Diels-Alder反应活性的量子化学计算研究

通过HF/6-31G*方法对Diels-Alder反应的一些双烯体及亲双烯体分子进行了结构优化和能量计算。对分子的LUMO、HOMO轨道能量的分析发现,给电子取代基双烯体与吸电子取代基亲双烯体、吸电子取代基双烯体与给电子取代基亲双烯体的Diels-Alder反应较易进行,只是反应开始第一步两者电子流向相反。计算结果表明,反应进行的可能性与一个反应分子LUMO轨道和另一个反应分子HOMO轨道能量之差呈正相关。     

数值微扰分子轨道法的研究进展*

本文介绍了分子内和分子间各类定量微扰分子轨道(PMO) 法数值计算的发展和现状。简要地介绍了Salem ,Wolfe,Bernardi, Imamura 和Morokuma 等对PMO 理论发展的贡献     

碱性介质中邻硝基芳香醚的醚键稳定性研究

设计合成了一系列的邻硝基芳香醚,对碱性介质中芳醚键的稳定性进行了研究。选用对硝基甲苯为内标,用高效液相色谱仪对邻硝基芳香醚的醚键断裂程度进行了分析,并用内标法计算出它们的转化率。结果表明,由于-NO2的存在,邻硝基芳香醚在碱性溶液中易发生亲核取代反应,使醚键断裂,从而使这类化合物出现不稳定性。发现邻硝基苯氧丙酸亲核取代的异常情况,推测可能是分子内邻基参与的亲核取代反应。     

几种经典有机反应的分子轨道描述

用分子轨道来描述有机反应的过程对于正确理解有机反应的机理非常重要,分子轨道可以清楚地描述出反应的选择性和立体化学等信息。本文讨论了脂肪和芳香亲核取代、芳香亲电取代、加成和消除等几种经典有机化学反应过程的分子轨道描述。     

在SN2反应中为什么Nu从背面进攻

饱和碳原子上的亲核取代反应有两类基本的反应机理,即单分子亲核取代反应(SN1)和双分子亲核取代反应(SN2).它们都是由Ingold C K和Hughes E D经过大量研究工作后提出的,有动力学实验、动态立体化学实验、同位素示踪实验的大量实验数据支持,已为广大有机化学家所接受,并广泛用在教科书中.     

狄尔斯-阿尔德反应

本文从微扰分子轨道理论(PMO),与前线分子轨道理论(FMO)所导出的微扰方程出发,介绍了DA反应的分类,并从二烯与亲二烯的结构分析了影响反应速度的因素,在此基础上讨论了DA反应的立体化学:内型、外型产物与温度关系,最后并就一步的协同反应与两性离子和双自由基中间体的两步反应历程作了阐述。     

同核双原子分子的PMO处理

微扰分子轨道(Perturbation Molecular Orbital,PMO)法能够为化学家提供一个简单、形象而又相当有效的化学键理论。本文介绍如何用这个方法来描述同核双原子分子,解决在无机化学和结构化学中,为何同核双原子分子有两种可能的分子轨道能级顺序这个在教学中难以说明的问題。     

超离域度与多环芳烃的致癌作用

本文用HMO法计算了DNA碱基(A、T、G、C、A—T、G—C)和一系列苯并[α]蒽甲基取代衍生物的超离域度,并用EHMO法计算了苯并[α]芘和苯并[α]蒽的最终代谢致癌活性分子的超离域度.我们看到,以碱基中各个位置的亲电超离域度和苯并[α]芘、苯并[α]蒽的最终代谢致癌活性分子各个位置的近似亲核超离域度作为反应活性指数时,理论计算能较好地与实验结果符合.同时发现,苯并[α]蒽甲基取代衍生物的∑S_r~E—∑_r~E 的数值与其致癌活性间存在着较好的相关性。     

对“应用量子化学计算理解溶剂对CH3O-/CH3S-亲核性的影响”的思考与拓展

本文对近期发表于本刊的论文(题目中所示)展开讨论，结合近期溶剂化作用的科研进展，以期更全面地运用量子化学理解溶剂化效应对离子-分子型亲核取代S_N2反应的影响。我们增加了可视化图像展示亲核试剂CH₃O^-/CH₃S^-的差异，对比气、液相反应势能曲线揭示溶剂化降低亲核性的本质，并且考虑了不同类型的溶剂，使用物理意义明确的前线分子轨道模型阐释溶剂化效应。我们希望通过本文的有益探讨，完善该计算化学辅助有机化学的教学案例。     

芳香酮、酚、胺、羧酸及含氮杂环的解离常数与其π电子分布的关系

本文用微扰分子轨道(PMO),Hackel分子轨道(HMO)和自洽场分子轨道(PPP)方法研究了芳香酮、芳香胺、酚和含氮杂环等化合物的解离常数(pK_α)和π-电子分布的关系。结果表明对交替烃,PMO,HMO和PPP在某些情况下,有类似的平行结果。pK_α与活性原子上的电荷密度q_w有着良好的线性关系。但对芳香甲酸和含氮杂环,pK_α与q_x有反比关系。对芳香甲酸pK_α主要由偶极矩决定。而含氮杂环主要由氮原子中的孤对电子与最高充满轨道中的电子间的排斥积分所控制。     

芳香化合物亲核、亲电反应活性的理论预测和实验反应速率的相关性研究

选择自然布局分析(NPA)电荷、Hirshfeld电荷、分子范德华表面1.6?处的静电势、最低未占据轨道(LUMO)成分、分子范德华表面1.6?处的平均局部离子化能、简缩福井函数和简缩双描述符来预测芳香族化合物亲核加成、亲核取代和亲电反应的活性位点,并分析理论预测结果和实验反应速率之间的相关性.发现这些方法都能准确地预测反应的活性位点.还发现不管对亲核反应还是对亲电反应,体现局部电子硬度的方法,如Hirshfeld电荷和分子范德华表面1.6?处的静电势,其预测结果的大小能较好地反映实验反应速率的相对大小,而体现局部电子软度的方法,简缩福井函数和简缩双描述符,其预测结果和实验反应速率的相关性较小.     

非交替烃HOMO、LUMO、LOMO能量计算

本文将前文~[1,2]建议的直接计算交替烃HOMO(最高占据分子轨道)、LUMO(最低未占分子轨道)能量的方法推广到非交替烃。在HMO近似内, 对非交替烃分子的邻接矩阵联合应用逆迭代和Rayleigh商, 只需迭代一次就能得到该分子HOMO(或LUMO)能量的足够精确的结果。文中提出了计算的格式, 说明了选择初始变分函数的原则。用这种方法, 计算了30个分子的前线轨道~[3]能量, 平均误差为0.002β。本文提出了计算LOMO(最低占据分子轨道)能量的拓扑公式, 它同时适用于交替烃和非交替烃, 其计算精度要优于文献中曾经报道过的结果。用例子说明了方法的应用。     

用微扰分子轨道法研究饱和有机化合物的成环反应

在饱和有机化合物的成环反应中,五员环和六员环最易形成,这一事实通常是用环的张力和空间因素来解释的。但有些实验结果表明,五员环比六员环容易生成,三员环比四员环容易生成。这些事实用张力和空间因素都不能圆满解释。我们采用微扰分子轨道(PMO)法来计算成环反应中体系能量的变化。所得的计算结果可以较好地说明上述实验事实。     

气相离子对SN2反应LiY+CH3Cl→CH3Y+LiCl(Y=F～I) 的密度泛函理论研究

在双分子亲核取代反应中,常见的亲核试剂是各种阴离子或中性分子.当亲核试剂是中性的离子化合物时,就有可能发生离子对SN2反应.尽管关于这种离子对SN2反应已有一些实验结果[1,2],但相应的理论研究报道仅限于少量的对称取代反应[3].本文采用密度泛函理论,在B3LYP/6-311+G(d,p)水平上对离子对SN2反应LiY+CH3Cl→CH3Y+LiCl(Y=F,Cl,Br,I)进行了计算研究,并与相应的阴离子SN2反应Y-+CH3Cl→CH3Y+Cl-(Y=F,Cl,Br,I)进行了比较,得到了一些有价值的结论,这些结论能帮助我们更深入地了解离子对SN2反应所遵循的规律.     

分子内氢键的PMO研究

脂肪体系中分子内氢键与分子间氢键无论在性质和强度上都没有明显的区别,而在共轭体系中,分子内氢键的强度比类似官能团间的分子间的氢键大1倍以上。本文提出了用微扰分子轨道(PMO)方法来研究含杂奇交替烃体系中的分子内氢键。并观察到如下规律:1.对于相同官能团的一系列化合物,分子内氢键的强度主要取决于给予原子上的电荷密度。给予原子上电荷密度越     

某些全卤代氟氯烷与硫酚钠的自发反应——-苯硫基阴离子对氯原子的进攻

全卤代的氟氯烷以其化学稳定性著称。在实验室中,氟利昂-113通常不是用作反应试剂而是作为惰性溶剂来使用。迄今,除了氟氯烷与某些金属和路易斯酸等的反应外,其他类型的反应研究得很少。全氟和多氟型氟卤烷难以进行碳原子上的S_N2取代,因而在与亲核试剂的反应中,卤素原子便成为亲核进攻对象。氟卤烷中的溴原子受亲核试剂进攻的例子已有报道,但氯原子是否也可受进攻则仍属未知。本文首次报道1,1,2-三氟三氯乙烷(1a),1,1,1-三氟三氯乙烷(1b)和1,1-二氟四氯乙烷(1c)与硫酚钠在室温下反应生成相应的苯硫基取代氟氯烃的研究结果。     

取代基效应定量研究新进展

综述了最近20多年有机化学取代基效应定量研究所取得的诸多新进展.主要内容包括：（1）电负性均衡原理得到普遍认同并用于计算分子中电荷分布和基团的诱导效应,分子电负性计算方法在几何平均法、调和平均法、加权平均法的基础上又提出了价电子均衡方法,进一步扩展了电负性均衡原理的应用范围.（2）试剂亲电、亲核能力的实验测定,提出了以二苯甲基正离子和醌甲基化合物等作为参考化合物的标定方法,其研究范围被扩展到气相条件、有机金属反应和自由基体系,得到一系列试剂的亲核参数N和亲电参数E.理论上提出亲电性指数和亲核性指数的概念及其定量计算公式,并对实验测定参数和理论计算指数之间的关系进行了深入研究.（3）极化效应参数从最初的经验方法,进而采用量子化学方法计算,再用统计方法提出了烷基极化效应指数PEI和基团极化效应参数PEIX,被广泛用于解释和估算有机化合物的气相酸碱性、电离能、生成焓、键能、反应速率、水溶解性和色谱保留值.（4）直接由取代苯的紫外光谱吸收能量计算得到的取代基激发态参数exCC,不同于取代基在分子处于基态的极性参数和自由基状态下的自旋离域效应参数,该参数用于对位二取代苯、取代二苯乙烯、二取代氮苄叉苯胺等多类有机化合物紫外光谱的定量相关,结果良好.（5）立体屏蔽效应的提出区分了传统的三种立体效应.在羰基与亲核试剂加成反应立体选择性定量表示,提出了立体选择性指数Ci;在表示基团对反应中心表面积屏蔽的定量提出了屏蔽参数SR,进一步基于反应中心体积被屏蔽的角度提出了拓扑立体效应指数TSEI,这些参数在分子内二面角、反应的立体选择性、烯烃和烷基苯的生成焓、咪唑离子液体的酸性以及烷烃与羟基自由基的反应速率等方面得到良好的应用.此外,论文还对有机化学取代基效应定量研究中值得进一步深入探索的领域和问题提出了建议和展望.     

邻二甲胺基苄氯衍生物与取代的2-巯基苯并咪唑 反应规律探索

邻二甲胺基苄氯衍生物1与取代的2-巯基苯并咪唑(2-MBI)(2)反应,可发生S-亲核取代,也可发生N-亲核取代,反应主要取决于1的取代情况,本文对其反应规律进行了探讨。     

nido-C2B9H112-碳硼烷异构体结构和稳定性的密度泛函研究

采用密度泛函方法对11顶点巢式碳硼烷C2B9H112-异构体进行了几何结构优化,分析了稳定性、电荷分布及分子轨道.结果表明,9个异构体都有对应的稳定构型,保持了巢式骨架结构.C取代开口五元环上B的异构体更稳定,且随取代数目增加和C原子间距增加而增加,C—C键和C—B键作用增强.C取代内层B使异构体稳定性降低,C—C键和C—B键长随之增长.负电荷主要集中在C原子上,开口五元环上的C原子上负电荷要比内层C原子更多,成为亲核取代反应中心.异构体分子前线轨道具有和η5-C5H5-相似的π键性质,ΔELUMO-HOMO反映的化学稳定性与结构能量稳定性趋势一致.     

硝基芳烃直接氨化的新方法

评述了硝基芳烃直接氨化的几种新方法,主要是芳香亲核氢取代(NASH)反应,Vicarious亲核氢取代(VNS)反应以及由羟氨或烷氧基氨引起的直接氨化反应等。对每种反应的机理(或模式)也作了介绍。