亚烷基卡宾与甲醛环加成反应机理的理论研究

用二阶微扰理论研究了单重态亚烷基卡宾与甲醛发生的三种环加成反应的机理 ，采用MP2/6－31G~*方法计算了势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量。根 据能量数据可以预言环加成反应（1）的a途径将是单重态亚烷基卡宾与甲醛环加成 反应的主要反应通道，该反应由两步组成：（I）亚烷基卡宾与甲醛生成了一富能 中间体（INT1a），是一无势垒的放热反应，（II）中间体异构化为产物亚烷基环 乙烷，其势垒为24.1 kJ·mol~(-1)(MP2/6-31G~*)。     

咪唑与单线态氧(~1O_2)1,2-环加成反应的理论研究

采用较新的半经验分子轨道方法Austin Model 1(简称AM1方法),辅以Berny梯度优化方法,对单线态氧(~1O_2)与咪唑的1,2-环加成反应,进行了理论研究。计算获得实验尚未检测到的4,5-二氧环丁烷(4,5-dioxetane)的结构,并在反应势能面上找到单重态双自由基中间体及通过该中间体的两步反应的过渡态。通过对过渡态的结构特征、虚振动方向以及对反应过程的电荷分布情况、轨道相互作用等的分析,说明该反应是经由单重态双自由基中间体的分步反应。两步反应的活化势垒分别为39.2kJ·mol~(-1)和150.5kJ·mol~(-1)。     

咪唑与单线态氧(1O2)1,2-环加成反应的理论研究

采用较新的半经验分子轨道方法Austin Model 1(简称AM1方法), 辅以Berny梯度优化方法, 对单线态氧(~1O_2)与咪唑的1,2-环加成反应,进行了理论研究。计算获得实验尚未检测到的4,5-二氧环丁烷(4,5-dioxetane)的结构, 并在反应势能面上找到单重态双自由基中间体及通过该中间体的两步反应的过渡态。通过对过渡态的结构特征、虚振动方向以及对反应过程的电荷分布情况、轨道相互作用等的分析, 说明该反应是经由单重态双自由基中间体的分步反应。两步反应的活化势垒分别为39.2 kJ·mol~(-1)和150.5 kJ·mol~(-1)。     

C~6~0与二氯卡宾环加成反应机理的理论研究

用半经验AM1方法研究了C~6~0与单态二氯卡宾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：二氯卡宾在C~6~0的6-6或6-5键上的加成反应均分两步进行,第一步反应物经(类)过渡态Ⅰ生成中间配合物,第二步由中间配合物经过渡态Ⅱ变为产物。6-6加成反应的活化势垒较6-5加成反应的低121kJ·mol^-^1,从反应机理和动力学角度解释了6-6加成优于6-5加成的原因。     

单线态氧(~1O_2)与咪唑1,4-环加成反应的理论研究

本文用量子化学从头计算方法对单线态氧(~O_2)与咪唑环加成反应的机理进行了理论研究.用能量梯度法优化获得了实验上尚未检测到的侧式桥环过氧化物(endoperoxde)的结构,并在势能面上确定了单线态氧与咪唑1,4-环加成反应的过渡态.通过对过渡态的结构特征,虚振动方向,电荷分布情况以及轨道相互作用的分析,说明这个反应的机理是同步和协同的;正反应的活化势垒为69.5kJ·mol~(-1),逆反应的活化势垒为140.4kJ·mol~(-1)(6-31G的结果).     

亚烷基卡宾与丙烯环加成反应机理的理论研究

用二阶微扰理论研究了单重态亚烷基卡宾与丙烯环加成反应的机理，采用 MP2/6-31G~*方法计算了势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量。根据所得 势能面上的能量数据可以预言，反应（1）的a途径和反应（2）的b途径将是单重态 亚烷基卡宾与丙烯环加成反应的两条相互竞争的主反应通道，两反应途径均由两步 组成，(I)两反应物分别生成了富能中间体INT1a和INT2b，它们均是无势垒的放热 反应，放出的能量分别为60.28和26.33kJ·mol~(-1).(II)中间体INT1a和INT2b分 别通过过渡态TS1a和TS2b异构化为三元环产物P1和四元环产物P2，其势垒分别为 16.43和12.73kJ·mol~(-1)。     

合成环氧乙烷新途径的从头算研究

在MP4/6-31G*//RHF/6-31G*理论水平上，对单态甲撑插入甲醛中碳氧双链生成环氧乙烷的反应(CH2_(~1A)＋CH_2O→C_2H_4O)进行了从头算研究。发现其反应历程由两步组成：1) 反应物沿反应坐标接近，体系能量单调下降，生成平而松散环状的分子复合物(MC)；2) 分子复合物沿反应坐标经由一过渡态(TS)重排为产物环氧乙烷，此步的势垒只有36.99 kJ·mol~(-1)。进而计算了该反应的热力学函数和动力学性质，并进行了讨论。当设法将甲醛引入产生活性中间体CH_2(~1A)的体系中，该反应有可能成为在室温下制备环氧乙烷的非催化途径。     

C60与硅烯环加成反应机理的理论研究

用半经验AM1法研究了C₆₀与单态硅烯环加成反应机理.经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:硅烯在C₆₀的66键上的加成反应分两步,第一步反应物生成中间配合物,无势垒;第二步由中间配合物经过渡态变为产物.65键上的加成反应分三步,第一步由反应物生成中间配合物,第二步由中间配合物经过渡态I得到闭环结构的中间体,第三步由中间体经过渡态Ⅱ形成产物.66键加成反应的活化势垒较低,从反应机理和动力学角度解释了66键加成优于65键加成的原因.     

二氟亚烷基卡宾与甲醛环加成反应机理的理论研究

用二阶微扰理论研究单重态二氟亚烷基卡宾与甲醛发生的环加成反应机理,采用MP2/6-31G^*方法计算了势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量.结果表明,单重态二氟亚烷基卡宾与甲醛的环加成反应主要有两种反应通道,通道1中,两个反应物经a,b和c三条反应途径生成三元环构型的产物P1,其中途径c是主反应途径,该途径有两步组成:(Ⅰ)二氟亚烷基卡宾与甲醛生成了1个富能中间体(INT1c),是无势垒放热反应,放出能量为219.18kJ/mol;(Ⅱ)中间体(INT1c)异构化为产物二氟亚烷基环氧乙烷,其势垒为134.71kJ/mol.通道2的反应途径由三步组成:(Ⅰ)反应物首先生成了1个富能中间体(INT1b),为无势垒的放热反应,放出的能量142.77kJ/mol;(Ⅱ)中间体(INT1b)异构化成另一中间体(INT2),其势垒为22.31kJ/mol;(Ⅲ)中间体(INT2)异构化成四元环构型产物P2,其势垒为11.98kJ/mol.     

单重态CCl2与O3反应机理的理论研究

用量子化学从头算方法,研究了单重态CCl_2与O_3反应的机理.在HF/6-31G(d)水平上用梯度解析技术全参数优化上述反应的反应物、中间体、过渡态和产物构型,MP2/6-31G(d)//HF/6-31G(d)方法计算能量.给出了有关化合物的结构数据.结果表明:CCl_2与O_3首先生成富能中间体CCl_2O_3,然后中间体裂解生成CCl_2O和O_2.该反应为强放热反应,放出的热量为516.88kJ·mol~(-1)[MP2/6-31G(d)//HF/6-31G(d)].通过内禀反应坐标(IRC)计算,获得了沿反应途径的势能剖面.     

硅烯与甲醛环加成反应的理论研究

本文用RHF/6-31G^*解析梯度方法研究了单重态硅烯与甲醛环加成反应的机理,用二级微扰方法对各构型的能量进行了相关能校正,并用统计热力学方法和过渡态理论计算了该反应在不同温度下的热力学函数的变化和动力学性质。结果表明,此反应历程由两步组成:1)硅烯与甲醛生成一中间配合物,是一无势垒的放热反应,2)中间配合物异构化为产物,此步势垒经零点能校正后只有51.4kJ·mol^-^1(MP2/6-31G^*//6-31G^*);从热力学和动力学的综合角度考虑,该反应在300～400K温度下进行为宜,如此,反应既有较大的自发趋势和平衡常数,又具有较快的反应速率。     

电子亲和势法判断负离子聚合单体的活性

提出了利用不同取代基烯类单体的电子亲和势来判断其负离子聚合反应活性的方法.采用密度泛函理论的B3LYP/6-31G(d)方法优化了不同取代基烯类单体几何构型,在B3LYP/6-311++G(3df,2p)水平上计算了其电子亲和势.通过电子亲和势计算值与文献报道实验数据比较,表明本文采用的计算方法是比较可靠的.结合不同取代基烯类单体的电子亲和势的计算结果,通过与Q-e关系及取代基常数σ数据进行比较表明,电子亲和势可以用来判断不同单体负离子聚合反应的活性高低.     

C_(70)PH可能异构体的结构与稳定性的理论研究

分别用半经验的AM1, PM3及MNDO方法研究了富勒烯衍生物C_(70)PH的12种可能异构体的结构和稳定性。计算结果表明: -PH基团加成在4种6-6键上的稳定构型中,非赤道带6-6键加成的三个异构体为闭环结构,赤道带6-6键加成的一个异构体为开环结构;-PH基团加成在4种6-5键上均可产生开环和闭环2种稳定构型。加成在6-5双键的异构体其闭环构型更稳定,加成在6-5单键的异构体其开环构型更稳定。闭环异构体中-PH基团加成在碳球极处6-6键上的构型1,2最稳定,开环异构体中-PH基团加成在赤道带6-6键上的构型8最稳定。     

Study on the Intramolecular Hydrogen Bonds of Dibenzofurans, Xanthones and Anthraquinones with One or Two Positions Substituted by Hydroxyls

<正>The thermodynamic properties of dibenzofurans (DFs), xanthones (XTs) and an- thraquinones (AQs) with one and two positions substituted with hydroxyls in the ideal gas state at 298.15 K and 1.013×10~5 pa were calculated at the B3LYP/6-311G~* level using Gaussian 03 program. The isodesmic reactions were designed to calculate the standard free energy of formation (Δ_fG~e). Three types of hydrogen bonds exist in the three kinds of chemicals and their bond energies were ascertained as 7-15, 15-23 and 49-58 kJ·mol~(-1) respectively by comparing the Δ_fG~e values. Electronic density topology analysis was applied to validate the strength of bond.     

Cl_nAlNH_n和Hn_AlNH_n(n=1～3)的振动光谱与化学键性质的研究

用从头计算分子轨道法和密度泛函理论 ,在HF/6 31G 和B3LYP/6 31G 水平上对ClnAlNHn 和HnAlNHn(n =1～ 3)及其碎片分子的几何构型、电子结构、振动光谱和化学热力学性质进行了理论研究。结果表明 ,优化几何参数与实验值相吻合。Cl2 AlNH2 和H2 AlNH2 分子中 ,Al-N键为由一个σ键和一个π键组成的双重键 ,旋转势垒分别为 34.10和 5 4 .35kJ·mol- 1。而Cl3AlNH3和H3AlNH3分子中 ,Al-N键为σ型单键 ,对应的旋转势垒为 0 .31和 2 .5 0kJ·mol- 1,有较小的势垒 ,易于旋转。化学热力学计算表明 ,ClnAlNHn 和HnAlNHn 分子中 ,Al-N键能的大小顺序为△Hn =2>△Hn =1>△Hn =3.     

Theoretical study on the reaction mechanism of bis-addition of methyl azide to C60

The selectivity of attacking sites and the reaction mechanisms of the bis-addition of methyl azide with its corresponding azafulleroid (C₆₀NCH₃) have been investigated using AM1 semi-empirical and density functional methods. The whole reaction processes can be divided into two stages. The first stage is the 1,3-dipolar cycloaddition (1,3-DC) reaction of methyl azide with C₆₀NCH₃ giving rise to a triazoline intermediate and the second is the N₂ elimination. Based on the charge distributions, four patterns of the addition sites have been discussed. In view of the energy barriers, two kinds of 6–6 double bonds, which are in the most and the second vicinities of the –NCH₃ addend group of the C₆₀NCH₃, are the two most possible attack sites in the reaction of 1,3-DC. The analyses of the π-orbital axis vector (POAV) and the deformation and interaction energies indicate that it is the favorable interaction energy rather than the strain release that dominates the two preferential attacking patterns. The subsequent thermal elimination of N₂ takes place via two steps in which the breaking of N–N single bond precedes the cleavage of the C–N bonds of the unsubstituted N atom. The N₂ elimination occurs simultaneously with the formation of the new C–N bonds (corresponding to the substituted N atom), giving rise to two isomers of the bisadducts. One is a double azafulleroid with two N atoms bonding to two consecutive 5-6 junctions of the same pentagon, and the other with two N atoms bonding to two alternate 5-6 junctions of the same pentagon. The analysis of the energy results shows that although the former reaction is preferred to some extent, both of the two reactions can take place and both of the two bisadducts are in principle obtainable.     

Mono and double polar [4 + 2(+)] Diels-Alder cycloaddition of acylium ions with O-heterodienes

Gas-phase reactions of acylium ions with alpha,beta-unsaturated carbonyl compounds were investigated using pentaquadrupole multiple-stage mass spectrometry. With acrolein and metacrolein, CH(3)-C(+)(double bond)O, CH(2)(double bond)CH-C(+)(double bond)O, C(6)H(5)-C(+)(double bond)O, and (CH(3))(2)N-C(+)(double bond)O react to variable extents by mono and double polar [4 + 2(+)] Diels-Alder cycloaddition. With ethyl vinyl ketone, CH(3)-C(+)(double bond)O reacts exclusively by proton transfer and C(6)H(5)-C(+)(double bond)O forms only the mono cycloadduct whereas CH(2)(double bond)CH-C(+)(double bond)O and (CH(3))(2)N-C(+)(double bond)O reacts to great extents by mono and double cycloaddition. The positively charged acylium ions are activated O-heterodienophiles, and mono cycloaddition occurs readily across their C(+)(double bond)O bonds to form resonance-stabilized 1,3-dioxinylium ions which, upon collisional activation, dissociate predominantly by retro-addition. The mono cycloadducts are also dienophiles activated by resonance-stabilized and chemically inert 1,3-dioxonium ion groups, hence they undergo a second cycloaddition across their polarized C(double bond)C ring double bonds. (18)O labeling and characteristic dissociations displayed by the double cycloadducts indicate the site and regioselectivity of double cycloaddition, which are corroborated by Becke3LYP/6-311++G(d,p) calculations. Most double cycloadducts dissociate by the loss of a RCO(2)COR(1) molecule and by a pathway that reforms the acylium ion directly. The double cycloadduct of the thioacylium ion (CH(3))(2)N-C(+)(double bond)S with acrolein dissociates to (CH(3))(2)N-C(+)(double bond)O in a sulfur-by-oxygen replacement process intermediated by the cyclic monoadduct. The double cycloaddition can be viewed as a charge-remote type of polar [4 + 2(+)] Diels-Alder cycloaddition reaction.