硝基甲烷异构化反应势能面的ab initio研究

在B3LYP/ 6 311++G(2d ,2p)水平上 ,优化得到硝基甲烷CH3 NO2 的 10种异构体和 2 3个异构化反应过渡态 ,并用G2MP2方法进行了单点能计算 .根据计算得到的G2MP2相对能量 ,探讨了CH3 NO2 势能面上异构化反应的微观机理 .研究表明 ,反应初始阶段的CH3 NO2 异构化过程具有较高的能垒 ,其中CH3 NO2 的两个主要异构化反应通道 ,即CH3 NO2 →CH3 ONO和CH3 NO2 →CH2 N(O)OH的活化能分别为 2 70 .3和 2 6 7.8kJ/mol,均高于CH3 NO2的C -N键离解能 .因而 ,从动力学角度考虑 ,CH3 NO2 的异构化反应较为不利 .     

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.     

CH2F自由基与HNCO反应机理的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-311 G(d,p)基组水平上研究了CH2F自由基与HNCO的微观反应机理,优化了反应过程中的反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,通过振动分析验证了所有可能的过渡态;并且还在QCISD(T)/6- 311 G**//B3LYP/6-311 G(d,p)机组水平上计算了相应单点能．找到了CH2F自由基与HNCO反应的7条可行的反应通道,对结果的分析表明,CH2F HNCO→TS8→IM5→TS9→IM4通道的控制步骤活化能最低,是该反应的主要通道．     

FeCH_2+H_2→Fe+CH_4反应机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的UB3LYP方法在6-311 G(2d,2p)水平上研究了五重态和三重态的FeCH2与H2反应的机理,在UB3LYP结构优化的基础上,用耦合簇理论方法UCCSD(T)在相同水平下对各驻点进行了单点能校正.结果表明,该反应在三重态和五重态上的势能面非常相似,存在两个过渡态(TS1、TS2)和两个中间体(M1、M2).反应的第一步是产生分子复合物(H2)FeCH2,其能量分别比反应物低16.6(五重态)和20.3kJ/mol(三重态);第二步是H2的加成形成HFeCH3中间体,第三步是CH4的消除反应.其中CH4的消除为整个反应的速控步骤.H-H键的活化在五重态上是不可逆的,反应将最终形成五重态产物,整个反应可放出能量300.6kJ/mol.     

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。     

CF2自由基与HNCO反应机理的量子化学研究

采用密度泛函理论B3LYP 方法研究了CF2 自由基与HNCO 的反应机理, 并在B3LYP/6-311＋＋G**水平上对反应物、中间体、过渡态进行了全几何参数优化, 通过频率分析和内禀反应坐标(IRC)确定了中间体和过渡态.为了得到更精确的能量值, 又用CCSD(T)/6-311＋＋G**方法计算了在B3LYP/6-311＋＋G**水平优化后的各个驻点的相对能量. 根据统计热力学及用Winger校正的Eyring过渡态理论,利用自编程序,计算不同温度下低势垒反应的平衡常数和速率常数.计算结果表明单重态的CF2 自由基与HNCO 的反应有四条反应通道, 三重态的CF2 自由基与HNCO 的反应有两条反应通道.其中单重态反应通道CF2＋HNCO→1IM1→1TS1→1IM2→1TS2→1IM3→CF2NH＋CO(P1)为主反应通道.三重态反应通道CF2＋HNCO→36IM1→36TS1→36IM2→HCF2+NCO(3P5)为主反应通道.     

CoCH2+H2反应机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的UB3LYP方法在6-311+G(2d,2p)水平上研究了四重态和二重态的CoCH2与H2反应的机理,在UB3LYP结构优化的基础上用耦合簇理论方法UCCSD(T)在相同水平下对各驻点进行了单点能校正.结果表明,该反应在二重态和四重态上的势能面非常相似,存在两个过渡态(TS1、TS2)和两个中间体(M1、M2),反应的第一步是产生分子复合物(H2)CoCH2,其能量分别比反应物低66.6(四重态)和42.4 kJ/mol(二重态),第二步是H2的加成形成HCoCH3中间体,第三步是CH4的消除反应.其中CH4的消除为整个反应的速控步骤.反应在二重态和四重态势能面上存在四个交叉点,整个反应在二重态势能面和四重态势能面上交替进行.H-H键的活化在四重态上是不可逆的,反应将最终形成四重态产物,整个反应可放出能量222.9kJ/mol.     

HNCO+HCO→NCO+CH2O氢转移反应的从头算及动力学研究

在UMP2 (Full) /6 311G(d ,p)计算水平上 ,优化了标题反应的反应物、过渡态、产物的几何结构 ,沿最小能量途径讨论了异氰酸 (HNCO)和甲酰自由基 (HCO)发生氢转移反应位能面上驻点的结构以及相互作用分子结构变化 .指出该反应是一个N -H键断裂和C -H键生成的协同反应 .进一步采用UQCISD(T ,Full)方法对反应途径上的驻点进行了单点能量校正 ,得出该反应的计算位垒是 91.4 7kJ/mol,与实验值 10 8.92kJ/mol接近 .在5 0 0～ 2 5 0 0K实验温度范围内 ,运用变分过渡态理论 (CVT)计算得到的速率常数与实验观测值进行了比较 .     

二氯卡宾与异氰酸反应机理的量子化学研究

采用密度泛函理论B3LYP方法研究了CCl2自由基与HNCO的反应机理,并在B3LYP/6-311++G**水平上对反应物,中间体,过渡态进行了全几何参数优化,通过频率分析和IRC确定中间体和过渡态。为了得到更精确的能量值,用QCISD(T)/6-311++G**方法计算了各个驻点的单点能,计算结果表明单重态的二氯卡宾与异氰酸的反应有抽提氧、插入N-H键、抽提亚氨基的路径。而插入通道HNCO + CCl2→IM3 →TS2→P2(C2Cl2ONH) 反应能垒最低, 为主反应通道。     

CF_2自由基与HNCO反应机理的量子化学研究

采用密度泛函理论B3LYP方法研究了CF_2自由基与HNCO的反应机理,并在B3LYP/6-311++G**水平上对反应物、中间体、过渡态进行了全几何参数优化.为了得到更精确的能量值,又用CCSD(T)/6-311++G**方法计算了在B3LYP/6-311++G**水平优化后的各个驻点的相对能量.根据统计热力学及用Winger校正的Eyring过渡态理论,利用自编程序,计算不同温度下低势垒反应的平衡常数和速率常数.计算结果表明单重态的CF_2自由基与HNCO的反应有四条反应通道,三重态的CF_2自由基与HNCO的反应有两条反应通道.其中单重态反应通道CF_2+HNCO→1IM1→1TS1→1IM2→1TS2→1IM3→CF_2NH+CO(P1)为主反应通道.三重态反应通道CF_2+HNCO→~36IM1→~36TS1→~36IM2→HCF_2+NCO(~3P5)为主反应通道.     

甲基乙烯醚和OH反应机理的理论研究

利用量子化学从头计算的方法对甲基乙烯醚的两个异构体之间的转化,羟基与顺式-甲基乙烯醚和反式-甲基乙烯醚的加成反应,以及羟基提取甲基上的氢原子的反应机理进行了研究.研究结果表明:顺式-甲基乙烯醚比反式-甲基乙烯醚更加稳定,在QCISD/6-31G(d,P)//BHandHLYP/6.311 G(d,P)理论水平下,OH加到顺式-甲基乙烯醚1号住的碳原子上需要跨越的能垒比其它反应通道需要跨越的能垒少7.5～34 KJ/mol,因此是主要的反应通道,而OH加在反式.甲基乙烯醚2号位的碳原子上所需要跨越的能垒比其它反应路径所需要跨越的能垒少8.3～26.7 kJ/mol,因此是主要的反应路径.利用经典过渡态理论计算了总的速率常数     

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 .     

去质子化精氨酸分子的稳定结构和化学性质

采用从头算方法系统研究了气相去质子化精氨酸的势能面,在B3LYP/6-31G(d)水平,找到了一系列新的稳定构型,其中能量最低的构型比之前报道的低了6.56 kJ/mol. 精氨酸的去质子化发生在羧基端,存在两种同分异构体. 这两种异构体之间存在很高的能垒,因此有着非常不同的红外光谱特征. 理论计算得到的精氨酸的质子解离能和气相酸性与实验值符合很好.     

An AB Initio Correlated Computation of Vibrations in the CIONO2 Molecule

Abstract

ClONO₂ is treated ab initio by the second order M?ller-Plesset perturbation approach with the 6-31G? basis set. The minimum-energy structure is planar (C_s symmetry) while in the activated complex for internal rotation around the NO bond the Cl atom exhibits torsion by 90° but the structure has the C_s symmetry, too. For both structures harmonic vibrational frequencies and IR intensities are calculated. The agreement with available observed data from matrix isolation is very good. The MP₂ frequencies are mostly somewhat lower comparing to related SCF values. The energetics is also evaluated in the MP4 fourth order perturbation treatment. The best value found for the barrier of internal rotation is 31 kJ/mol, i.e. significantly low.     

Theoretical study on the mechanism of the reaction of FOX-7 with OH and NO2 radicals: bimolecular reactions with low barrier during the decomposition of FOX-7

The decomposition of 1,1-diamino-2,2-dinitroethene (FOX-7) attracts great interests, while the studies on bimolecular reactions during the decomposition of FOX-7 are scarce. This study for the first time investigated the bimolecular reactions of OH and NO₂ radicals, which are pyrolysis products of ammonium perchlorate (an efficient oxidant usually used in solid propellant), with FOX-7 by computational chemistry methods. The molecular geometries and energies were calculated using the (U)B3LYP/6-31++G(d,p) method. The rate constants of the reactions were calculated by canonical variational transition state theory. We found three mechanisms (H-abstraction, OH addition to C and N atom) for the reaction of OH + FOX-7 and two mechanisms (O abstraction and H abstraction) for the reaction of NO₂ + FOX-7. OH radical can abstract H atom or add to C atom of FOX-7 with barriers near to zero, which means OH radical can effectively degrade FOX-7. The O abstraction channel of the reaction of NO₂ + FOX-7 results in the formation of NO₃ radical, which has never been detected experimentally during the decomposition of FOX-7.     

2-氯-5-三氟甲基苯胺水杨醛Schiff碱的结构及光谱性质研究

Schiff碱及其络合物的合成一直是研究的热点,其在药学、催化等领域有广泛的应用。实验以2-氯-5-三氟甲基苯胺、水杨醛为原料,合成2-氯-5-三氟甲基苯胺水杨醛Schiff碱,测定了Schiff碱的红外光谱和氢谱。利用密度泛函理论（DFT）B3LYP方法在6-311++G**基组上对合成的Schiff碱化合物进行了几何构型的优化和红外光谱的计算,得到了分子的优势构象、频率值及对应的红外强度,并比较了实验和理论计算的光谱数据,对分子的振动模式进行了全面的光谱归属,发现理论计算与实验测试结果吻合的较好。     

2-氯-5-三氟甲基苯胺水杨醛Schiff碱的结构及光谱性质研究

Schiff碱及其络合物的合成一直是研究的热点,其在药学、催化等领域有广泛的应用。实验以2-氯-5-三氟甲基苯胺、水杨醛为原料,合成2-氯-5-三氟甲基苯胺水杨醛Schiff碱,测定了Schiff碱的红外光谱和氢谱。利用密度泛函理论（DFT）B3LYP方法在6-311++G**基组上对合成的Schiff碱化合物进行了几何构型的优化和红外光谱的计算,得到了分子的优势构象、频率值及对应的红外强度,并比较了实验和理论计算的光谱数据,对分子的振动模式进行了全面的光谱归属,发现理论计算与实验测试结果吻合的较好。     

Theoretical calculations of homogeneous catalysis in the gas phase: elimination kinetics of 2,2-dimethoxypropane in the presence of HCl,F3CCOOH and CH3COOH

The mechanisms of gas-phase elimination kinetics of 2,2-dimethoxypropane in the presence of hydrogen chloride, trifluoroacetic acid and acetic acid were studied using Moller Plesset, ab initio combined method Complete Basis Set (CBS)-QB3 and various density functional theory methods with 6-311G(d,p) and 6-311++G(d,p) basis sets. The M06-2X/6-311++G(d,p) method provided reasonable agreement with the experimental enthalpy and energy of activation. Formation of 2-methoxypropene and methanol products occurs through six-membered cyclic ring transition state (TS) structure. The TS was characterised by single imaginary frequency, and confirmed through intrinsic reaction coordinate (IRC) calculations. The IRC calculations suggest the development of a van der Waal complex between the 2, 2-dimethoxy propane and the acid catalyst, leading to the TS formation. The process of decomposition in the absence of the acid catalyst requires much higher temperature with an energy of activation above 200 kJ/mol. This fact appears to be a consequence of a four-membered cyclic TS-type of mechanism in the non-catalysed reaction. Structural parameters, analyses of natural bond orbital charges and bond orders of the acid-catalysed elimination reactions in this study suggest that the polarisation of the C–O bond, in the direction C^δ+—O^δ?, is rate-determining in the TS. These reactions are non-synchronous concerted polar in nature.     

Quantum-mechanical calculation of the frequencies of the normal vibrations and intensities of the IR and Raman bands of pyridine N-oxide

The frequencies of the normal vibrations and the intensities of the bands in the IR and Raman spectra of pyridine N-oxide and three of its isotopomers are calculated with the density functional theory by using the Becke exchange and Lee-Yang-Parr correlation functionals with the 6?311+G(d, p) basis set. The scaling of the force constants in independent natural coordinates is performed. The force field of pyridine N-oxide in independent symmetry coordinates is obtained. A new assignment of the frequencies of some vibrations in the isotopomers is proposed. On the basis of the calculated frequencies and intensities, the vibrational IR and Raman spectra of pyridine N-oxide are modeled.