Theoretical Studies on the Kinetics and Mechanisms of Reactions for Methyl Vinyl Ether and Ozone

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、臭氧与甲基乙烯醚的环加成反应、臭氧化物的裂解以及主要臭氧化物异构体的之间的转化的反应通道进行了研究,并用经典过渡态理论在280~440 K计算了反应的速率常数．对于臭氧和甲基乙烯醚的反应,考虑了臭氧从两个可能的不同方向进攻甲基乙烯醚．计算结果表明,顺式-甲基乙烯醚是比较稳定的,但是反式-甲基乙烯醚与臭氧反应所要跨越比较低的能垒, 分别为1.7和7.5 kJ/mol,而其产物更稳定,在形成的臭氧化物中占绝对比例,臭氧化物的裂解主要导致CH2-OO的生成,在298 K时的反应速率常数为4.8×10^-17 cm3/(molecule?s)．     

DFT Study on the Structure and Racemization Mechanism of 1,1''-Binaphthalene-8,8''-diol

用密度泛函理论研究了1,1'-联萘-8,8'-二酚的基态几何构型和异构化过程．由于OH基取向不同,该分子可以形成三种异构体(ISO1、ISO2和ISO3), 每种OH取向异构体分别有R-和S-对映异构体．研究了各异构体关于萘酚环旋转变形的构像稳定性．由于O-C键单键性质,三种OH取向异构体间的互变反应的能垒较低,表明它们可以很快达到平衡．对于ISO1和ISO2,S-R对映异构反应可以通过绕C1-C10键的反式或顺式旋转途径进行,其中反式途径比顺式途径的能垒分别低87.95 kJ/mol(ISO1)和75.04 kJ/mol(ISO2)．对于ISO3,S-R对映异构反应只能通过反式途径进行．三种OH取向异构体的反式途径对映异构反应的能垒分别为119.61、120.43和121.59 kJ/mol．计算结果认为,1,1'-联萘-8,8'-二酚的消旋机理被归结为三种OH取向异构体的反式途径对映异构反应的平行进行．     

CH2和CH3分子在金属团簇Cun(n=1～6)上吸附性质

以σ-羟基环氧化合物作为模型化合物, 利用密度泛函中B3LYP/6-31G(d,p)的方法研究了三乙基铝促进的环氧化合物的重排还原有机串联反应机理. 根据乙烯消去和六元环重排顺序的不同可有两条可能的反应路径,路径I首先进行的是六元环的收缩重排,而且该步即决速步,能垒为116.62 kJ/mol;路径II中首先发生乙烯的消去然后进行六元环开环重排,开环反应步是该反应路径的决速步,相应的能垒为251.38 kJ/mol,如此高的能垒导致后续反应难于进行. 因此,路径I是更有利的反应路径,与实验结果一致.     

N-甲替甲酰胺-水的氢键团簇的从头计算研究

利用从头计算方法在MP2 / 6 31+G 和MP2 / 6 311++G(d ,p)水平上对N 甲替甲酰胺 (NMF) 水氢键团簇进行了研究 .计算给出了所有中性和离子化NMF H2 O团簇的优化结构、解离通道以及解离能 .对于N 甲替甲酰胺 ,顺式结构比反式结构具有更低的能量 .对于质子化的NMF ,质子倾向于连接在甲替甲酰胺的氧原子上 .计算结果表明 ,NMF的顺式和反式构型都可以与水分子形成线型的氢键结构 .尽管NMF反式结构比顺式结构能量高 ,但由于反式结构能与水分子形成双氢键 ,因此能更稳定的存在 .N 甲替甲酰胺 水团簇电离后 ,无论顺式和反式结构均有质子化产物生成 .     

气相中自由基OH在不同催化剂下对甲酰氟FCHO进行提氢反应的理论性研究

分别在水、甲酸和硫酸存在的情况下,通过CCSD(T)//M06-2X/6-311++G(3df,3pd)的理论方法,对大气中自由基OH提取甲酰氟FCHO上的氢进行了反应机理和动力学的研究.计算结果表明相对于反应物,加入催化剂的过渡态的能垒从3.64 kcal/mol分别下降到-2.89、-6.25和-7.76 kcal/mol,表明水、甲酸和硫酸在甲酰氟FCHO和自由基OH提氢反应中起了重要作用.通过运用具有Eckart隧道校正的传统过渡态理论计算出的动力学数据表明通道X...FCHO+OH(X=H₂O, HCOOH,或者H₂SO₄)要比通道X...OH+FCHO更有利于反应的发生.催化剂水、甲酸和硫酸的加入使甲酰氟FCHO 和自由基OH提氢反应的速率常数要比不加催化剂时小,说明了催化剂的加入不能促进大气中甲酰氟FCHO和自由基OH的反应.     

白藜芦醇顺反异构体及第一三重激发态结构的理论研究

在B3LYP/6-311++G(d,p)水平对白藜芦醇顺反异构体及第一三重激发态进行了结构优化、频率计算和自然键轨道(NBO)分析。在MP2/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-311++G(d,p)水平比较了白藜芦醇顺反异构体的能量。反式白藜芦醇整个分子呈现平面结构,顺式白藜芦醇两苯环之间存在约30º扭角。第一三重激发态中两苯环几乎处于互相垂直的关系,C7-H5与C8-H6键也是几乎互相垂直的关系。顺式和反式白藜芦醇C7-C8的σ键成键情况分别为sp1.53-sp1.53和sp1.59-sp1.60,C7与C8各自提供p轨道形成π键,即形成C7=C8双键。三重态中,C7-C8的成键情况为sp1.92-sp1.89,没有p-p π键,C7、C8均还有一个2p轨道未参与杂化,NBO分析证实C7、C8的各自剩下的2p轨道均几乎独立形成了高能量的反键轨道,分别垂直于单羟基和双羟基苯环,C7-C8键长明显长于白藜芦醇顺反异构体。顺式白藜芦醇比反式白藜芦醇的自由能高约1.3-2.5kcal/mol,反式构型是热力学稳定构型。TD/DFT方法,B3LYP/6-311++G(d,p)水平计算得反式和顺式白藜芦醇最强紫外吸收峰分别在330nm和319nm。     

白藜芦醇顺反异构体及第一三重激发态结构的理论研究

在B3LYP/6-311++G(d,p)水平对白藜芦醇顺反异构体及第一三重激发态进行了结构优化、频率计算和自然键轨道(Natural Bond Orbital,NBO)分析.在MP2/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-311++G(d,p)水平比较了白藜芦醇顺反异构体的能量.反式白藜芦醇整个分子呈平面结构,顺式白藜芦醇两苯环之间存在约30o扭角.第一三重激发态中两苯环几乎处于互相垂直的关系,C7-H5与C8-H6键也是几乎互相垂直的关系.顺式和反式白藜芦醇C7-C8的σ键成键情况分别为sp1.53-sp1.53和sp1.59-sp1.60,C7与C8各自提供p轨道形成π键,即形成C7=C8双键.三重态中,C7-C8的成键情况为sp1.92-sp1.89,没有p-pπ键,C7、C8均还有一个2p轨道未参与杂化,NBO分析证实C7、C8的各自剩下的2p轨道均几乎独立形成了高能量的反键轨道,分别垂直于单羟基和双羟基苯环,C7-C8键长明显长于白藜芦醇顺反异构体.顺式白藜芦醇比反式白藜芦醇的自由能高约1.3-2.5 kcal/mol,反式构型是热力学稳定构型.含时密度泛函方法(Time-Dependent Density Functional Theory,TD-DFT)方法,B3LYP/6-311++G(d,p)水平计算得反式和顺式白藜芦醇最强紫外吸收峰分别在330 nm和319 nm.     

氧原子和甲基自由基反应机理的理论研究

用分子轨道从头算和密度泛函理论（DFT）中的B3LYP方法以及适中基组6－311＋G（2df,2p)对氧原子与甲基CH3反应进行了系统的研究。计算给出了通道上各斑点物种的构型参数、振动频率和能量。结果表明：CH2OH比CH3O稳定,能量约低26．63kJ/mol,且生成氢和甲醛为其最主要反应通道。     

凝聚态硝基甲烷分解机理的密度泛函研究

用密度泛函理论在B3LYP/6-311++G（2d,2P）计算水平上对最低单态和最低三态的硝基甲烷分子进行了分子动力学计算分析,发现,硝基甲烷分子基态沿C-N键分解生成硝基和甲基反应通道上不存在过渡态,只能是在能量足够高的时候造成C-N键的断裂,键离解能为53.4kcal/mol;硝基甲烷分子在最低三态沿C-N键分解生成硝基和甲基的反应通道上,有一个活化能为87.8kcal/mol的能垒。计算得到硝基甲烷分子从基态到最低三态份分解反应发生所需要的总能量为144.58kcal/mol.这个数值与硝基甲烷材料的电子碰撞实验在193nm处的有强吸收峰的结论相符合。依据多声子迁移理论,结合硝基甲烷分子在最低三态动力学分解的可能性,可以认为在相同条件下,硝基甲烷材料在撞击条件下,分子沿C-N键分裂生成硝基和甲基的反应在最低三态分子分解的可能性较大。文章用量化计算从分子构型、频率分析和势能面扫描方面对分析结论进行了加强和确定。并且,依据多声子迁移理论对硝基甲烷分子基态键离解过程、基态到三态激发过程和最低三态活化过程中的声子迁移进行了初步分析。     

CH3CH2+O(3P)反应机理的理论研究

利用abinitio方法对CH3CH2+O(3P)反应进行了理论研究,在MP2/6311+G(d,p)水平上优化得到了反应途径上的反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型和谐振频率,并在QCISD(T)/6311+G(d,p)水平上进行单点能计算.计算结果表明:CH2O+CH3、CH3CHO+H和CH2CH2+OH是主要反应产物,其中CH2O+CH3主要来自反应通道A1:(R)→IM1→TS3→(A),CH3CHO+H主要来自反应通道B1:(R)→IM1→TS4→(B),CH2CH2+OH主要来自直接抽提反应通道C1和C2:(R)→TS1(TS2)→(C).计算结果同时表明该反应生成CO的通道能垒是非常高的,CO应该不是主要产物.     

Ab initio Study of the Potential Energy Surface and Product Branching Ratios for Reaction of O(1D) with C2H5Cl

用QCISD(T)/6-311++G(d,p)//MP2/6-31G(d,p)方法研究了O(1D)与CH3CH2Cl的反应．计算表明此反应存在一个插入-消去机理．此反应先形成IM1和IM2两个中间体,两个中间体再分解成各种产物．用RRKM理论计算了碰撞能分别为0、20.9、41.8、62.7、83.6、104.5和125.4 kJ/mol时通过IM1、IM2分解的各个通道的分支比率．IM1的主要分解产物是HCl,IM2的主要分解产物是CH2OH．因为IM1比IM2稳定,HCl很可能是反应的主要产物．计算结果能够提供反应机理而且可以对以后的实验提供可能的解释．     

SH（D）和OH（D）自由基基态的结构与势能函数

采用QCISD（T）/ 6-311++G（3df,2pd） 和QCISD/6-311++G（3df,2pd）方法计算优化了SH（D）和OH（D）自由基分子基态X²Π的分子结构和离解能.并采用最小二乘法拟合Murrell-Sorbie 函数得到了相应的势能函数,由此计算的振转常数与实验光谱数据符合得相当好. 关键词： SH和OH自由基分子 X²Π）')" href="#">基态（X²Π） Murrell - Sorbie函数 势能函数     

聚对苯二甲酸丁二醇酯二聚体键离能的理论研究

采用密度泛函理论方法对聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)二聚体的键离能进行了计算.为了选取较为精确的方法来计算PBT各个键的键离能,以与PBT具有相同的酯基官能团的乙酸乙酯为模型参照物.采用M062X, B3P86, M06, PBE0, wB97xD方法分别在基组6-31G(d), 6-311G(d), 6-311+G(d, p), 6-311++G(d, p), cc-pVDZ, cc-pVTZ水平下对乙酸乙酯的键离能进行计算.通过对比计算结果与iBonD数据库的乙酸乙酯实验测定值可知,M062X在基组6-311G(d)水平下计算结果与实验值最为接近.因此,本研究采用M062X方法在基组6-311G(d)水平下对聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)二聚体的键离能进行计算.计算结果表明：在PBT的各键中C-C_arcmatic键的键离能最大,主链上的C-C键离能最小,为370.9 kJ/mol.其次就是C-O键,为404.6 kJ/mol.基于PBT键离能的计算结果,设计了3条PBT二聚体热降解过程可能形成的反应路径,分析了热解产物的形成机理.结果表明PBT二聚体热解过程可...     

甘氨酸与水分子间相互作用的理论研究

在密度泛函(DFT)B3LYP/6_311++G(3d,3p)水平,对中性甘氨酸的最小点结构Ip和H2O分子间可能存在的氢键复合物进行全自由度能量梯度优化,发现了三个氢键极小结构A、C和E,其中结构A为最稳定结构,它是H2O与甘氨酸的羧基(-COOH)形成两个氢键的结构,具有C1对称性.分别采用密度泛函理论(DFT)和MP2方法,在6-311++G(3d,3p)水平,对结构A的结构和结合能进行了比较计算,得到结合能ΔEDFT为-41.88 kJ/mol,ΔEMP2为-40.34 kJ/mol.     

Theoretical study of mechanisms for NCO with CH3 reaction

A detailed computational study has been performed at the QCISD(T)/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-311++G(d,p) level for the NCO with CH₃ reaction by constructing singlet and triplet potential energy surfaces (PES). The results show that the title reaction is more favorable for the singlet PES than the triplet PES. On the singlet PES, the dominant channel is the barrierless addition of the O or N atom to the C atom of the methyl group to form CH₃NCO (IM1) and CH₃OCN (IM2). On the triplet PES, the favorable channel is the barrierless addition of the N atom to the C atom of the methyl group to form an intermediate CH₃NCO (³IM2), which then undergoes a N–C bond scission process to give out CH₃N + CO.     

苯酚-水团簇C_6H_5OH(H_2O)_n(n=1-6)结构与电子性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论,在B3LYP/6-31+G(d, p)基组水平上对苯酚-水团簇C_6H_5OH(H_2O)_n(n=1-6)的可能构型进行全优化,得到了团簇的稳定结构;在B3LYP/6-311++G(d, p)基组水平上计算得到了各团簇构型的总能量和结合能,结果显示,在团簇尺寸较小(n≤5)时,团簇C_6H_5OH(H_2O)_n的最稳定结构为平面的环状结构,团簇尺寸较大(n5)时,团簇C_6H_5OH(H_2O)_n的最稳定结构为三维立体结构.通过对团簇结合能的二阶差分、最高占据轨道与最低空轨道之间的能隙、费米能级和电离能的分析发现,团簇C_6H_5OH(H_2O)_2的最低能量结构具有较高的稳定性,可能具有幻数结构.     

N2HF体系的结构与势能函数

用QCISD/6-311++G方法对N2HF体系进行优化得到其基态的平衡几何结构,属于C∞v构型,(1∑)态.计算表明N2HF分子是一特殊的van der Waals分子.应用多体项展式方法,导出了N2HF分子的解析势能函数,该函数正确的复现了N2HF体系的平衡结构及能量变化.势能面的静态特征表明:N2+HF→N2-HF反应是一个有阈能的反应,即是需活化能的反应,反应过程需克服144.21 kJ/mol的势垒.然后,就N2HF→N2+HF反应机理进行了讨论.     

Theoretical study of the [Si,C, P,O] potential energy surface

The structures, energetics, spectroscopies and stability of the doublet [Si, C, P, O] radical are explored at the density functional theory and ab initio levels. Eighteen isomers connected by 22 interconversion transition states are located at the DFT/B3LYP/6-311G(d) level. The structures of the kinetically stable isomers and the relevant transition states are further optimized at the QCISD/6-311G(d) level followed by CCSD(T)/6-311 + G(2df) single-point energy calculations. At the QCISD/6-311G(d) level, the lowest-lying isomer is the cyclic O-cCSiP 8 (0.0 kcal/mol) with considerable kinetic stability of 22.0 kcal/mol. In addition, two bent isomers OSiCP 1 (7.3 kcal/mol) and SiCPO 3 (34.7 kcal/mol) also possess considerable kinetic stability (more than 10.0 kcal/mol). As a result, three isomers 1, 3 and 8 are predicted to be possible candidates for future experimental and astrophysical detection. The bonding nature of the three isomers is analysed. The calculated results are compared with those of the analogous radical [Si, C, N, O]. Implications in the laboratory and interstellar space are also discussed. The predicted structures and spectroscopic properties are expected to be informative for the identification of [Si, C, P, O] in the laboratory and space.     

DFT study on abstraction reaction mechanism of oh radical with 2‐methoxyphenol

Reaction mechanism of 2‐methoxyphenol (2MP) (guaiacol) with OH radical has been performed using density functional theory methods BH&HLYP and MPW1K method with 6‐311++G(d,p) basis set. Single‐point energy calculations were done using CCSD(T)/6‐311++G(d,p). The theoretical results reveal that the hydrogen abstraction from methoxy group is found to be the dominant reaction channel with an energy barrier of 9.31 kcal/mol. Also, time‐dependent density functional theory calculations have been performed using BH&HLYP/6‐311++G(d,p) level of theory, and the results reveal that the reactions occur in ground state than the excited state. The results of reaction force profile indicate that structural rearrangements are most influential with high percentage than the relaxation process. The calculated theoretical rate constants (12.19 × 10^?11 cm³ molecule^?1 s^?1) are in good agreement with the experimental rate constant. The atmospheric lifetime of 2‐methoxyphenol with respect to OH radicals is 2.27 hours, which implies that OH radical plays an important role in the degradation of 2MP. The Wiberg bond index of the abstraction reaction reveals that the bond order is concerted, partially synchronic. The reactant‐like transition state satisfies Hammond postulate, which eventually results in an exothermic reaction, and the product‐like transition state reveals in endothermic nature.