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.     

O(3P)与卤代甲基反应的理论研究--Ⅰ.O(3P)+CH2Cl的反应机理

用量子化学从头算法对氧原子与CH2 Cl自由基的反应进行了研究 ,采用G2MP2方法计算了势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量 .给出了O( 3 P)与CH2 Cl反应的明确机理 .反应首先形成富能中间体OCH2 Cl,而后经各种复杂的解离或异构化途径生成产物 .计算的各个通道的反应热与实验结果相符 ,预测H CHClO和Cl CH2 O是反应的主要通道 .根据从头算的结果 ,用过渡态理论计算了反应的总速率常数 .反应速率常数与压力无关 ,在低温下有弱的负温度效应 .计算值与实验值符合很好 .     

CH2X(X=H,F,Cl)与臭氧反应机理的量子化学研究

用量子化学UMP2方法,在6-311++G**基组水平上研究了CH2X(X=H,F,Cl)与臭氧反应机理,全参数优化了反应过程中反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,在UQCISD(T)/6-311++G**水平上计算了它们的能量,并对它们进行了振动分析,以确定中间体和过渡态的真实性.从CH2X(X=H,F,Cl)与O3的反应机理的研究结果看,它们与O3反应的活性都比较强,相对而言,活性大小顺序为CH2F＞CH3＞CH2Cl,也就是说,CH2F自由基与臭氧间的反应活性最强,对大气臭氧的损耗将是最大的.同时研究还发现CH2X(X=H,F,Cl)系列自由基与O3的反应都是强放热反应.     

OXO (X=Cl,Br)与X (2P3/2)反应机理的理论研究

用密度泛函B3LYP/6-311+G**和高级电子相关的组态相互作用QCISD(T)/6-311+G**方法研究了OXO与X (2P3/2)双自由基反应的微观机理.研究结果表明该反应存在两个反应通道,产物分别为XO和X2+O2.由于形成产物XO的活化势垒较低,因而是主要反应通道,这与实验观察到的结果是一致的.而形成X2+O2的通道从动力学上看是不利的.     

区域选择性地电化学氧化自由基参与的邻位-(4+2)/原位-(3+2)环化（英文）

碳环化合物,特别是五元环和六元环骨架,广泛存在于天然产物和生物活性分子中.Diels-Alder环加成反应是构建这些功能型分子的有效方法,但其底物适用范围有限,且反应条件(如热、微波和过渡金属的使用)苛刻,限制了该方法的应用.自由基物种含有不成对的价电子,表现出高活性,在温和的反应条件下提供了新的反应途径.因此,自由基介导的反应为复杂环状分子的合成提供了一个新平台.然而,如何实现选择性自由基环化仍然是一个挑战.鲍德温规则为自由基物种与烯烃炔烃的加成提供了指导,研究人员设计并开发了一系列反应模式构建所需的五元和六元环分子.但是,自由基物种,特别是烷基和烯基与芳基之间选择性的邻位原位环化仍然不明确.本文利用苄基丙二酸酯为自由基源,烯烃和炔烃分别为自由基受体,分别获得烷基和烯基自由基中间体,并探究烷基自由基和烯基自由基与芳基之间的选择性环化.利用二茂铁介导的电化学氧化策略,进行了烷基/烯基自由基与芳基的选择性环化实验.结果表明,烷基自由基与芳环发生选择性邻位-(4+2)环化,烯基自由基与芳环发生选择性原位-(3+2)环化.理论研究结果表明,促进烯烃优先邻位加成的主要原因是有利的相互作用能;炔...     

CH_2(~3B_1)与NO的基元化学反应研究

Cth和NO都具有未配对电子,它们之间的反应属于自由基之间的反应．该反应可能经历的通道很多,因此研究这个反应,具有重要的学术价值．另一方面,烃类在燃烧过程中可热解成CH、CW、C：H或CIn等自由基碎片’‘’,亚甲基CW与NO的反应是重要的基元反应之一．除此之外NO是重要的环境污染物,在大气中低浓度NO能够存在较长时间”’,可继续与CHZ自由基发生反应．因此就环境保护方面来说,CIn自由基与NO反应的研究也有较大的现实意义．虽然以前很多人都通过实验测出过CW与NO总反应的速车常数’‘,’－’‘,但关于反应动力学方面的…     

新颖瞬态物种的产生与表征

基于对紫外光电子能谱(PES)仪的不断改进, 成功地生成与表征了系列新颖瞬态物种. 简要综述了PES的基本原理; 系列新颖瞬态物种活性卤素化合物、短寿命自由基、亚稳态拟卤素化合物的PES实验和理论量子化学研究; 以及新建立的紫外光电子能谱与HeI光光电离飞行时间质谱联合谱仪(PES/HeI-TOFMS)在瞬态物种的研究进展. 而PES/HeI-TOFMS联合谱仪的建立使得PES在复杂化学过程以及瞬态物种的捕获与表征研究中发挥更大的作用.     

钒氧阴离子团簇与小分子碳氢化合物反应的实验和理论研究(英文)

为了在分子层次上揭示相关催化反应的机理,人们对过渡金属氧化物团簇与碳氢化合物分子反应进行了大量研究.相比于过渡金属氧化物团簇阳离子,阴离子对一些碳氢化合物的活性弱得多,因此研究还很少.在本工作中,我们通过激光溅射产生钒氧团簇阴离子VxOy-,产生的团簇在接近热碰撞条件下与烷烃(C2H6和C4H10)以及烯烃(C2H4和C3H6)在一个快速流动反应管中进行反应,飞行时间质谱用来检测反应前后的团簇分布.在VxOy-与烷烃的反应中,生成了产物V2O6H-和V4O11H-;在与烯烃的反应中,产生了相应的吸附产物V4O11X-(X=C2H4或C3H6).密度泛函理论计算表明:V2O6-和V4O1-1可以活化烷烃(C2H6和C4H10)的C-H键,也可以与烯烃(C2H4和C3H6)发生3+2环化加成反应形成一个五元环结构(-V-O-C-C-O-),C-H键活化与环加成反应都需经历可以克服的反应能垒.理论计算与实验观测结果相符合.V2O6-和V4O1-1团簇都具有氧原子自由基(O·或O-)的成键特征,活性O-物种也经常出现在钒氧催化剂表面,因而本研究在分子水平上,揭示了表面活性氧物种与碳氢化合物反应的机理.     

活性卤素化学

活性卤素是大气中的重要物种,它能参与大气中的多种化学过程,对臭氧的损耗有重要影响,影响许多重要物种的源和汇,同时对大气硫循环和汞循环也产生影响,在大气化学中有着十分重要的作用.因此,对活性卤素化学的研究成为近年来国际大气化学研究的重要前沿.本文总结了近年来活性卤素化学实验和理论的研究进展,重点介绍了活性卤素在臭氧损耗中的作用及其大气循环反应过程;综述了重要活性卤素物种的产生和探测、活性卤素光化学反应和非均相反应实验研究;总结了近年来关于活性卤素化学的理论研究,包括活性卤素与水、硫、HO、HO2、烷基氧和烷基过氧自由基、氮氧化物、汞及其它物种的耦合研究.最后,对活性卤素化学的实验和理论研究进行了展望,提出了尚待深入开展研究的一些重要科学问题.     

苯-卤素(X2, X=F, Cl, Br, I)相互作用本质的对称性匹配微扰理论研究

在MP2水平下对被定义为"电荷转移复合物(CTC)"的苯(C6H6)-卤素分子X2(X＝F, Cl, Br, I)相互作用体系进行了量子化学研究. 在优化所得C6H6-X2(X＝F, Cl, Br, I)复合物的平衡几何结构中, 卤素分子X2接近垂直指向苯环上碳-碳双键的中心. 自然键轨道(NBO)分析结果表明, 苯-卤素体系中电荷转移的数量很少. 对称性匹配微扰理论(Symmetry-adapted perturbation theory, SAPT) 能量分解结果显示, 在4个复合物体系中, 静电作用的贡献相对较小(只占总吸引作用的20%左右), 对于C6H6-F2体系, 色散作用是其主要吸引作用, 对于C6H6-Cl2, C6H6-Br2和C6H6-I2 体系, 诱导作用则是其主要的吸引作用, 从F到I, 色散作用逐渐减弱, 诱导作用逐渐增强, 表明在电子相关水平上将苯-卤素体系称为"电荷转移复合物"的说法并不确切.     

CH3SS与XO (X＝F,Cl, Br)反应过程的电子密度拓扑研究

利用MP2/6-311＋＋G(d,p)//B3LYP/6-311＋＋G(d,p)对CH3SS与XO (X＝F, Cl, Br)的反应机理进行了研究. 着重从电子密度拓扑分析角度讨论了化学键的生成和断裂. 计算结果表明单线态反应为主要反应通道, 且由于该通道的反应能垒低、放热明显, 说明CH3SS与XO在大气中比较容易进行. 电子密度拓扑分析表明, 在单线态抽氢反应通道中存在着四元环状过渡结构, 随着反应进行, 此四元环状过渡结构通过一个T-型结构变为三元环状过渡结构, 最后环状结构消失得到产物.     

CH3CH2+O(3P)反应机理的理论研究

The reaction for CH3CH2+O(3P) was studied by ab initio method. The geometries of the reactants, intermediates, transition states and products were optimized at MP2/6-311+G(d,p) level. The corresponding vibration frequencies were calculated at the same level. The single-point calculations for all the stationary points were carried out at the QCISD(T)/6-311+G(d,p) level using the MP2/6-311+G(d,p) optimized geometries. The results of the theoretical study indicate that the major products are the CH2O＋CH3, CH3CHO+H and CH2CH2+OH in the reaction. For the products CH2O＋CH3 and CH3CHO+H, the major production channels are A1: (R)→IM1→TS3→(A) and B1: (R)→IM1→TS4→(B), respectively. The majority of the products CH2CH2+OH are formed via the direct abstraction channels C1 and C2: (R)→TS1(TS2)→(C). In addition, the results suggest that the barrier heights to form the CO reaction channels are very high, so the CO is not a major product in the reaction.     

Theoretical study on the mechanism of the (3)CH(2) + NO(2) reaction

The complex doublet potential energy surface of the CH(2)NO(2) system is investigated at the B3LYP/6-31G(d,p) and QCISD(T)/6-311G(d,p) (single-point) levels to explore the possible reaction mechanism of the triplet CH(2) radical with NO(2). Forty minimum isomers and 92 transition states are located. For the most relevant reaction pathways, the high-level QCISD(T)/6-311 + G(2df,2p) calculations are performed at the B3LYP/6-31G(d,p) geometries to accurately determine the energetics. It is found that the top attack of the (3)CH(2) radical at the N-atom of NO(2) first forms the branched open-chain H(2)CNO(2) a with no barrier followed by ring closure to give the three-membered ring isomer cC(H(2))ON-O b that will almost barrierlessly dissociate to product P(1) H(2)CO + NO. The lesser followed competitive channel is the 1,3-H-shift of a to isomer HCN(O)OH c, which will take subsequent cis-trans conversion and dissociation to P(2) OH + HCNO. The direct O-extrusion of a to product P(3) (3)O + H(2)CNO is even much less feasible. Because the intermediates and transition states involved in the above three channels are all lower than the reactants in energy, the title reaction is expected to be rapid, as is consistent with the measured large rate constant at room temperature. Formation of the other very low-lying dissociation products such as NH(2) + CO(2), OH + HNCO and H(2)O + NCO seems unlikely due to kinetic hindrance. Moreover, the (3)CH(2) attack at the end-O of NO(2) is a barrier-consumed process, and thus may only be of significance at very high temperatures. The reaction of the singlet CH(2) with NO(2) is also briefly discussed. Our calculated results may assist in future laboratory identification of the products of the title reaction.     

OClO与OH反应机理的理论研究

用密度泛函B3LYP/-311+G~(* *)和级电子相关倒映 合簇CCSD(T)/6-311+G~(* *)方法研究了OClO与OH反应的微观机理，研究结果表明：该反应经过缔合、H转移 和离解等复杂过程，最终得到四种产物，分别为HOCl+O_2，HCl+O_3,ClO+HO_2和 HOClO_2,从能量上看，形成HOCl+O_2和HCl+O_3的通道更容易进行，而形成 ClO+HO_2的通首在动力学上是最不利的。     

O（~1D）与CF_2HCl反应的理论研究

用量子化学密度泛函理论（DFT）和G3B3方法，对为（~1D）与CF_2HCl的反应 进行了研究，在B3LYP/6-311+G(d)，B3LYP/6-311+G(2df,2pd)和G3B3计算水平上， 优化了反应热能面上各驻点的几何结构，通过内禀反应坐标（IRC）计算和振动分 析，对反应过渡态进行了确认，并确定了反应机理。     

氮原子与卤代甲烷反应的直接氢抽提过程研究

利用B3LYP理论研究了N(~4S)+CH_3X(X = H, F, Cl)反应体系的直接氢抽提过 程,分别得到了各反应物、产物和过渡态的优化构型和谐振频率。同时应用了6- 31G(d), 6-311+G(d,p)和6-311+ + G(2d,2p)基组,考察其大小对反应体系中各物 种构型及能量的影响。理论计算表明,随着基组的增加,反应势垒逐渐降低,反应 吸热减少。对比取代甲烷的情形,结果表明反应过程中卤素原子具有典型的诱导效 应,降低了抽提势垒。     

SiH3+O(3P)反应机理的理论研究

The reaction for SiH3+O(3P) was studied by ab initio method. The geometries of the reactants, intermediates, transition states and products were optimized at MP2/6-311+G(d,p) level. The single point calculations for all the stationary points were carried out at the QCISD(T) /6-311+G(d,p) level using the MP2/6-311+G(d,p) optimized geometries. The results of the theoretical study indicate that the major pathway is the SiH3+O(3P)→IM1→TS3→IM2→TS8→HOSi+H2. The other minor products include the HSiOH+H, H2SiO+H and HSiO+H2. Furthermore, the products HOSi, HSiO and HSiOH(cis) can undergo dissociation into the product SiO. In addition, the calculations provide a possible interpretation for disagreement about the mechanism of the reaction SiH4+O(3P). It suggests that the products HSiOH, H2SiO and SiO observed by Withnall and Andrews are produced from the secondary reaction SiH3+O(3P) and not from the reaction SiH4+O(3P).     

Quantum Chemical Study on the Reaction Mechanism of OBrO Radical with OH Radical

The reaction mechanism of OBrO with OH has been studied using the B3LYP/6-311 G(d,p) and the high-level electron-correlation CCSD(T)/6-311 G(d,p) at single-point. The results show that the title reaction could probably proceed by four possible schemes, generating HOBr O2, HBr O3, BrO HO2 and HOBrO2 products, respectively. The main channel is the one to yield HOBr O2. The whole reaction involves the formation of three-membered, four-membered and five-membered rings, followed by the complicated processes of association,H-shift, Br-shift and dissociation. All routes are exothermic.     

Theoretical study on the reaction mechanism of NH2(-) with O2 (a1Δg)

A detailed theoretical study of the potential energy surface of poorly understood ion-molecule reaction of NH(2)(-) and O(2) (a(1)Δ(g)) is explored at the density functional theory B3LYP/6-311++G(d,p), ab initio of QCISD/6-311++G(d,p) and CCSD(T)/6-311++G(3df, 2pd) (single-point) theoretical levels for the first time. It is shown that there are six total possible products from P(1) to P(6) on the singlet potential energy surface. Among these, the charge-transfer product P(1) (NH(2) + O(2)(-)) is the most favorable product with predominant abundances, whereas P(4) (NO(-) + H(2)O) and P(2) (HNO + OH(-)) may be the second and third feasible products followed by the almost neglectable P(3) (NO(2)(-) + H(2)), while P(5) (c-NO(2)(-) + H(2)) and P(6) (ONO(-) + H(2)) will not be observed due to their either high barriers or being secondary products. The present theoretical study points out that besides P(1) (NH(2) + O(2)(-)) and P(2) (HNO + OH(-)), P(4) (NO(-) + H(2)O) should be also observed, which is different from the previous experiment study by Anthony Midey et al. in 2008. In addition, almost all of the reaction pathways to products are exothermic and the reaction rate should be very fast since the reaction barriers are very low except for P(5) (c-NO(2)(-) + H(2)) which is in agreement with the measured total reaction rate constant k = 9.0 × 10(-10) cm(3)s(-1) at 300 K in the experiment study. It is expected that the present theoretical study may be helpful for the understanding of the reaction mechanism related to NHX(-), NX(2)(-), PHX(-), and PX(2)(-) (X = H, F, and Cl).