نیتروپروپن با معکوس شدن ناحیه گزینی همراه است. اثر عوامل الکترونی و فضایی بر ناحیه گزینی این واکنش بحث و بررسی شده است. بررسی نتایج تئوری نشان می دهد که در واکنش با نیترواستیرن، عوامل الکترونی ناحیه گزینی واکنش را کنترل می کنند و نتایج fmo با محصول تجربی سازگار است. در مورد واکنش با (e)-1-فنیل-2-نیتروپروپن، نتایج fmo در پیش بینی محصول اصلی ناموفق است، اما تجزیه و تحلیل انرژی حالت های گذار به صورت موفقیت آمیزی نتایج تجربی را توضیح می دهد. بررسی ساختار هندسی و انرژی حالت های گذار در این فرایند، اهمیت برهم کنش های ضعیف را در ناحیه گزینی واکنش های حلقه افزایی نشان می دهد. تفاوت ناحیه گزینی در واکنش آزومتین ایلیدی که به روش کربوکسیل زدایی از واکنش ایزاتین و پرولین حاصل شده است، با آریل وینیل اتر و آریل وینیل سولفید با استفاده از روش dft در سطح b3lyp/6-31g(d,p) مطالعه شده است. روند ناحیه گزینی واکنش ها بر اساس اندیس های واکنش پذیری سراسری و موضعی، تجزیه و تحلیل fmoو قواعد hsab بحث شده است.

در این پایان نامه مکانیسم و ناحیه گزینی واکنش¬های حلقه افزایی 3،1-دوقطبی چهار دسته از آزومتین ایلیدهای حاصل از واکنش¬ آیزاتین با آمینو اسیدهای سارکوزین، l-پرولین، تیازولیدین-4-کربوکسیلیک اسید و فنیل گلایسین با سه مشتق ترانس بتا-نیترو استیرن به دلیل اهمیت دارویی و همچنین گزینش پذیری بالای این ترکیبات به روش b3lyp/6-31g(d,p) مورد بررسی قرار گرفت. ناحیه گزینی این واکنش¬ها با دو روش محاسبه توابع فوکویی، fmo، hsab واکنش¬ دهنده¬ها و همچنین نمودار مسیر انرژی واکنش¬ها و مقایسه پایداری محصولات و حالت¬های گذار مسیرهای ممکن برای هر واکنش بررسی شده است. در بررسی توابع فوکویی با استفاده از بار اتم¬های درگیر در واکنش، توابع فوکویی مربوطه محاسبه و ناحیه گزینی واکنش¬ها پیش بینی شده است. در تئوری fmo، ضرایب اوربیتال مولکولی اتم¬های درگیر در واکنش محاسبه گردید و با توجه به اینکه اتم¬هایی که ضرایب بزرگتری دارند تمایل بیشتری به تشکیل پیوند دارند ناحیه گزینی این¬ واکنش¬ها پیش¬بینی شده است. برای بررسی واکنش¬ها با استفاده از نظریه اسید و باز سخت- نرم، نرمی اتم¬های درگیر در واکنش محاسبه شد، بر اساس این نظریه ناحیه گزینی ارجح این دسته از واکنش ها، مسیری است که اختلاف نرمی این اتم¬ها کمترین مقدار باشد. در بررسی نمودار انرژی، ساختار محصول¬های ممکن (ناحیه ایزومرها و ایزومرهای فضایی) برای هر واکنش بهینه شده و eδ، hδ و gδ واکنش¬ها محاسبه گردید. همچنین ساختارهای حالت¬های گذار واکنش¬های آزومتین ایلیدهای مربوط به سارکوزین، تیازولیدین-4-کربوکسیلیک اسید و فنیل گلایسین با ترانس بتا-نیترو استیرن بهینه شده است. در این بررسی ea، δh#، δg# واکنش¬ها بدست آمده است، مسیر ارجح برای هر یک از واکنش¬ها مسیری است که ea کمتری داشته باشد. همچنین برای حالت¬های گذار این دسته از واکنش¬ها nics (جابجایی شیمیایی مستقل از هسته) که معیاری از آروماتیسیته حالت¬های گذار و rδ که معیاری از همزمانی حالت¬های گذار می¬باشد محاسبه گردیده است.

واکنش های حلقه افزایی 3،1-دوقطبی به عنوان یک روش مناسب جهت تولید ترکیب های هتروسیکل پنج عضوی استفاده می شود. اسپیرو پیرولوتیازول ها دسته ای از ترکیبات هتروسیکل می باشند که به دلیل فعالیت های زیستی مورد توجه قرار گرفته اند.