低温基质隔离红外光谱和从头算研究CF~2O...IF

在10KAr和Xe基质中测得CF~2O...IF的两种分子间配合物A和B的红外光谱,观察到A和B之间的异构化反应。采用量子化学从头计算,在MP2/LANL2DZ水平上计算得到A和B的平衡构型的结构参数和振动频率。IF与CF~2O的相互作用引起CF~2O的C=O双键伸长、C-F键缩短,导致v~C~=~O的红移和v~C~F~2的蓝移。由势能曲线可看出,A的势能比B高23kJ/mol,表明B比A稳定,升温能够发生A向B的转化。     

乙烯自由基与臭氧反应的DFT计算研究

采用密度泛函B3LYP/6-311G**水平计算研究了O3氧化乙烯基（C2H3）的机理,全参数优化了反应势能面上各驻点的几何构型,用内禀反应坐标（IRC）计算和频率分析方法,对过渡态进行了验证.结果表明，乙烯基（C2H3）与O3之间有很强的反应活性.     

甲烷水合物分子间势能的量子化学研究

用Hartree-Fock SCF和密度泛函(BLYP,B3LYP,MPW1PW91)方法对以结构-Ⅰ为单元的甲烷水合物进行了分子间势能的理论研究.该结构单元为正十二面体,其中包括20个水分子,甲烷分子在其中心.采用从头算HF/6-31G(d,p)对甲烷分子进行几何优化,采用ST2模型对水分子作几何优化.水-水间氢键势能Ehb(l)和水-甲烷间范德华势能Evdw(l)作为边长l的函数进行计算,计算时固定水和甲烷分子的几何形状.所有计算中均使用6-31G(d,p)基组.基组重叠误差(BSSE)经校正其上限和下限为水-水氢键能加以确定.由B3LYP经基组重叠误差(BSSE)校正得到的O—O距离为RO—O=0.280 nm,C—O距离RC—O=0.392 nm,比其他方法更接近实验值的0.282和0.395 nm.结果表明,在天然气水合物结构-Ⅰ中水-水分子对的氢键能(30~36 kJ/mol)大于水的二聚体(H2O)2氢键能(-22.6±2.9)kJ/mol,亦大于六角形冰的(-21.7±0.5)kJ/mol,十二面体结构为一稳定单元.以上分子间相互作用势能的结果为得出Lennard-Jones和Kihara势能参数提供了坚实的基础,此参数对分子动力学模拟天然气水合物是非常有用的.     

氧原子簇Oxy (x=2～6, y=-2～2)的结构、能学与光谱性质

在B3 LYP/6-311 G(d,p)水平上,对氧原子簇Oxy(x=2～6,y=-2～2)的结构、能学与光谱性质进行了量子化学从头计算,对3O2和2O2+的基态和激发态进行了CASSCF计算.结果表明,氧分子及其离子的体系总能量大小为＜O2+ (2Пg) ＜1O2 +2(1∑g+).活性的二重态氧分子负离子2O2-(2Пgi)在相对能量上只比三重态的中性氧分子3O2(3Σg-)高 28 kJ/mol.对于弯曲型(Structure-I)的臭氧分子(O3)及其离子,其体系总能量相对次序为2O3-(2B1) ＜1O3(1A1) ＜3O3(3B2) ＜1O3-2(1A1) ＜2O3+(2A1).氧四聚体(O4)及其离子的体系总能量相对大小为2O4-(C8弯曲型,2A′)＜2O4-(C2v面心三角型,2A2) ＜2O4-(D∞h直线型,2∑g)＜1O4(C8弯曲型,1A′)＜1O4(D∞h直线型,1∑g)＜1O4(D4h正方型,1A1g) ＜1O4(C2v面心三角型,1A1)＜2O4-(D4h正方型,1A1g)＜2O4+(D∞h直线型,2∑g)＜2O4+(C8弯曲型,1A′).相对能量最低的氧四聚体物种是呈椅形的带一个负电荷的负离子2O4-(C8弯曲型,2A′),其特征振动频率应出现在1179和1349cm-1.共面三角双锥型的1O5(C2v,1A1)相对能量最低,其与A字型(C2v,1A1)可能是共振构型,特征振动频率位于1302 cm-1.氧六聚体(O6)的六边型构型的相对能量较低,其振动频率的红外强度很弱,但从其对称性看,应具有较强的拉曼强度. 以B3LYP/6-311G(d,p)方法计算、并经0.9614因子校正的氧分子及其离子的O-O振动频率与实验值相当吻合.     

2-乙酰基-1-甲基吡咯激发态结构动力学及溶剂效应的共振拉曼光谱和密度泛函理论计算

获取了覆盖紫外光谱中A带和B带吸收的共7个不同激发波长的共振拉曼光谱, 并结合密度泛函理论方法研究了2-乙酰基-1-甲基吡咯(2-Ac-NMP)的A带和B带电子激发和Franck-Condon区域结构动力学. 在TD-B3LYP/6-311++G(d,p)计算水平上, A带和B带吸收的跃迁主体为π→π^* . A带和B带共振拉曼光谱分别指认为13个振动模式和8个振动模式的基频、泛频和组合频, 其中C＝O伸缩振动(ν₈)、C3-C4-C5不对称伸缩振动+C2-C6伸缩振动(ν₁₄)及环上CH面内摇摆(ν₁₈)对拉曼光谱强度贡献最大, 表明2-Ac-NMP的S_π激发态结构动力学主要沿反应坐标展开. 考察了溶剂对共振拉曼光谱强度模式的影响, 结果表明, 在同一溶剂中, 随激发波长由长变短, C＝O伸缩振动模(ν₈)的强度呈现出由强变弱再变强的现象. 这种变化规律与Franck-Condon区域S_n/S_π态混合或势能面交叉相关, 并受溶剂的有效调控.     

HPO_2异构体结构和相对稳定性

在MP2/6-311++G（d,p）和QCISD（t）/6-311++G（3df,2p）（单点）水平下计算得到了包括8个异构体和12个过渡态的HPO2体系势能面.在势能面上,异构体cis-HOPO（EI）的能量是最低的,其次是trans-HOPO（E2）和HPO（O）（C2v,E3）,能量分别比cis-HOPO高10.99和48.36 kJ/mol.根据体系的势能面,只有异构体E1和E3具有较高的动力学稳定性,在实验中应该可以观测到.PH和O2直接反应生成的cis-HPOO（E5）和trans-HPOO（E6）经过几步势垒较低的异构化过程就可以异构化为具有较高动力学稳定性的产物E1;而OH和PO反应可直接生成E1.计算结果较好地解释了相关实验.     

CX_3NO(X=F、Cl)分子结构和稳定性的ab initio研究

本文用STO-3G基组对分子CF_3NO(1)、CF_2ClNO(2)、CFCI_2NO(3)和CCl_3NO(4)的各种可能存在的稳定构型进行了研究.结果表明:(1)卤素与氧在同侧的构型比其它构型稳定;(2)在同一分子中,Cl与O同侧比F与O同侧更为稳定;(3)分子从1至4稳定性下降.本文计算结果与实验符合较好。     

自由基HO2与C2H2反应势能面的理论研究

应用量子化学从头计算和密度泛函理论(DFT)对HO2+C2H2反应体系的反应机理进行了研究.在B3LYP/6-311G**和CCSD(T)/6-311G**水平上计算了HO2+ C2H2反应的二重态反应势能面.计算结果表明,主要反应方式为自由基HO2的H原子和C2H2分子中的C原子结合,经过一系列异构化,最后分解得到主要产物P1 (CH2O+ HCO).此反应是放热反应,化学反应热为-321.99 kJ·mol-1.次要产物为P2 (CO2 +CH3),也是放热反应.     

(CX~3)~2CO,CF~3COX和CXCl~3(X=H或D)对CH(A,B)自由基的猝灭

本文报道室温下用266nm激光光解-荧光猝灭方法测定CH_3COCH_3,CD_3COCD_3,CF_3CO_2H,CF_3CO_2D,CHCl_3和CDCl_3分子猝灭电子激发态CH(A,B)自由基的速率常数,考察了含不同同位素原子的猝灭剂分子对CH(A,B)猝灭的同位素效应.实验发现,含D的分子比相应含H的分子对CH(A,B)的猝灭具有更大的速率常数.     

含氟烯烃的亲核加成和消除反应机理

四十年代Miller利用含氟烯烃在乙醇溶液里和乙醇钠反应得到加成产物C_2H_5OCF_2—CHCl_2: C_2H_5ONa CF_2=CCl_2 Hine发现在醇碱和氘代乙醇存在下,化合物CHCl_2CF_3的质子和氘的交换反应比氟化氢的消除反应快10~8倍。如果在Cl_2C=CF_2分子中一个氯被一个三氟甲基取代,然后进行上述反应,那么质子和氘的交换反应仅比氟化氢的消除反应快105~"倍.我们所研究的对象是a- 氯代一p,日一二氟苯乙烯.该化合物在乙醇溶液中首先生成碳阴离子,然后反应有两种途径: (A)消除一分子氟化氢而得到烯烃:(B)由乙醇中攫取一个质子而生成加成产物.前者还要多些. 现在我们来看一下动力学方面的     

5—碘—3—氧杂—八氟戊磺酸—2’,2’,3’,3’—四氟丙酯与二甲亚砜的反应及结晶产物的晶体结构测定

标题反应产生三个已知化合物2,3,4和两个新的化合物CH_3SCH_2CF_2CF_2H(5)和I(CF_2)_2O(CF_2)_2SO_3~(-+)S(CH_3)_3(6)。6的结构经X射线衍射测定得到验证。 6的晶体属单斜晶系,空间群为P2_1/c;晶胞参数a=9.399A,b=15.651A,C=10.934A,β=94.80°;V=1602.8A~3;Z=4;D_m=2.072gcm~(-3),D_c=2.073gcm~(-3)。结构由重原子法解出,经各向同性和各向异性块对角矩阵最小二乘修正,对1999个可观察衍射点,最终R值为0.054。三甲基锍中的三个S-C键形成三棱锥体,其键长分别为1.814,1.800,1.818A,三个C-S-C键角为101.06°,101.52°,102.53°。三甲基锍中的S原子与磺酸根中三个O原子的距离分别为3.79,3.64,3.43A,大大超过S-O共价键的键长范围。整个晶体是由[(CH_3)~3S]~+和[I(CF_2)_2O(CF_2)_2SO_3]~-组成的离子晶体。     

CX3NO(X=F、Cl)分子结构和稳定性的ab initio研究

本文用STO-3G基组对分子CF_3NO(1)、CF_2ClNO(2)、CFCI_2NO(3)和CCl_3NO(4)的各种可能存在的稳定构型进行了研究. 结果表明:(1) 卤素与氧在同侧的构型比其它构型稳定; (2) 在同一分子中, Cl与O同侧比F与O同侧更为稳定; (3) 分子从1至4稳定性下降. 本文计算结果与实验符合较好。     

氟烷基化和氟烷氧基化的研究——5.苯基硫酚阴离子与5-卤-3-氧杂全氟戊基二乙基磺酰胺的反应

本文研究了X(CF_2)_nI(X=H,F,Cl,Br,I),I(CF_2)_2O(CF_2)_2SO_2NEt_2,R_1CF_2Br,Br(CF_2)_2O(CF_2)_2SO_2NEt_2与PhSNa的S_(RN)l反应。这个反应不仅易于发生,而且苯基硫酚阴离子单取代产物或二取代产物的产率较高。苯基硫酚阴离子与ω-H,ω-Cl全氟烷羟并不发生反应。Cl_2CYCF_2O(CF_2)_2SO_2NEt_2(Y=Cl,F)也易与PhSNa反应,并且还发生C—O断裂得PhSCF_2-CYClH、PhSCF_2CYCl_2、PhSCF—CYCl和(PhS)_2C—C(SPh)_2,PhSCOCF_2SO_2NEt_2,估计反应是通过阴离子型链式机理。     

N_2O与氧负离子微观反应机理的理论研究

采用G3B3//B3LYP理论水平对反应O-+N2O的双重电子态势能面反应机理进行了详细的理论研究.该反应涉及的各个稳定点的构型、振动频率是在B3LYP/6-311++G(d,p)理论水平下计算的.计算结果表明,得到的反应焓变与已有实验值相吻合,该反应主反应通道是O-+N2O→NO+NO-,而生成O2-+N2的反应通道是次反应通道.     

PH~3...H~2O体系分子间相互作用的从头计算MO研究

在MP2/6-311++G(3d,3p)水平,对PH~3...H~2O体系可能存在的氢键复合物进行了全自由度能量梯度优化,发现PH~3...H~2O体系存在三个能量极小结构A,B和C。其中结构A和B以H~2O作为质子授体,结构C以PH~3作为质子授体,结构A较结构B和C分别稳定6.52kJ/mol和8.18kJ/mol。结构A具有C~s对称性,其结构中P原子和O原子间距离为354.78nm,键角OHP为171.35ⅲ,属于接近于直线的传统型氢键结构。进一步在高级电子相关校正的MP4SDTQ下,用6-311++G(3df,3pd)基加上键函数{3s3p2d1f},通过BSSE校正,精确计算了结构A的结合能为-10.84kJ/mol。     

NO3-+Cl2→ClONO2+Cl-反应势能面和势能阱

采用密度泛函理论B3LYP方法和6-311+G(d)基组, 计算构建离子-分子气相反应NO3-+Cl2→ClONO2+Cl-的三维势能面. 三维反应势能面证明该反应没有过渡态和势能垒, 但是存在一个深达-55.0 kJ/mol的势能阱(以氯气分子和硝酸根离子相隔无穷远为参量). 在势能阱底部, 有个化合物(O2NOClCl)- 称为势阱化合物, 依赖于势能阱而稳定存在. 理论红外光谱预测低温红外光谱能检测该势阱化合物. 低温条件下, 该反应由热力学控制, 反应产物是势阱化合物(O2NOClCl)-. 当温度升高, 该反应由动力学控制, 势阱化合物(O2NOClCl)-不稳定, 发生分解反应, 重新生成NO3-和Cl2. 研究结果可用来解释低温时ClONO2与Cl-气相反应不能产生Cl2的原因.     

Na-呋喃荷移络合物弱相互作用的密度泛函理论研究

在B3LYP/6-311+C*水平上,对Na-呋喃体系可能存在的弱相互作用复合物进行了全自由度能量梯度优化,发现了Na-呋喃体系存在两个能量极小结构A、B,其中,结构A是Na原子的3s1电子直接和呋喃杂环体系中的所有重原子的共轭大π体系相互偶合,形成一个具有C8对称性的金属有机复合物;而结构B为Na原子的3s1电子主要通过杂原子O和杂环上原有的五中心六电子大π体系形成一个新的平面六中心七电子大π体系,具有C2v对称性.结构B较结构A稳定3.40kJ/mol.结构A中的Na-O键长为0.38 nm,∠COC为106.9°,由于金属Na对呋喃杂环的作用使整个分子平面变形,C1、C2、C3、C4在同一个平面内,而O5则稍微翘离平面且O5原子距离由Cl、C2、C3、C4组成的平面的垂直距离约为0.035 nm.结构B中Na-O键长为0.26 nm,∠COC为106.8°,金属Na原子和杂环中所有的原子在同一个平面内.并在MP2和B3LYP水平下,用6-311+G*基组精确计算了最稳定结构B的结合能为ΔE=4.5～5.1 kJ/mol.     

PuC和PuC2的分子结构与势能函数

采用密度泛函B3LYP方法和相对论有效原子实理论模型优化出PuC和PuC2分子稳定构型,其电子状态分别为X5Σ－和X5A2.PuC2分子为C2v构型,其∠CPuC=147.67°,平衡核间距Re=0.22819 nm, 离解能De=5.543 eV, 并计算出谐振动频率:ν1=61.736 cm－1、ν2=229.894 cm－1、ν3=305.582 cm－1.在此基础上,运用多体项展式理论方法,导出了基态PuC2分子的分析势能函数,该势能面准确地再现了PuC2分子的稳定结构,并根据势能面等值图讨论了PuC＋C反应和Pu＋C2反应的势能面静态特征.     

2-硅萘与甲醛及二苯甲酮环加成反应的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法在B3LYP/6-311G**水平研究了2-硅萘与甲醛和二苯甲酮的[2+2]和[4+2]杂环加成反应的微观机理、势能剖面,考察取代基和苯溶剂对反应势能剖面的影响.计算结果表明,所研究反应均以协同但非同步的方式进行.羰基C原子上的苯取代基不利于反应的进行,而2-硅萘分子中Si原子上的C(CH3)3,CCl3及NH2取代基均有利于反应的进行.苯溶剂对所研究反应的势能剖面影响不大.[2+2]反应比相应的[4+2]反应容易进行,此结果与实验一致.     

锗苯与腈氧化物1,3偶极环加成反应理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法在B3LYP/6-311G**水平研究了锗苯与腈氧化物的1,3偶极环加成反应的微观机理、势能剖面,考察取代基和四氢呋喃溶剂对反应势能剖面的影响.计算结果表明,所研究反应均以协同但非同步的方式进行,且总是Ge—O键先于C—C键形成.锗苯分子中Ge原子上的给电子和吸电子取代基均有利于反应的进行,而腈氧化物C原子上的2,4,6-三甲苯基取代基在热力学上对反应很不利.四氢呋喃溶剂对所研究反应的势能剖面影响不大.