气体分子对甲烷水合物稳定性的影响

通过B3LYP方法, 在6-31G(d,p)水平下, 分别优化了结构I型甲烷水合物十二面体和十四面体晶穴结构. 结果表明, CH4分子使晶穴的相互作用能降低, 增强了晶穴的稳定性. 计算了晶穴中甲烷分子C—H键的对称伸缩振动频率, 计算结果与实验值相符合. 研究发现CH4分子影响晶穴中氧原子的电荷分布, 从而增强了氢键的稳定性. 通过分子动力学方法研究水合物晶胞中气体分子的占有率对水合物稳定性的影响, 进一步说明气体分子对水合物晶穴稳定性的重要作用.     

甲烷水合物导热机理的分子动力学模拟

甲烷水合物导热系数是甲烷水合物勘探、开采、储运以及其他应用过程中一个十分重要的物理参数.我们采用平衡分子动力学（EMD）方法Green-Kubo理论计算温度203.15～263.15K、压力范围3～100MPa、晶穴占有率为0～1的sI甲烷水合物的导热系数,采用的水分子模型包括TIP4P、TIP4P-Ew、TIP4P-FQ、TIP4P/2005、TIP4P/Ice.研究了主客体分子、外界温压条件等对甲烷水合物导热性能的影响.研究结果显示甲烷水合物的低导热性能由主体分子构建的sI笼型结构决定,而客体分子进入笼型结构后,使得笼型结构导热性能增强,同时进入笼型结构的客体分子越多,甲烷水合物导热性能越强.研究结果还显示在高温区域（T〉TDebye/3）内不同温度作用下,所有sI水合物具有相似的导热规律.压力对导热系数有一定影响,尤其是在较高压力条件下,压力越高,导热系数越大.而在不同温度和不同压力作用过程中,密度的改变对导热系数的增大或减小几乎没有影响.     

甲烷水合物分解及自保护效应的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法, 在温度T = 240, 260, 280和300 K的条件下模拟了Ⅰ型甲烷水合物晶体的分解过程. 研究发现,水合物分解后将在相界面上形成一层“准液膜”,准液膜中水分子的结构性质、空间取向和动力学性质均出现由“似晶”到“似液”的渐变过程. 在水合物分解过程中, 准液膜的存在对水分子和甲烷分子的扩散形成传质阻力. 由于甲烷分子必须穿过准液膜才能进入气相, 准液膜的传质阻力抑制了甲烷分子向气相的扩散过程, 致使水合物的分解速率随之降低, 从而产生自保护效应. 当温度低于水的冰点时, 准液膜中水分子的“似晶”程度较高, 准液膜的传质阻力较大, 自保护效应较明显. 当温度高于水的冰点时, 准液膜中水分子的“似液”程度较高, 准液膜的传质阻力显著下降, 水合物的自保护效应明显减弱.     

水合物CH4-CO2置换的双重机理:空位辅助与竞争

过去的CO2置换甲烷水合物的微观机理研究,主要集中在客体分子(CH4、CO2)之间的交换、占据状态,孤立地研究分解过程或生成过程,忽视主体-客体之间的作用、主体分子(H2O)的空位辅助和客体分子的多重竞争通道。本文基于水合物分解的过冷水及其水空位辅助,以及水合物生成的串滴链及其客体分子竞争的研究,进一步评论水合物CH4-CO2置换的双重机理。然后,对微观机理的动态性和未来研究的相关问题进行讨论。通过综述和评论,文章得出以下初步结果:过冷水通过水空位推动客体分子的跳跃、扩散,实现置换过程的自组装;CO2分子在分解前沿形成一个有序结构的CO2串滴链,其动态性伴随水的组织到获取包合物笼的结构,以及非晶形包合物转变成晶形包合物的生长过程;CO2和CH4在中晶穴中必然产生竞争,并且存在多种竞争类型;成核过程中,不稳定簇导致竞争结构,且有多重竞争通道。最后,结果表明水合物的CH4-CO2置换机理具有双重性,即主体分子的空位辅助和客体分子的竞争,是分解过程和生成过程的自然统一。     

热力学抑制剂作用下甲烷水合物分解过程的分子动力学模拟

采用正则系综(NVT)分子动力学方法模拟研究277.0 K、11.45 mol·L-1的热力学抑制剂乙二醇(EG)溶液作用下甲烷水合物分解微观过程. 模拟显示甲烷水合物的分解从甲烷水合物固体表面开始, 逐渐向内部推移, 固态水合物在分解过程中逐渐缩小, 直至消失. 固态水合物的分解从晶格扭曲变形开始, 之后笼形框架结构破裂, 最后形成笼形结构碎片. 同时已经分解的甲烷水合物在外层形成水膜, 包裹里层正在分解的甲烷水合物, 增大里层甲烷水合物分解传质阻力.     

多孔介质中甲烷水合物的分解特性

利用定容降压方法测定了在不同多孔介质中甲烷水合物的分解实验数据, 所使用的多孔介质平均孔径分别为9.03, 12.95, 17.96和33.20 nm, 其中孔径为12.95 nm的多孔介质采用了3个粒径范围, 分别为0.105～0.150, 0.150～0.200和0.300～0.450 mm; 其它孔径的多孔介质的粒径范围为0.105～0.150 mm. 在封闭的条件下测定了不同温度与不同初始生成压力下甲烷水合物的分解实验数据(实验温度范围为269.15～278.15 K, 初始生成压力范围为4.1～11.0 MPa), 结果表明, 水合物的分解速度随着初始生成压力的增加和水浴温度的降低而升高, 也随孔径的增加而升高, 但随多孔介质粒径的增大而降低. 在孔径较大和分解温度较低时, 多孔介质中水合物分解引起的温度降低会使水结冰, 从而减缓水合物的分解速度.     

过氧化氢水溶液作用下甲烷水合物分解特性的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法研究过氧化氢水(HP)溶液作用下结构I型(SI)甲烷水合物晶体分解特性. 系统分析甲烷水合物在过氧化氢水溶液作用下由晶态向液态转变过程的机理, 对比相同摩尔浓度乙二醇(EG)溶液作用下甲烷水合物分解变化规律, 得出HP与水合物热力学抑制剂EG一样对甲烷水合物分解具有促进作用, 为HP溶液促进甲烷水合物分解实验研究提供参考.     

不同浓度聚乙烯醇对甲烷水合物分解作用的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,模拟了273.15K下聚乙烯醇(PVA)对甲烷水合物的分解作用.研究发现,PVA浓度为2.7wt%时,水分子始终在其平衡位置附近波动,扩散系数仅为1.04×10-11m2/s;PVA浓度为5.2wt%时,水合物笼型结构坍塌,水分子以液态水的形式存在,甲烷分子从孔穴中逸出,聚乙烯醇的羟基在分子内部形成氢键,形成团簇,产生空间位阻,阻止了水分子再生成水合物,水分子的扩散系数1.61×10-9m2/s;PVA浓度为7.6wt%时,甲烷水合物周围有部分笼型结构被破坏,部分甲烷分子从孔穴中逸出,水分子扩散系数为3.55×10-10m2/s.得出聚乙烯醇对甲烷水合物的分解作用大小为:5.2wt%7.6wt%2.7wt%,为PVA溶液促进甲烷水合物分解实验研究提供参考.     

聚乙烯唑啉作用下甲烷水合物分解的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟系统研究了不同质量浓度下(1.25%、2.50%、6.06%)聚乙烯唑啉(PEtO)对甲烷水合物的分解作用. 模拟体系为甲烷水合物2′2′2的超胞和聚合物对接体系. 模拟发现水分子间氢键构架的水合物笼型结构在PEtO的作用下出现扭曲, 最终导致水合物笼型结构完全坍塌. 通过氧原子径向分布函数、均方位移以及扩散系数比较不同浓度PEtO的作用, 证实在一定浓度范围内, PEtO的浓度越高, 其水合物分解作用越强. 此外, PEtO 具有一定的可生物降解性. PEtO 对水合物的作用为: PEtO 吸附在水合物表面, 其中的酰胺基(N―C＝O)与成笼的水分子形成氢键, 破坏邻近的笼形结构, 令水合物分解; PEtO不断分解表面的水合物, 直到水合物笼完全分解.     

水分子对α相CL-20热分解机理影响的分子动力学研究

研究六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)晶体不同晶型在不同温度下的反应机理, 对于深入认识含能材料在极端条件下的冲击起爆、冲击点火和爆轰过程等具有重要意义. 基于反应力场, 研究水分子在纯α相CL-20及其水合物的晶体结构中数量随时间的变换, 分析水分子对两种体系的初始分解和第二阶段的分解路径的影响. 计算结果表明: CL-20 分子的初始分解路径与水分子无关, 第二阶段的分解反应与水分子有关. 在低温(T<1500 K)下, 水分子对两种体系没有影响, 二者的初始分解路径均为N-NO₂键生成NO₂自由基; 在1500 K≤T≤2500 K时, 水分子作为反应物或与NO₂、、OH自由基等组成催化体系, 生成O₂、H₂O₂等产物, 加速水合物体系在高温下的第二阶段反应, 使得高温下水合物体系的化学反应速率和反应生成的NO₂自由基的数量比纯CL-20体系的化学反应速率和反应生成的NO₂自由基的数量大; 在T>2500 K时, 水分子的催化反应抑制CL-20初始分解反应, 使得在3000 K时纯CL-20体系的反应速率大于水合物体系中CL-20的反应速率.     

α-Amino acid derived enaminones and their application in the synthesis of N-protected methyl 5-substituted-4-hydroxypyrrole-3-carboxylates and other heterocycles

A new and simple synthesis of novel N-protected methyl 5-substituted-4-hydroxypyrrole-3-carboxylates, which exist in equilibrium with their 4-oxo tautomers, has been developed in two steps starting from N-protected α-amino acids. The key intermediates are enaminones, which can also be isolated, characterized, and used for the construction of other functionalized heterocycles, before they spontaneously decompose to pyrrole products. 4-Hydroxypyrroles are prone to partial aerial oxidation but can be efficiently alkylated or reduced to stable polysubstituted pyrrolidine derivatives.     

Specific intramolecular aromatic CH insertion of diazosulfonamides

The chemoselectivity in the intramolecular CH insertion of various diazosulfonamides has been experimentally studied. The results reveal that the aliphatic 1,4-, 1,5-, or 1,6-C(sp³)?H insertions of diazosulfonamides are not accessible, while the aromatic 1,5-C(sp²)?H insertion can be realized specifically by adjusting the diazo-adjacent group. In addition, the general chemoselectivities in the intramolecular CH insertions of diazosulfonyl compounds are summarized. Generally, diazosulfones undergo both aromatic 1,5-C(sp²)?H and aliphatic 1,5- and 1,6-C(sp³)?H insertions, while diazosulfonates undergo aliphatic 1,5- and 1,6-C(sp³)?H insertions. However, diazosulfonamides only undergo aromatic 1,5-C(sp²)?H insertion.     

N-Heterocyclic carbene-palladacyclic complexes: synthesis,characterization and their applications in the C-N coupling and α-arylation of ketones using aryl chlorides

N-Heterocyclic carbene-palladacyclic complexes 3 were successfully achieved in a one-pot procedure under mild conditions. The structure of 3a was unambiguously confirmed by X-ray single crystal diffraction and it was an active catalyst in the Buchwald-Hartwig amination and α-arylation of ketones even at very low catalyst loadings (0.01?mol%).     

Iodine-mediated oxidative Pictet-Spengler reaction using terminal alkyne as the 2-oxoaldehyde surrogate for the synthesis of 1-aroyl-β-carbolines and fused-nitrogen heterocycles

An efficient iodine-mediated oxidative Pictet-Spengler reaction in dimethyl sulphoxide (DMSO) using terminal alkynes as the 2-oxoaldehyde surrogate for the synthesis of aryl (9H-pyrido[3,4-b]indol-1-yl)methanones is described. The scope of the protocol includes the total synthesis of Fascaplysin, Eudistomins Y₁ and Y₂. The methodology is extended for preparing pyrrolo[1,2-a]-quinoxaline and indolo[1,5-a]quinoxaline derivatives. The utility of 1-aroyl-β-carbolines was demonstrated by performing palladium-catalyzed β-carboline directed ortho-C(sp2)-H functionalization of the phenyl ring with thiomethyl (SMe) group using DMSO as source and for accessing 4-aryl-canthin-6-ones.     

Facile synthesis of bicyclic 1-arylpyrazol-5-ones

In this Letter, we described a facile method for constructing fused bicyclic 1-arylpyrazol-5-one ring system. We employed various methylene-containing carboxylic acids as the substrates and proved that the pyrazolone ring closure requires activated methylene group in intermediate II. Accordingly, a series of structurally diversified, fused bicyclic 1-arylpyrazol-5-ones was prepared in moderate to high yields using the requisite substrates.     

A carbanion induced synthesis of highly congested pyrazole and imidazole containing heterocycles

An efficient approach to the synthesis of highly congested di, penta and hexacyclic pyrazoles as well as imidazole fragment containing novel heterocyclic molecule has been developed through a carbanion induced transformation of suitably functionalized 2H-pyran-2-ones, benzo[h]chromene and thiochromeno[4,3-b]pyrans. Due to the presence of fluorescence, we report their prime application metal sensor as off/on switching in ferric ions.     

Synthesis of pyrrolo[1,2-a]pyrazines and pyrazino[1,2-a]indoles by Curtius reaction in Morita-Baylis-Hillman derivatives

Synthesis of substituted pyrrolo[1,2-a]pyrazines and pyrazino[1,2-a]indoles from the Morita-Baylis-Hillman derivatives of acrylates via saponification followed by Curtius reaction is described.     

正丁胺对激光染料荧光谱影响的研究

用正丁胺作为碳源,采用射频辉光放电制备碳膜,选用激光染料R6G和聚乙二醇混合液作为蒸气源,采用单源热蒸发,在蒸发室与染料同时沉积得到混合膜,用拉曼光谱和红外光谱分析了碳膜的结构和键合方式,分析表明:碳膜中存在胺基团和氢原子.混合膜的荧光谱测量结果表明,认为正丁胺对染料荧光谱的影响是因为胺基和氢原子的存在.     

Selective synthesis of 4,5-dihydroimidazo- and imidazo[1,5-a]quinoxalines via modified Pictet–Spengler reaction

An efficient tandem approach for the selective synthesis of 4,5-dihydroimidazo[1,5-a]quinoxalines 6a–g and imidazo[1,5-a]quinoxalines 7a–h by the reaction of 2-imidazolyl anilines 4a–c with aryl aldehydes 5a–k under mild reaction conditions is described. Introduction of electron releasing alkyl groups in substrates 4a–b was found to be instrumental for the success of the reaction.     

Understanding the Diels-Alder reactivity of 1,2-azaborine analogues

The Diels-Alder reactivity of 1,2-heteroborines (H₄C₄B(H)X, X?=?NH, PH, AsH; O, S, Se) has been computationally explored by means of Density Functional Theory (DFT) calculations. The influence of the HB?=?X fragment on the reactivity of the system has been quantitatively analyzed in detail by means of the so-called Activation Strain Model (ASM) of reactivity. It is found that the interaction between these species and the dienophile is significantly stronger than that computed for their all-carbon isoelectronic counterpart, benzene. In addition, the strain energy plays a key role in the observed reactivity trends. The role of the aromaticity strength of these heteroarenes on the reactivity is also assessed.