吡啶气相光氯化反应理论研究──加成反应机理的过渡态和IRC解析

通过PM3方法研究氯自由基与吡啶分子加成反应的结果表明,生成不同产物2－氯吡啶、3－氯吡啶、4-氯吡啶的每一个反应通道都存在两个过渡态,生成2－氯吡啶反应路径主过渡态的能量及活化能最低,分别为-110293.6和139.2kJ/mol,反应优先生成2－氯吡啶,与实验结果一致.生成2－氰吡啶反应过程(IRC)相关的键长、键级和原子净电荷变化表明,吡啶环反应部位C原子与Cl加成形成C-Cl键主要与共轭双键断裂同步,而C-H键的断裂主要与共轭双键的重新形成同步.反应进程中氯原子净电荷从增加到减少的变化是氯原子诱导效应吸引电子和p－π共轭电荷平均分布等相互作用的结果.     

吡啶光氯化反应过渡态和反应途径的量子化学研究

用量子化学B3LYP方法在3---21G*水平上优化吡啶光氯化反应加成取代反应机理生成邻、间、对位氯代吡啶不同反应途径的过渡态并对反应热和活化能进行了计算,对邻位反应途径进行了IRC反应路解析,计算结果表明邻位反应途径过渡态的能量最低,为－704.830027a.u.,生成2－氯吡啶所需的活化能最低,为114.60kJ/mol。光氯化反应主要产物为2－氯吡啶,与实验结果一致。IRC反应路径显示在反应过程中C(2)---H(7)键的断裂和C(2)-----Cl(8)键的生成是协同但不是同步的。     

2-氯吡啶气相光氯化反应机理的量子化学研究

用量子化学DFT方法在B3LYP/3-21G^*水平下研究了2-氯吡啶气相光氯化取代反应生成2,3-二氯吡啶、2,4-二氯吡啶、2,5-二氯吡啶和2,6-二氯吡啶不同产物的过渡态,并计算了活化能.结果表明,生成2,6-二氯吡啶过渡态的能量最低,所需的活化能也最低,反应优先生成2,6-二氯吡啶.生成2,6-二氯吡啶的IRC结果显示反应过程中C-H键的断裂和C-C l键的生成协同但不同步.过渡态的构型接近于产物,是一个晚期过渡态.C l原子在反应进程中是给电子的,因此,氯自由基与2-氯吡啶反应是亲核取代的SN2机理.     

吡啶气相光氯化反应机理的理论研究──夺氢机理过渡态和IRC解析

氯自由基与吡啶分子发生夺氢反应生成2-氯吡啶、3-氯吡啶和4-氯吡啶等不同产物主要由两个连续的基元反应组成.研究了生成不同氯代产物的每一个基元反应过渡态,计算比较了不同反应路径活化能的高低,结果表明,不同产物以生成2-氯吡啶的活化能最低,生成2-氯吡啶两个连续基元反应的活化能分别为8.33kJ/mol和1.51kJ/mol,反应优先生成2-氯吡啶,并对邻位反应路径进行了键级、净电荷密度和IRC解析.     

CH_2=CClF→(hv) ·CH=CClF+H光解反应的理论研究

采用UHF,CIS和CASSCF方法,在aug-cc-pvdz基组水平上对CH2=CClF?h?v→?CH=CClF+H的光解反应通道及其后续反应作了研究.计算表明:分子吸收一个光子后,在第一电子激发态(S1)经过一个过渡态解离与Cl原子同侧的C—H键,这与用CIS方法计算垂直激发得到的π→σ*C-H跃迁及其对Frank-Condon点的计算中分子的单占轨道和键电荷密度变化所预测的结果是一致的.光解产物?CH=CClF(基态)还可再发生反应,经过渡态解离C—Cl键或是C—F键.     

甲基苯热裂解机理的理论研究

在半经验UAM1方法及从头算UHF／3－21G*水平的基础上，用考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP／3－21G＊方法对碳前驱体甲基苯的热裂解反应机理进行了研究，并对反应物、产物自由基及过渡态的结构进行了能量梯度法全优化。计算结果表明，甲基苯的热裂解温度较低时，首先支持苯环甲基上的C－H键断裂，继而发生生成联二甲苯的反应。随着温度的提高，生成苯自由基的反应比例将增加，同时发生少量的苯环上C－H键断裂的反应。该反应机理与实验结果相一致；用密度泛函方法UB3LYP／3－21G*计算的反应标准焓变ΔH与实验值吻合较好。     

2-(2-苯并咪唑基)吡啶双核镉(Ⅱ)配合物的水热合成、晶体结构及荧光性质

通过水热反应,合成了2-(2-苯并咪唑基)吡啶(BMPY)镉(Ⅱ)配合物[Cd2Cl4(BMPY)2]。对它进行了元素分析、热重、红外光谱及电子光谱表征,并用X-射线单晶衍射测定了配合物的晶体结构。配体2-(2-苯并咪唑基)吡啶中的2个氮原子与3个氯原子与镉(Ⅱ)配位,形成五配位的畸变四角锥构型,2个配位镉(Ⅱ)离子通过双氯桥键结合成双核镉的配合物。该配合物通过分子间N-H…Cl,C-H…Cl氢键和π-π作用形成一维链状结构。热重-微分热重(TG-DTG)分析结果表明,[Cd2Cl4(BMPY)2]在320℃以下无分解反应,耐热性好。室温固态荧光测试显示,配合物在408.9 nm(λmax)处具有较强的荧光发射。     

真空下X2 (X=Cl、Br)与AgOCN气-固反应机理

在真空条件下完成了X2 (X=Cl、Br)与AgOCN间的气-固异相反应，利用紫外光电子能谱（PES）仪，探测与确定反应产物是XNCO (X=Cl、Br)，并推断其可能为一过渡态反应，生成中间络合物，新键产生与旧键断裂同时进行.     

HNCO与CX（X=F，Cl，Br）自由基反应机理的密度泛函理论研究

用量子化学密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31+G~*水平上按BERNY能量梯度解 析全参数优化了HNCO与CX（X=F,Cl,Br）反应势能面上各驻点的几何构型,通过 振动频率分析确认了中间体和过渡态,内禀反应坐标（IRC）对反应物、中间体、 过渡态和产物的相关性予以证实,对各驻点进行了零点能校正（ZPE）在此基础上 计算了反应能垒。研究结果表明,与HNCO和其它小分子自由基反应不同,HNCO与 CX自由基反应首先发生分子间H原子迁移,随后N与CX的C（1）原子相互靠近成键并 生成较稳定的中间体,再发生N-C（2）键的断裂,完成N向C（1）上的迁移并进一 步解离为产物。反应按反应物→TS1→IM→TS2→产物通道进行。反应为放热反应。     

2,6-氯吡啶的定向合成及结构测定研究

２，６－氯吡啶的定向合成及结构测定研究赵增国张和王桂林郝金库（天津师范大学化学系３０００７４）关键词吡啶氯代吡啶光氯化氯代吡啶是重要的农药、医药中间体。通常２－氯吡啶和２，６－二氯吡啶的合成是用吡啶和氨基钠进行齐齐巴宾反应，生成的氨基吡啶再进行重氮化...     

亚甲基烯酮与5-亚甲基-1,3-二噁烷-4,6-二酮反应机理的研究

利用半经验分子轨道理论AM1方法，研究了5-亚甲基-1，3-二噁烷-4，6-二酮与亚甲基烯酮的2，3-位C＝C，3，4-位C＝O和1，2-位C＝O三种双键位置上的环加成反应的反应机理．采用Berny梯度法优化得到反应的过渡态，并进行了振动分析确认．计算结果表明，环加成反应是按照协同的非同步途径进行的，经过一个扭曲的六员环过渡态，前线轨道分析表明反应机理为［4＋2］机理．根据AM1优化得到的产物反应物及过渡态的生成热可知三个反应的活化焓分别为27．07kJ·mol-1，32．41kJ·mol-1和137．96kJ·mol-1，2，3-位C＝C双键上的环加成反应的活化焓最低，这与实验中只观察到2，3－位C＝C双键上环加成产物的结论是一致的．     

CH2＝CClF hν >•CH＝CClF＋H光解反应的理论研究

采用UHF, CIS和CASSCF方法, 在aug-cc-pvdz基组水平上对CH₂＝CClF ^hν >•CH＝CClF＋H的光解反应通道及其后续反应作了研究. 计算表明: 分子吸收一个光子后, 在第一电子激发态(S₁)经过一个过渡态解离与Cl原子同侧的C—H键, 这与用CIS方法计算垂直激发得到的π→σ^*_C—H跃迁及其对Frank-Condon点的计算中分子的单占轨道和键电荷密度变化所预测的结果是一致的. 光解产物•CH＝CClF(基态)还可再发生反应, 经过渡态解离C—Cl键或是C—F键.     

尿酸质子转移反应的理论研究I——分子内质子转移研究

使用量子化学中的Hartree-Fock方法和密度泛函理论中的B3LYP方法，分别在3－21G^*和6－31G（d)水平上，计算了尿酸分子从三羰基异构体向三羟基异构体的转化。结果表明，转化过程经历了单羟基和双羟基异构体2种中间物和3种过渡态时的分子内质子转移（IPT），转移中的H原邻近的N，O和C原子形成了具有四元环结构的过渡态。随着IPT的进行，N－H键逐渐被削弱和断裂，O－H键则逐渐生成。3个反应的活化能分别为190.3kJ/mol,181.4kJ/mol和249.9kJ/mol(B3LYP/6-31G(d))。较高的活化能表明在室温下，无催化剂的IPT难以进行。     

铜参与的1,1,1-三氟-2,2-二氯乙烷及1,1,1-三氟-2,2,2-三氯乙烷与苯乙烯的加成反应研究

该反应为铜/联吡啶调控的CF_3CHCl_2及CF_3CCl_3对苯乙烯化合物的原子转移自由基加成反应.该反应通过添加联吡啶来增强铜的还原性,成功实现了CF_3CHCl_2和CF_3CCl_3较惰性C—Cl键的断裂,并与烯烃生成单一的自由基加成产物.     

吡啶二硫代酯与丁二烯杂Diels-Alder反应的理论研究

采用密度泛函理论方法在B3LYP/6-31G(d)水平上对吡啶二硫代酯与丁二烯的杂Diels-Alder反应的反应机理进行了理论计算研究, 并且也考虑了催化效应、溶剂化效应及取代基效应对反应机理和反应位垒的影响. 结果表明, 这些反应均以协同非同步的方式进行. 在大多数反应中, C—S键先于C—C键形成; 而在少数几个反应中, 则是C—C键先于C—S键形成. 催化剂和三甲基硅氧基取代基能通过改变反应物分子的前线轨道能级来降低反应的活化位垒. 溶剂只对涉及到离子物种的H^＋催化反应的势能剖面有明显影响. 对于BF₃催化的吡啶二硫代酯与1-三甲基硅氧基丁二烯的反应, 计算结果不仅正确预测了实验所发现的完全的区域选择性和较高的立体选择性, 而且表明这些结果很可能是由于在两个过渡态中存在C—H…F氢键相互作用造成的.     

CH2=CCIFhv→·CH=CCIF+H光解反应的理论研究

采用UHF,CIS和CASSCF方法,在aug-cc-pvdz基组水平上对CH2=CCIFhv→·CH=CClF+H的光解反应通道及其后续反应作了研究.计算表明:分子吸收一个光子后,在第一电子激发态(S1)经过一个过渡态解离与Cl原子同侧的C-H键,这与用CIS方法计算垂直激发得到的π→σ*C-H跃迁及其对Frank-Condon点的计算中分子的单占轨道和键电荷密度变化所预测的结果是一致的.光解产物·CH=CCIF(基态)还可再发生反应,经过渡态解离C-Cl键或是C-F键.     

CH2＝CClF hν >•CH＝CClF＋H光解反应的理论研究

采用UHF, CIS和CASSCF方法, 在aug-cc-pvdz基组水平上对CH₂＝CClF  ^hν >•CH＝CClF＋H的光解反应通道及其后续反应作了研究. 计算表明: 分子吸收一个光子后, 在第一电子激发态(S₁)经过一个过渡态解离与Cl原子同侧的C—H键, 这与用CIS方法计算垂直激发得到的π→σ^*_C—H跃迁及其对Frank-Condon点的计算中分子的单占轨道和键电荷密度变化所预测的结果是一致的. 光解产物•CH＝CClF(基态)还可再发生反应, 经过渡态解离C—Cl键或是C—F键.     

H＋CH3NO2→H2＋CH2NO2反应途径和变分速率常数计算研究

采用MP2（FULL）／6－311G**从头算方法，优化了H＋CH3NO2——H2＋CH2NO2反应的过渡态结构，得出该反应的正逆反应的活化位垒分别是82．73和57．14 kJ·mol－1 ．沿IRC分析指出该反应是一个H—H键生成和C—H键断裂的协同反应，而且在反应途径上存在一个引导反应进行的振动模式，这一反应模式引导反应进行的区间在- 0．7～0．2（amu）1/2·a0之间；在 1000～1400 K温度范围内，运用变分过渡态理论（CVT），计算了该反应的速率常数，计算结果与实验相一致．     

氟氯甲醇及其异构体的气相离解反应研究

在G3(MP2)水平上,通过对CH2ClFO的势能面(PES)上关键驻点的能量计算,共找到3种中间体,14个过渡态,20种产物通道,并对氟氯甲醇(CHClFOH)及其异构体(CH2FOCl和CH2ClOF)的气相解离机理进行了讨论。结果表明：四中心的1,2-HX(X=Cl,F)消去反应是氟氯甲醇的主要通道,但对于其同分异构体,OCl和OF键断裂又是强竞争过程。     

HCHO+X(X=F、Cl、Br)的反应机理

采用CCSD/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-311++G(d,p)方法研究了HCHO与卤素原子X(X=F、Cl、Br)的反应机理. 计算结果表明, 卤素原子X(X=F、Cl、Br)主要通过直接提取HCHO中的H原子生成HCO+HX(X=F、Cl、Br). 另外还可以生成稳定的中间体, 中间体再通过卤原子夺氢和氢原子直接解离两个反应通道分别生成HCO+HX(X=F、Cl、Br)和H+XCHO(X=F、Cl、Br). 其中卤原子夺氢通道为主反应通道, HCO和HX(X=F、Cl、Br)为主要的反应产物; 且三个反应的活化能均较低, 说明此类反应很容易进行, 计算结果与实验结果符合很好. 电子密度拓扑分析显示, 在HCHO+X反应通道(b)中出现了T型结构过渡态, 结构过渡态(STS)位于能量过渡态(ETS)之后. 并且按F、Cl、Br的顺序, 结构过渡态出现得越来越晚.