2-甲基-1,3-顺丁二烯在Ni(Ⅰ)催化下与苯甲醛反应机理的研究

采用密度泛函理论(DFT)研究了2-甲基-1,3-顺丁二烯在Ni(I)催化下与苯甲醛反应生成高烯丙基醇的反应机理.在B3LYP/6-31+G*水平上对反应过程中所有反应物、过渡态、中间体以及产物的几何构型进行了优化,通过能量和振动分析确认了过渡态的真实性；并且在相同基组水平上应用自然键轨道(NBO)和分子中的原子(AIM)理论分析了这些化合物的成键特征和轨道间的相互作用.研究发现了两条可能的反应通道IA与IB,其控制步骤活化能分别为64.20 kJ·mol-1、51.63 kJ·mol-1,由以上比较结果可以看出,反应通道IA与IB在整个反应过程可能同时发生,但IB通道具有较低的活化能,即IB通道为整个反应的最优反应通道,与实验结果一致.     

CuI催化苯丙氨酸与溴苯发生C-N偶联反应机理理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法对Cu I催化苯丙氨酸与溴苯发生C-N偶联反应机理进行了理论研究.在6-31+G*水平上对反应过程中所有反应物、过渡态、中间体以及产物的几何构型进行了优化,通过能量和振动分析证实了过渡态的真实性;并且在相同基组水平上应用自然键轨道(NBO)和分子中的原子(AIM)理论分析了这些化合物的成键特征和轨道间的相互作用.研究发现了两条可能的反应通道IA与IB,其控制步骤活化能分别为202.81 k J.mol-1、196.10 k J.mol-1,由以上结果比较可以看出,反应通道IA与IB在整个反应过程可能同时发生,但IB反应通道具有较低的活化能,即IB通道为整个反应的最优反应通道.     

钯(Ⅱ)催化苯乙烯与N-氟代双苯磺酰胺反应机理的研究

采用密度泛函理论（DFT）研究了钯催化苯乙烯与N-氟代双苯磺酰胺反应机理。在B3LYP/6-311+G*基组水平上对反应过程中所有反应物、过渡态、中间体以及产物的几何构型进行了优化,通过能量和振动分析确认了过渡态的真实性;并且在相同基组水平上应用自然键轨道(NBO)和分子中的原子(AIM)理论分析了这些化合物的成键特征和轨道间的相互作用。研究发现了两条可能的反应通道IA与IB,其控制步骤活化能分别为17.81 kJ.mol-1、56.04kJ.mol-1,由以上比较结果可以看出,IA通道具有较低的活化能,即IA通道为整个反应的最优反应通道,与实验结果一致。此外我们还研究了溶剂对反应的影响。     

钯(Ⅱ)催化苯乙烯与N-氟代双苯磺酰胺反应机理的研究

采用密度泛函理论(DFT)研究了钯催化苯乙烯与N-氟代双苯磺酰胺反应机理.在B3LYP/6-311+G*基组水平上对反应过程中所有反应物、过渡态、中间体以及产物的几何构型进行了优化,通过能量和振动分析确认了过渡态的真实性;并且在相同基组水平上应用自然键轨道(NBO)和分子中的原子(AIM)理论分析了这些化合物的成键特征和轨道间的相互作用.研究发现了两条可能的反应通道IA与IB,其控制步骤活化能分别为17.81 k J.mol-1、56.04k J.mol-1,由以上比较结果可以看出,IA通道具有较低的活化能,即IA通道为整个反应的最优反应通道,与实验结果一致.此外我们还研究了溶剂对反应的影响.     

2-甲基-1,3-顺丁二烯在Rh(Ⅰ)催化下与苯甲醛反应机理的研究

采用密度泛函方法(DFT)研究了2-甲基-1,3-顺丁二烯在Rh(Ⅰ)催化下与苯甲醛反应生成高烯丙基醇的反应机理.在B3LYP/6-31+G*水平上优化了反应过程中所有反应物、过渡态、中间体以及产物的几何构型,通过能量和振动分析确认了过渡态的真实性.并且在相同基组水平上应用自然键轨道(NBO)、前线轨道理论和分子中的原子(AIM)理论分析了这些化合物的成键特征和轨道间的相互作用.报道了可能的反应通道IA:Re→ IMA1→TSA1→IMA2→ IMA3→ TSA2→IMA4→IMA5→ TSA3→IMA6→PA;IB:Re→IMB1→TSB1→IMB2→IMB3→TSB2→ IMB4→ IMB5→TSB3→ IMB6→ PB,根据相对能量分析确定反应通道IB具有相对较低的活化能,是反应的主通道,与实验结果一致.     

2-甲基-1,3-顺丁二烯在Rh(Ⅰ)催化下与苯甲醛反应机理的研究北大核心CSCD

采用密度泛函方法(DFT)研究了2-甲基-1,3-顺丁二烯在Rh(Ⅰ)催化下与苯甲醛反应生成高烯丙基醇的反应机理.在B3LYP/6-31+G*水平上优化了反应过程中所有反应物、过渡态、中间体以及产物的几何构型,通过能量和振动分析确认了过渡态的真实性.并且在相同基组水平上应用自然键轨道(NBO)、前线轨道理论和分子中的原子(AIM)理论分析了这些化合物的成键特征和轨道间的相互作用.报道了可能的反应通道IA:Re→IMA1→TSA1→IMA2→IMA3→TSA2→IMA4→IMA5→TSA3→IMA6→PA;IB:Re→IMB1→TSB1→IMB2→IMB3→TSB2→IMB4→IMB5→TSB3→IMB6→PB,根据相对能量分析确定反应通道IB具有相对较低的活化能,是反应的主通道,与实验结果一致.     

2-甲基-1,3-顺丁二烯在Rh(Ⅰ)催化下与苯甲醛反应机理的研究

采用密度泛函方法（DFT）研究了2-甲基-1,3-顺丁二烯在Rh(Ⅰ)催化下与苯甲醛反应生成高烯丙基醇的反应机理．在B3LYP/6-31+G*水平上优化了反应过程中所有反应物、过渡态、中间体以及产物的几何构型,通过能量和振动分析确认了过渡态的真实性．并且在相同基组水平上应用自然键轨道(NBO)、前线轨道理论和分子中的原子(AIM)理论分析了这些化合物的成键特征和轨道间的相互作用．报道了可能的反应通道IA：Re→IMA1→TSA1→IMA2→IMA3→TSA2→IMA4→IMA5→TSA3→IMA6→PA;IB：Re→IMB1→TSB1→IMB2→IMB3→TSB2→IMB4→IMB5→TSB3→IMB6→PB,根据相对能量分析确定反应通道IB具有相对较低的活化能,是反应的主通道,与实验结果一致．     

2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面的裂解机理

本文研究了2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面解离的可能微观反应机理,使用完全线性同步和二次同步变换(complete LST/QST)方法确定解离反应的过渡态.采用基于第一性原理的密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法,优化了2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇裂解反应过程各物种在Ni(100)表面的top,hollow和bridge位的吸附模型,计算了能量,并对布局电荷进行了分析,得到了各物种的有利吸附位.结果表明:2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面都存在β-H和γ-H两个平行竞争的解离过程,其中2-丙醇在Ni(100)表面β-H解离的速控步骤活化能为64.7 k J·mol-1猯,而γ-H解离速控步骤活化能为233.1 k J·mol-1猯,故β-H解离过程占优势,主要产物是CH3COCH3;相反,1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面β-H解离的速控步骤活化能为257.1 k J·mol-1猯,而γ-H解离速控步骤活化能为148.1 k J·mol-1猯,故γ-H解离过程占优势,主要产物是CF3CH=CH2.由此说明,电负性更大的氟原子取代2-丙醇中的氢原子之后,2-丙醇在Ni表面的解离机理发生了改变.理论预测结果与实验结论一致.     

2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面的裂解机理

本文研究了2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面解离的可能微观反应机理,使用完全线性同步和二次同步变换(complete LST/QST)方法确定解离反应的过渡态。采用基于第一性原理的密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法,优化了2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇裂解反应过程各物种在Ni(100)表面的top,hollow和bridge位的吸附模型,计算了能量,并对布局电荷进行了分析,得到了各物种的有利吸附位。结果表明： 2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面都存在β-H和γ-H两个平行竞争的解离过程,其中2-丙醇在Ni(100)表面β-H解离的速控步骤活化能为64.7 kJ∙mol-1,而γ-H解离速控步骤活化能为233.1kJ∙mol-1,故β-H解离过程占优势,主要产物是CH3COCH3;相反,1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面β-H解离的速控步骤活化能为257.1 kJ∙mol-1,而γ-H解离速控步骤活化能为148.1kJ∙mol-1,故γ-H解离过程占优势,主要产物是CF3CH=CH2。由此说明,电负性更大的氟原子取代2-丙醇中的氢原子之后,2-丙醇在Ni表面的解离机理发生了改变。理论预测结果与实验结论一致。     

Cu(Ι)催化合成六氢氮类杂卓衍生物反应机理的研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,研究了Cu(I)催化六氢氮杂卓衍生物偶联反应的微观反应机理。在6-31+G(d)的水平下,对反应路径中的所有反应物、中间物、过渡态和产物进行了构型优化,通过振动频率分析及内禀反应坐标(IRC)计算对过渡态进行了验证,应用自然键轨道理论(NBO)和分子中的原子理论(AIM)分析了这些物质的轨道间相互作用及成键特征。报道了可能的反应通道CuI+R1+R2→IM2→TS1→IM3→TS2→IM4→IM5→TS3→IM6→TS4→IM7→P1→P1 +IM8→IM9a→TS5a→IM10a→TS6a→IM11a→IM12→TS7→IM13→TS8→IM14→TS9→IM15→P2活化能相对较低,是主要的反应通道。同时对比研究了在没有Cu(Ι)催化剂时,反应的活化能为199.01kJ/mol,而在Cu(Ι)催化下,反应活化能为176.94kJ/mol,说明了Cu(Ι)催化剂促进了反应的进行。     

Pt_(10)团簇催化肉桂醛选择性加氢反应机理的研究

本文以Pt_(10)团簇作为催化剂模型,采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-31+G(d)(Pt采用贗势基组Lanl2dz)基组水平上,探讨了Pt_(10)团簇催化肉桂醛选择性加氢反应的微观反应历程.研究结果表明,Pt_(10)团簇催化肉桂醛选择性加氢反应可生成3种不同的产物,分别是3-苯基丙醛(P1)、3-苯基丙烯醇(P2)和肉桂醇(P3),每种产物分别通过两条不同的反应通道而得到.Pt_(10)团簇催化有利于肉桂醛分子中C=O键活化加氢.这点与实验结果一致.     

Stereoelectronic effects in Menshutkin‐type SN2 reactions: theoretical study based on through‐space/bond orbital interaction analysis

Through‐space/bond orbital interaction analysis has been applied to investigate the stereoelectronic effects on stabilizing the transition state of Menshutkin‐type S_N2 reactions. The mechanism of how the substituent effects work on accelerating the reactions has been demonstrated from orbital interaction perspective. The geometrical structures and Mulliken charge distributions have been compared to elucidate the substituent effects for the S_N2 reaction center. It is found that the substituents lower the activation energies by strengthening the orbital interactions in the S_N2 reaction process. When electron‐donating and electron‐accepting substituents (–C₆H₅ and –CHO) are introduced to the same central carbon at the reaction center, the symmetry allows the π–π* interactions among the donor and acceptor in the transition state. It stabilizes the transition state much more than the reactant complex. And the π–π* interactions are estimated to decrease about 2.28 kcal/mol of the energy for transition state. The σ‐like orbitals of the partial bond around the central carbon are reactive, and the σ–π* orbital interactions stabilize the reactant complex much more than the π–σ* interaction. When the σ–π* and π–σ* interactions are deleted from the system, the activation energy increases and turns close to the values of the systems which are without such substituents. It can be concluded that the π–π*, σ–π*, and π–σ* interactions cooperatively accelerates the S_N2 reaction by stabilizing its transition state. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

Possible reaction pathway in methanol dehydrogenation on Pt and Ag surfaces/clusters starting from O-H scission: Dipped adcluster model study

The mechanism of the methanol dehydrogenation reaction on a Pt surface has been investigated using the dipped adcluster model (DAM) combined with density-functional theory (DFT) calculations. Starting from O-H bond scission, methanol decomposes to form CO exothermically on the Pt surface, where the Pt-dσ orbital effectively interacts with the O-H antibonding orbital. The donative interaction of the Pt-dσ orbitals was found to be important for catalytic activation on the Pt surface. The reaction pathway starting from C-H bond scission has a larger activation barrier and, therefore, is less kinetically favorable. Electron transfer from the bulk, which is included in the present DAM calculation, plays an important role in the reaction pathway from O-H bond scission, in particular for the dehydrogenation of formaldehyde. On the other hand, the Ag surface has been shown to be effective for formaldehyde synthesis, because formaldehyde desorbs spontaneously from the Ag surface. The present reaction has also been examined and discussed in view of the nanoscale clusters and nanorods.     

二苯二硫和二苄二硫润滑性能的量子化学研究

用Gaussian03W程序在B3LYP/631G和HF/631G水平上对二苯二硫(DPDS)和二苄二硫(DBDS)的分子几何构型、电子结构、分子轨道指数及与铁原子簇的相互作用等进行了理论计算.用前线分子轨道理论分析了反应的活性原子和活性键,讨论了DPDS和DBDS与铁原子的作用方式,用前线电子密度,超离域性指数,原子净电荷及化合物与铁原子簇的化学吸附作用能等参数作为判据分析了DPDS和DBDS与铁原子间键合的强弱,反应性的大小.计算结果表明DPDS和DBDS与铁接触时,趋向于S-S键与C-S键断裂,在较为缓和的摩擦条件下,DPDS的抗磨作用优于DBDS,在较为苛刻的摩擦条件下,DBDS的极压作用优于DPDS,与摩擦学试验结果一致.     

硝酸溴与三重态氧原子反应机理的密度泛函研究

用密度泛函理论方法 (B3LYP) ,在 6 311+G(d ,p)水平上对硝酸溴与三重态氧原子的反应进行了研究 ,计算了反应中各驻点物种的平衡构型、振动频率、总能量和零点能 (ZPE) .对计算得到各可能反应途径的过渡态经内禀反应坐标分析加以了证实 ,对反应途径中的键长和能量的变化作了IRC解析 .在B3LYP优化的基础上利用了耦合簇理论方法 (CCSD(T) )在 6 311+G(d ,p)水平上对各驻点物种的单点能进行了修正 .研究表明 ,存在三种可能的反应途径 ,其产物分别为 :cis BrONO和 3 O2 、trans BrONO和 3 O2 以及BrOO和NO2 .其中第三个通道由于活化能垒较低 ,是主要反应 .     

CX2(X=F, Cl, Br)与CH3CHO中C－C键插入和环加成的理论模拟

采用密度泛函[DFT]和自然键轨道理论[NBO]及高级电子耦合簇[CCSD(T)]和电子密度拓扑分析[AIM]方法, 研究了单重态二卤卡宾CX2(X=F, Cl, Br)与乙醛CH3CHO 中C—C键的插入反应及其环加成的反应机理. 在B3LYP/6-31G(d)水平上优化了各驻点构型, 用频率分析和内禀反应坐标法(IRC)对过渡态进行了验证, 计算了各物种的CCSD(T)/6-31G(d, p)单点能量. 用经Wigner校正的Eyring过渡态理论分别计算了1大气压下主反应通道的热力学与动力学性质, 并对反应通道中构型进行了自然键轨道及电子密度拓扑分析. 结果表明, CF2与CH3CHO反应的主产物是P2F[CH3CF2CHO: 插入CH3CHO中C-C键, 反应I(2)], 而CCl2及CBr2与CH3CHO反应的主产物是P1Cl[Cl2COCHCH3: 成环反应II(1)]及P1Br[Br2COCHCH3: 成环反应III(1)], 1大气压下, 反应I(2)和II(1)及III(1)进行的适宜温度范围分别为400~1300K和400~1000K.     

Tin(n=2~7)团簇结构, 稳定性和电荷分布关系的密度泛函研究

利用密度泛函理论中的B3LYP方法, 选择LANL2DZ基组优化Tin(2~7)团簇得到各团簇的稳定结构,然后对稳定结构的束缚能及自然轨道进行分析. 研究结果表明: Tin(n=2~7)团簇都依带帽的形式在前一个团簇的结构基础上加一个原子变化而来; 通过自然轨道分析发现, 团簇原子的轨道存在sp-d杂化, 有大约一个电子从4s转移到了3d, 原子之间亦存在电子转移, 而且除Ti7外, 团簇键长由最外层4d轨道电子和3d轨道共同决定, 在Ti7中, 团簇键长由3d轨道决定.