化学反应的价键理论研究

根据价键波函数的对称性及基态、激发态化学键与键表的对应 ,可以把轨道对称守恒原理和键对称规律表述成“价键结构对称性匹配” .价键结构对称规则通过对反应物和产物的价键结构进行对称性分析 ,可以直接预测化学反应活性 ,无需依赖理论计算结果 .在价键结构对称性分析的基础上 ,应用多VB结构计算方法 ,建立了反应H HLi→H2 Li和H LiH→HLiH(cyclic)→HLi H的曲线交叉VB图 ,讨论了能垒及过渡态的形成机制 .计算结果表明 ,H原子交换反应H LiH HLi H是一个两步过程 .     

Ir(CO)Cla(Ph2Ppy)2HgClb(HgCl2)c(a,b=1,2;c=0,1)的Ir-Hg相互作用和氧化还原反应性质

应用密度泛函理论(DFT)的PBEO方法,金属原子采用SDD基组,H、C、O和N原子采用6-31G*基组,P和Cl原子采用6-311G*基组,对单核配合物Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2(1),双核配合物Ir(CO)(Cl)2(Ph2Ppy)2HgCl(2)、Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2HgCl2(3)和Ir(CO)(Cl)2(HgCl2)(Ph2Ppy)2HgCl(4)进行结构优化,并在优化的基础上采用基组重叠误差(BSSE)校正计算相互作用能,通过自然键轨道(NBO)和前线轨道分析研究Ir-Hg相互作用和氧化还原反应的实质.通过计算发现,Ir(CO)Cl(Ph2Ppy)2与HgCl2发生氧化还原反应得到的产物2和4比非氧化还原产物3稳定.Ir-Hg相互作用强度顺序为3＜4＜2,且随着Ir-Hg相互作用强度增大,HOMO轨道中Ir和Hg成分逐渐趋于接近.配合物2和4都具有一对Ir-Hg成键与反键轨道,其成键轨道的组成分别为0.5985sd0.06Hg+0.8012sd2.48Ir和0.5794sd0.05Hg+0.8151sd2.48Ir,但3中Ir与Hg的相瓦作用较弱,只存在弱相互作用(电荷转移作用),表现为nIr→nHg的直接作用和σIr-P(1)→nHg、σIr-C(1)→nHg的间接作用.     

传能反应O(1D)+CO2(1Σ+g)→O(3P)+CO2(1Σ+g)中间物机理的理论研究

利用ab initio 量子化学方法研究了自旋禁阻的传能反应O(1D)+CO2(1Σ+g)→O(3P)+CO2(1Σ+g)的反应机制, 通过中间化合物CO3的单、三重态的势能面交叉点的确认, 证明了中间物传能机理的可行性. 同时计算了交叉点处的自旋-轨道偶合和面间跃迁几率, 进一步证明了中间化合物CO3的形成在传能过程中的重要作用.     

金属碳、卡宾阳离子[M—X]~+(M=Au,Ag,Cu;X=C,CH2)与甲烷反应机制研究

在CCSD(T)-REL//B2GP-PLYP水平下构建[Au(CH_2)]~+与甲烷反应的可靠反应势能面,分析了C—H键活化过程中的几何结构变化情况;对反应IRC路径上关键点进行自然键轨道(NBO)电荷和分子轨道分析,从理论上推定该氢转移过程属于氢负离子(H~-)转移.对[M—X]+(M=Au,Ag,Cu;X=C,CH_2)与甲烷反应进行对比,分析了甲烷作为氢供体反应过程的内在影响因素.M—X键能和反应活性中心C上直接参与反应的低能轨道对反应活性均起重要作用,两者协同调控微观反应机制.     

氧化铈,氧化铜表面氧种的TPR研究

在氧化物催化的氧化还原反应中,催化刘表面上的氧物种对整个催化反应起着关键的作用,不同的表面氧物种将对氧化还原反应的产物产生影响。目前人们普遍认为的表面氧物种有:O_2、O_2~-、O~-和O_3~-(在低温时存在),它们的关系是:O_2(吸附)→O_2~-(吸附)→O~-(吸附)→     

鲁米诺-二甲亚砜-氢氧化钠体系化学发光机理的理论研究

用密度泛函理论(DFT) B3PW91/6-31G**方法研究了鲁米诺-二甲亚砜-氢氧化钠化学发光反应体系中反应物、中间体和产物的分子结构和振动频率, 用B3PW91/6-311＋G(3df,2p)方法获得反应能量以及用时间相关(Time Dependent, TD)的B3PW91/6-311＋G(3df, 2p)方法进行电子激发能态分析. 研究结果支持了下列化学发光反应通道: LH₂(¹A)＋OH^－ →LH₂•OH^－(¹A)→LH^－(¹A)→L^·－(²A)→TS₁(³A)→LO₂^2－(³A)→TS₂(³A)→AP^2－*(?³A)→AP^2－(X³A)＋hν, 最后即AP^2－*回到基态发光; 或AP^2－*(?³A)→AP^2－*(?¹A)→AP^2－(a¹A)＋hν, 即激发态势能面交叉后的单重态跃迁发光. 它们在可见光区域主要有400～460和500～530 nm的强吸收谱带, 与实验结果符合. 研究还表明, 质子化的鲁米诺能量将大幅度降低, 说明酸性溶液导致鲁米诺的反应活性降低, 从理论上解释了鲁米诺化学发光体系的溶液须呈碱性, pH值影响发光反应的实验事实.     

传能反应O（^1D）＋CO2（1∑g^＋）→O（^3P）＋CO2（1∑g^＋）中间物机理的理论研究

利用ab initio量子化学方法研究了自旋禁阻的传能反应O(^1D) CO2(1∑g^ )→O(^3P) CO2(1∑g^ )的反应机制，通过中间化合物CO3的单、三重态的势能面交叉点的确认，证明了中间物传能机理的可行性，同时计算了交叉点处的自旋-轨道偶合和面间跃迁几率，进一步证明了中间化合物CO3的形成在传能过程中的重要作用。     

内醚糖的研究Ⅴ.2,3-内醚-5-去羟-β-D-核糖甲基甙

自木糖经过五步反应合成了2,3-内醚-5-去羟-β-D-核糖甲基甙(Ⅵ)。这五步反应是:D-木糖(Ⅰ)→D-木糖甲基呋喃甙(Ⅱ,α-和β-端基差向异构体混合物)→2,3,5-三-O-对甲苯磺酰基-β-D-木糖甲基呋喃甙(Ⅲ)→2,3-二-O-对甲苯磺酰基-5-去羟-5-碘代-β-D-木糖甲基呋喃甙(Ⅳ)→2,3-二-O-对甲苯磺酰基-5-去羟-β-D-木糖甲基甙(Ⅴ)→2,3-内醚-5-去羟-β-D-核糖甲基甙(Ⅵ)。总产率是18%。将已知的结晶的2-O-对甲苯磺酰基-β-D-木糖甲基呋喃甙(Ⅶ)进行对甲苯磺酰化,得到与上述完全相同的Ⅲ,这样就证明了Ⅲ的端基的构型。同时,也从β-D-木糖甲基吡喃甙(Ⅷ)制备了2,3,4-三-O-对甲苯磺酰基-β-D-木糖甲基吡喃甙(Ⅸ)。根据现有的知识肯定了合成的内醚糖的结构。     

锰(III)5,10,15-三(五氟苯基)-Corrole配合物的DFT计算

在6-31G*水平上采用DFT(UB3LYP)方法对锰(III)5,10,15-三(五氟苯基)-corrole [(TPFC)MnIII]及其咪唑轴向配位加合物(TPFC)MnIII(Im)进行了几何结构全优化. 计算结果表明, 咪唑的配位作用不会改变其基态的高自旋(s=2)特性. (TPFC)MnIII与咪唑配位形成轴向加合物后, 其中心金属Mn原子偏离平面结构, 与corrole大环N4平均平面的距离达到0.02734 nm. NBO分析显示(TPFC)MnIII和(TPFC)MnIII(Im)中心金属锰的电子组态为(dxz)1(dyz)1(dz2)1(dx2-y2)1(dxy)0. (TPFC)MnIII(Im)前线分子轨道能级明显上升, 从其β-(LUMO+3)轨道可见咪唑配位N原子的py轨道与中心金属Mn原子dyz轨道形成了d-pπ轨道. TD-DFT计算发现, (TPFC)MnIII和(TPFC)MnIII(Im)电子光谱Q带的“四轨”特征比B 带明显; (TPFC)MnIII的CT带主要源自β-(HOMO-1)→β-(LUMO+5)和β-HOMO→β-(LUMO+4)的跃迁, (TPFC)MnIII(Im)的CT带则主要源自β-(HOMO-1)→β-(LUMO+3)和β-HOMO→β-(LUMO+4)的跃迁.     

内醚糖的研究Ⅵ.2,3-内醚-5-去羟-α-D-来苏糖甲基甙

自 D-阿拉伯糖经以下五步反应合成了2,3-内醚-5-去羟-α-D-来苏糖甲基甙 (Ⅵ):D-阿拉伯糖(Ⅰ)→D-阿拉伯糖甲基呋喃甙(Ⅱ,α-和β-端基差向异构体混合物)→2,3,5-三-O-对甲苯磺酰基-α-D-阿拉伯糖甲基呋喃甙(Ⅲ)→2,3-二-O-对甲苯磺酰基-5-去羟-5-碘代-α-D-阿拉伯糖甲基呋喃甙(Ⅳ)→2,3-二-O-对甲苯磺酰基-5-去羟-α-阿拉伯糖甲基甙(Ⅴ)→2,3-内醚-5-去羟-α-D-来苏糖甲基甙(Ⅵ)。最后产物(内醚糖)的结构是根据第三报中所提出的证据肯定的。     

不饱和醇电还原质谱-电化学循环伏安(MSCV)法研究:I.烯丙醇的电还原

用MSCV法研究了烯丙醇在多孔Pt电极上0.5ol.dm^-3HCLO4中的电还原。烯丙醇电还原时主要涉及二类反应:烯丙基上C-OH断键生成丙烯; 丙烯进一步氢化生成丙烷。表征丙烯及丙烷的诸碎片M/Z的质谱电流(IM)-电极电位(Φ)扫描曲线线详细描绘了各分步反应的状况。在一定电位范围, 各M/Z的lgIM-Φ呈线性; 求得各有关M/Z的Tafel斜率。根据实验结果对反应机理进行了详细分析。     

Circumvention of orbital symmetry restraints by 1,3-H-shifts of enolic radical cations

The reaction coordinates of 1,3-H-shifts across double bonds are traced by theory for three reactions, CH(3)C(OH)CH(2)(+*) (1) --> CH(3)C(O(+*))CH(3) (2), CH(2)C(OH)(2)(+*) (3) --> CH(3)CO(2)H(+*) (4) and CH(3)C(OH)CH(2)(+*) (1) --> CH(2)C(OH)CH(3)(+*) (1'), to explore how the need to conserve orbital symmetry influences the pathways for these reactions. In the first and second reactions, prior to the start of the H-transfer the methylene rotates from being in the skeletal plane to being bisected by it. Thus these reactions are neither antarafacial nor suprafacial, but precisely between those possibilities. This stems from a counterbalancing between the need to conserve orbital symmetry and the large distorting forces required to attain an allowed antarafacial transition state. In contrast to the first two reactions, 1 --> 1' follows a suprafacial pathway. However, this pathway does not violate conservation of orbital symmetry, as it utilizes lower lying orbitals of appropriate symmetry rather than the antisymmetric uppermost occupied allyl-type orbital. Changes in geometry which presumably produce asymmetric vibrational excitation and the unequal losses of methyl that follow 1 --> 2, i.e., nonergodic behavior, are also characterized.     

新不对称偶氮羧衍生物的合成及其与钙离子的β型显色反应

我们合成了五种新的不对称偶氮羧衍生物,并研究了它们与钙离子之间的一种特殊反应-β型反应,考察了试剂分子结构与反应性能的关系。着重探讨了对羧基偶氮羧与钙离子的β型反应行为,在柠檬酸介质中,钙离子与该试剂形成组成比为1:2的灵敏的稳定配合物,最大吸收波长为718nm(Δλ=157nm),表观摩尔吸光系数ε=1.51×10^5L.mol^-^1.cm^-^1,测定条件下,1-13μgCa/25mL符合Beer定律,采用小体积显色,反应可在15分钟内进行完全,配合物可稳定4小时不变。动力学研究结果表明,对羧基偶氮羧与钙离子只发生β型反应,反应级数为2。     

Selection rule in free radical reactions

The insertion and abstraction reactions are investigated on the basis of the Heisenberg model. These reactions are characterized as spin-symmetry forbidden and allowed reactions, respectively. It is pointed out that free radical reactions occur readily when there is no spin degeneracy in the course of these reactions. The rule obtained is discussed in relation to the orbital symmetry conservation rule for concerted reactions.     

Orbital symmetry,orbital stability,and orbital pairing rules for organic reactions in the ground state

A generalization of the Hartree–Fock molecular orbital (MO) theory for treating diradical intermediates was explained pictorially by drawing molecular orbitals of diradical species such as ring-opened trimethylene. The generalized MO theory applied to elucidate electronic mechanisms of concerted, ionic, radical, and ion-radical reactions of organic reactants in the ground state. Generalized MO computations revealed the most essential characteristics of these reactions and mutal relationships between the worlds of Woodward–Hoffmann and Hughes–Ingold. Generalized MO studies supported our orbital symmetry, stability and pairing rules for concerted, ionic and radical reactions in the ground state, respectively. An extension of MO treatments to excited states reactions was briefly pointed out in relation to the density and spin correlation functions by the multireference CI wave functions.     

加成产物HC60[CH2C(CH3)=CH2]的电子结构和UV谱

用INDO方法研究C60与2-甲基烯丙基氯化镁的加成产物HC60[CH2C(CH3)=CH2]的两种异构体的结构和UV谱, 表明1,2-加成产物具有Cs对称性, 1,4-加成产物具有C1对称性, 且前者比后者总能量低, 因而更易于形成。产物中2-甲基烯丙基与C60之间靠极性共价键连接, 并发生前者向后者的电子转移。以此优化构型为基础, 计算两种产物异构体的UV谱, 与实验值一致。同时对电子跃迁进行理论指认, 讨论了产物UV谱带红移的原因。     

氯分子束与钛表面激光化学反应动力学

本文采用飞行时间质谱技术测定了在紫外(355nm), 可见(560nm)和近代红外(1064nm)脉冲激光作用下, 氯分子束与Ti表面反应产物的质量分布和速度分布。所得结果表明, 不同波长激光诱导反应的主要产物相同, 有Ti, TiCl, TiCl3和TiCl4。在高能量密度的紫外激光作用下, 首次测得具有很高动能的原生Ti+。各种含Ti氯化物的飞行时间谱, 能满意地用单组分或多组分Maxwell-Boltzmann公式拟合和分析。上述激光诱导气-固表面反应的机理主要由氯分子在Ti表面上的解离吸附,吸附态氯原子在表面上生成TiClx(X=1～4)的连串反应以及激光诱导脱附所组成。近红外激光主要引起热脱附, 而紫外激光的作用还原可能有非热脱附过程。     

茂基钌化合物的合成与结构研究:双核钌氢合物的合成与晶体结构研究

三氢钌化物[(C~5H~5)Ru(PPh~3)H~3](1)经光解反应生成了一个双核钌氢化合物[(C~5H~5)Ru.(PPh~3)(μ-H)]~2(2).用X射线重原子法及Fourier迭代解出了2的晶体结构,其分子呈二聚形式,Ru-Ru键处在对称中心,两个钌原子间还通过两个桥氢原子相联,该二聚体的单体为16电子物种,与推测的碳氢键活化反应的中间体类似,为金属有机氢化物活化碳氢键的反应历程提供了证据.文中还给出了2的可能形成过程.     

分子的模糊对称性

将模糊数学方法引入对分子对称点群的研究,建立描述具有不完整分子对称性的模糊点对称群(集合).建立具有模糊对称性分子轨道的模糊表示及其模糊特征标(模糊广义宇称).通过对典型的线状分子、平面分子以及非平面的立体分子等进行分析,展示了一个新的理论化学园地.初步探讨了具有模糊对称性的动态反应体系.从模糊对称性出发,探讨了分子轨道对称守恒原理的半定量特征.     

RCH=CH2与过氧甲酸反应的量子化学研究

本文用MINDO/3方法研究了烯烃RCH=CH2(R=H, CH3, CHO和NO2)与过氧甲酸反应的机理。研究结果表明, RCH=CH2与过氧甲酸反应是亲电反应, 在加热条件下较容易进行。乙烯与过氧甲酸反应的过渡态具有局部对称结构; 若R为取代基时, 这种对称性不复存在, 对于R为给电子基, 过氧基的氧偏向与取代基相连的乙烯碳原子, R为吸电子基, 过氧基氧偏向乙烯的另一碳原子; 取代基的给、吸电子能力越强, 过渡态偏离对称结构越显著, 活化势垒降低或升高也越大。