直接合成三烷氧基硅烷铜系催化剂的研究现状

三烷氧基硅烷(HSi(OR)3)既含有可水解的Si-OR键,又具有活泼的Si-H键.其中,Si-OR键通过水解缩合可转化成聚硅氧烷,与格氏试剂反应可生成烷氧基硅烷;Si-H键在铂系催化剂作用下,可与一系列含不饱和基的化合物发生氢硅化加成反应,得到各种碳官能硅烷、硅氧烷及硅基改性有机聚合物[1     

理论研究H原子与SiHF3的抽提反应

对H和SiHF₃的反应进行了详细的理论研究. 用从头算(UMP2)方法研究了其机理, 结果表明抽提氢是惟一可行的反应通道, 抽提氟的通道由于具有较高的势垒而难以进行. 用变分过渡态理论加小曲率隧道效应对该反应进行了动力学研究, 得到200~3000 K温度范围内的速-温关系式为: k(T) = (9.74×10^-22)T ^{3.22exp(-856/T).}     

氯化反应合成聚甲基氯硅烷的研究

以四氯化碳为氯化剂。利用聚甲基硅烷(PMS)Si-H键的反应活性。在室温条件下即可通过氯化反应制备PCMS。研究发现。随着反应时间的增长。硅氢反应程度增大,所得PCMS的氯含量相应增大。但分子量分布变化不大。PCMS仍保持其离域结构;同时。PMS分子的支化程度越高,氯化反应的速度越快。PCMS的结构以^1H-NMR和^29Si CP MAS-NMR等手段予以表征和确认。初步讨论认为反应属于自由基反应,四氯化碳对Si-H具有较高的选择性。     

基于液态聚碳硅烷的聚铝碳硅烷的合成与表征

采用液态聚碳硅烷与乙酰丙酮铝在常压下反应合成了具有不同铝含量的聚铝碳硅烷(PACS), 由于不需要循环回流过程, 因此该方法简单方便, 安全性高. 在与合成聚铝碳硅烷相同的条件下, 对单纯的液态聚碳硅烷原料进行保温处理, 所得产物的分析表征结果显示, 该原料在反应条件下基本保持稳定, 不会自聚或者裂解. 不同铝含量的聚铝碳硅烷的元素分析结果表明, 随着乙酰丙酮铝加入量的增加, 聚铝碳硅烷中的铝含量增加, 同时氧含量增加, 氢含量减少, 且乙酰丙酮铝中的铝元素几乎全部引入到液态聚碳硅烷中. GPC分析结果显示, 随着铝含量的增大, PACS的数均分子量增大, 分子量分布变宽. 红外光谱和核磁共振波谱分析结果表明, 液态聚碳硅烷与乙酰丙酮铝的反应主要以消耗Si-H键的方式进行, 铝元素以AlO₄, AlO₅和AlO₆ 3种配位形式存在, 同时形成Si-O-Al交联键, 使得聚铝碳硅烷的分子量增大, 分子量分布变宽.     

Fe+与CH3X（X=Cl,Br,I）反应的理论研究

铁及其复合物催化的C—X键功能化日益引起人们的重视.采用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/def2-SVP水平下详细研究了Fe+与CH3X(X=Cl,Br,I)的反应活性和机理.计算结果表明标题反应存在两种反应机制,即插入机制和SN2机制.从机理上来看,在插入机理中,反应都始于Fe+离子从侧面进攻CH3X,生成产物FeX+和CH3;而在SN2机制中,反应则始于Fe+离子从背后进攻CH3X,生成产物3FeCH+和X.从我们的计算可以看出,四重态或六重态下的Fe+离子在C—X键活化中展现了截然不同的催化活性;在所有通道中,都以四重态为主导;SN2机制中相对较高的决速能垒使其丧失了竞争性.再者,计算表明在所有的插入机制中,所有通道都是放热的,而在SN2机制中,仅有X=I时,反应是放热的.此外,计算表明这些反应属于两态反应活性,两种机制中,在反应的入口和出口存在最小能量交叉点.此外,反应途径电子结构追踪分析表明自旋极化对能量影响较大,调控着反应采取的反应通道和主副产物比例.通过本文的理论研究,尤其是详细的电子结构分析,为铁催化剂活化C—X键和C—C耦联反应提供了线索和以铁为基的催化剂设计提供理论依据.     

C4H（2Σ+）+H2反应机理的直接动力学研究

贫氢分子CnH是燃烧火焰、行星大气中的重要的中间体.这些分子与其它一些分子或自由基的反应在星际化学中起着非常重要的作用.虽然这些分子的电子结构和光谱性质已经进行了广泛的研究,但是研究这些反应的机理和动力学性质也是亟需的.因此,我们采用直接动力学方法对线性分子丁二炔自由基C4H(CCCCH)夺氢气(H2)分子中HAT的反应的微观机理和动力学性质进行了理论研究.本研究分别在BB1K/6-311+G(2d,2p),B3LYP/6-311+G(2d,2p)和M06-2x/6-311+G(2d,2p)水平上优化得到了各稳定点的结构及振动频率.为了得到更为可靠的反应能量和势能面信息,在BB1K/6-311+G(2d,2p)优化结构的基础上用CCSD(T)/aug-cc-pVTZ水平进行了单点能量校正.对于此反应研究了两条不同的氢吸附通道,C4H(C1C2C3C4H)中的C1和C4分别吸氢,即通道1(R1)和通道2(R2).计算得出:通道1和通道2的能垒分别为3.58 kcal/mol和26.56 kcal/mol,结果表明C4H中C1端吸氢是主要通道.反应过程中的电子转移可以为理解氢原子转移(HAT)提供重要的线索,因此,我们利用NBO对反应过程中的电子转移行为进行了详细的分析.本工作运用经典过渡态理论(VTST)与变分过渡态理论(CVT)和变分过渡态理论结合小曲率隧道效应校正(CVT/SCT)的方法计算了该反应在40～1000 K温度区间的速率常数.除对于最低频率的配分函数采用了阻尼内转动近似外,其它频率都采用谐振子模型处理.计算得到的总的CVT/SCT反应速率常数与已有的实验值符合得很好.我们还提供了40～1000K温度范围内的三参数Arrhenius表达式.这些公式有利于今后在较宽的温度范围内迄今没有实验数据的反应的研究.     

CH2CO＋CH2的多通道反应的理论研究

利用密度泛函(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(AIM)方法, 对单重态和三重态CH₂与CH₂CO反应的微观机理进行了研究. 在B3LYP/6-311＋G(d,p)水平上优化了反应通道各驻点的几何构型. 在CCSD(T)/6-311＋G(d,p)水平上计算了各物种的单点能量, 并对总能量进行了校正. 计算表明, 单重态CH₂与CH₂CO的C—H键可发生插入反应, 与C＝C、C＝O可发生加成反应, 存在三条反应通道, 产物为CO和C₂H₄, 从能量变化和反应速控步骤能垒两方面考虑, 反应II更容易发生. 对反应通道中的关键点进行了自然键轨道及电子密度拓扑分析. 三重态CH₂与CH₂CO的反应存在三条反应通道, 一条是与C-H键的插入反应, 另一条是三重态CH₂与C＝C发生加成反应, 产物为CO和三重态C₂H₄, 通道II势垒较低, 更容易发生. 最后一条涉及双自由基的反应活化能最大, 最难发生.     

CH_4与NO_2反应的微观机理及动力学性质的理论研究

采用量子化学计算方法,研究了CH_4+NO_2反应直接氢抽提反应通道的机理和速率常数.该反应有3条反应通道分别生成CH_3+HNO_2,CH_3+trans-HONO和CH_3+cis-HONO.计算结果表明采用变分过渡态理论加小曲率隧道效应校正计算得到反应速率常数和已有的实验值很吻合.在整个研究温度区间,O原子提取H原子生成CH_3+cis-HONO是反应的主要通道.     

CH3F与C2H3反应机理的理论研究

采用密度泛函B3LYP/6-311G(d,p)方法对CH3F与C2H3的反应体系进行了理论研究,获得了反应的势能面信息及可能的微观机理.在QCISD(T)/6-311++G(d,p)水平上精确计算了各反应物种的单点能.结果表明,除抽提氢反应外,标题反应还存在抽提氟(R1)、消氟化氢(R2)、消氢(R3)和自由基形成(R4)四类反应.在QCISD(T)/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-311G(d,p)水平上,R1,R2,R3和R4反应的能垒分别是163.9,152.2,209.8和224.2kJ·mol-1,相应反应能为-56.6,-164.3,-2.7和-156.0kJ·mol-1,所有反应均放热,为热力学允许的反应.     

亚烷基锗烯与环氧乙烷及环硫乙烷抽提氧和硫反应的量子化学研究

用量子化学密度泛函理论(DFT)的B3LYP和从头算MP2方法在6-311G(d, p)水平上对亚烷基锗烯与环氧乙烷的氧转移及环硫乙烷的硫转移的反应机理进行了系统的研究, 计算了势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量; 并用CCSD(T)/6-311G(d)方法进行了单点能校正. 结果表明, 亚烷基锗烯与环氧乙烷和环硫乙烷抽提氧和硫的反应存在顺反两种反应方式, 分别生成锗杂烯酮(P1)、硫代锗杂烯酮(P4)以及锗杂环氧乙酮(P2)、锗杂环硫乙酮(P5), 环状产物P2和P5能继续与环氧乙烷或环硫乙烷反应, 进一步生成更稳定的产物甲醛(P3-1)、一氧化锗(P3-2)及锗烯的二硫化物(P6), 且反式反应是主要的反应通道. 同时还研究了该反应中环氧乙烷C—O键和环硫乙烷C—S键的解离过程, 并与亚烷基卡宾和环氧乙烷及环硫乙烷的抽提反应进行了比较.     

CF3CH2CF2CH3（HFC-365mfc）与Cl原子反应的微观机理及动力学性质

采用密度泛函理论方法 M06-2X结合6-31+G(d,p)基组研究了CF3CH2CF2CH3与Cl原子反应的反应机理.计算获得了CF3CH2CF2CH3的两种可区分的稳定几何构象RC1和RC2以及与它们相对应的8条氢提取反应通道和2条取代反应通道.运用改进的正则变分过渡态理论(ICVT)并结合小曲率隧道效应校正(SCT),在M06-2X/6-31+G(d,p)水平上计算了各氢提取通道的速率常数,并由Boltzmann配分函数得到总包反应的速率常数kT(cm3.molecule-1.s-1).计算结果表明,体系的总反应速率常数与已有实验值相吻合,进而给出了该反应在200～1000 K温度区间内反应速率常数kT的三参数表达式kT=1.88×10-22T3.76.exp(-1780.69/T),并讨论了两种构象RC1和RC2对总反应的贡献及各构象中氢提取发生在—CH3或—CH2—基团上的位置选择性.此外,由于缺少相关反应物及产物自由基标准生成焓ΔHf,298 K的数据,利用等化学键法估算了在上述物种的标准生成焓.     

亚烷基锗烯与环氧乙烷及环硫乙烷抽提氧和硫反应的量子化学研究

用量子化学密度泛函理论(DFT)的B3LYP和从头算MP2方法在6-311G(d, p)水平上对亚烷基锗烯与环氧乙烷的氧转移及环硫乙烷的硫转移的反应机理进行了系统的研究, 计算了势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量; 并用CCSD(T)/6-311G(d)方法进行了单点能校正. 结果表明, 亚烷基锗烯与环氧乙烷和环硫乙烷抽提氧和硫的反应存在顺反两种反应方式, 分别生成锗杂烯酮(P1)、硫代锗杂烯酮(P4)以及锗杂环氧乙酮(P2)、锗杂环硫乙酮(P5), 环状产物P2和P5能继续与环氧乙烷或环硫乙烷反应, 进一步生成更稳定的产物甲醛(P3-1)、一氧化锗(P3-2)及锗烯的二硫化物(P6), 且反式反应是主要的反应通道. 同时还研究了该反应中环氧乙烷C—O键和环硫乙烷C—S键的解离过程, 并与亚烷基卡宾和环氧乙烷及环硫乙烷的抽提反应进行了比较.     

二氯卡宾与甲醇及甲硫醇插入与氢抽提反应的量子化学计算

利用密度泛函和自然键轨道理论及电子密度拓扑分析方法，对单、三重态CCl2与CH3MH（M=O，S）中C—H和M—H键的插入反应及抽提氢反应进行了研究．在B3LYP／6-311G（d，p）水平上优化了势能面上构型，并以频率分析和内禀反应坐标法进行了确认．计算了各物种的CCSD（T）／6-211G（d，p）能量．结果表明，主反应通道主要发生在单重态势能面中，单重态CCl2既可以与C-H及M—H键发生插入反应，存在四条主反应通道，分别生成P1[CH3OCHCl2，反应Ⅰ（1）]，P3[Cl2HCCH2OH，反应Ⅰ（2）]和PS[CH3SCHCl2，反应Ⅱ（1）]，P7[Cl2HCCH2SH，反应Ⅱ（2）]，也可以与CH3MH发生抽提氢反应，分别生成P4[CH2O＋CH2Cl2，反应Ⅰ（3）]和P8[CH2S＋CH2Cl2，反应Ⅱ（3）]．同时，存在三重态CCl2与CH3SH插入生成^3P4[CH3SCHCl＋Cl]的反应通道．进一步对反应通道上的关键点进行了自然键轨道和电子密度拓扑分析．     

Fe2+活化CH3X（X=H,Cl）中C—H,C—Cl键的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)详尽地研究了Fe2+与CH3X(X=H,Cl)的反应机理.结果表明在所有通道中,反应4的H提取能垒最低(Ga=0.23 kcal/mol),氧化插入机制和SN2取代机制没有竞争性.详尽的电子结构分析表明由于金属3d与底物的σ*C—X可以最好的重叠,从而Fe2+从前端进攻C—X键有利于反应.该研究揭示了其微观本质,为Fe2+活化C—X键等相关研究提供理论线索和依据.     

1,1′-双(乙硫基)二茂铁铂、铑配合物的合成及其对烯烃硅氢加成反应的催化性能

研究了1,1'-双(乙硫基)二茂铁铂、铑配合物在烯烃与三烷氧基硅烷的硅氢加成反应中的催化性能。结果表明,该催化剂在70～120℃时具有良好的活性。提出并讨论了铂、铑催化烯烃硅氢化反应的可能机理。     

BF3活化高锰酸氧化丙烯酸反应机理的 密度泛函研究

用量子化学密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法对高锰酸根离子与丙烯酸的环加成反应机理进行了系统研究, 全参数优化了反应势能面上各驻点的几何构型、振动频率和能量. 计算结果表明: 反应有两个竞争通道, 即[2+3]反应通道和[2+2]反应通道, 其中[2+3]通道比[2+2]通道的反应势垒降低了183.89 kJ/mol, 并通过在高锰酸根的氧原子上配位一个或两个BF3分子来研究BF3分子对反应体系的活化效应, 结合两个BF3分子使得[2+3]通道的反应势垒降低为23.97 kJ/mol, 则有利于反应按该通道进行, 然而[2+2]通道的反应势垒仍较高(>195 kJ/mol).这进一步表明该反应体系中加入一定量BF3能提高高锰酸氧化烯烃双键的化学活性.     

铜催化对C-C不饱和键铜氢化引发的多米诺反应

总结了由铜催化的对C-C不饱和键铜氢化反应引发的多米诺反应,反应过程包括铜氢活性物种的产生、对C-C不饱和键的加成及铜氢物种的再生,其中的C-C不饱和键来源于α,β-不饱和酮、α,β-不饱和羧酸酯、芳基烯烃、脂族族烯烃以及炔烃.反应中氢硅烷作为氢负离子源,铜氢化反应产生的中间体随后对极性不饱和键如羰基和亚胺进行加成反应或对饱和键进行取代反应,最终生成两个或多个化学键.反应不需要对中间产物进行纯化,也不需要改变操作条件,方法简洁高效,在有机合成中有重要的应用价值.     

CH3S与HO2气相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CH3S自由基与HO2自由基的微观反应机理, 全参数优化了反应势能面上各驻点的几何构型, 振动分析和内禀反应坐标(IRC)分析结果证实了中间体和过渡态的真实性, 计算所得的键鞍点电荷密度的变化情况也确认了反应过程. 找到了五条可能的反应通道, 对结果的分析表明: 单线态反应通道(5) CH3S＋HO2→CH3SOOH (1P), 是所有通道中的主要反应通道. 该通道不需要克服过渡态能垒, 属于放热反应, 在动力学和热力学上都是最为有利的. 对于三线态反应通道来说, 通道(1)CH3S＋HO2→COM11→TS1→COM12→CH3SH＋O2 (3P)为主要反应通道, 控制步骤的活化能为53.5 kJ/mol, 能垒最低, 属于放热反应, 在动力学和热力学上都是有利的.     

Rh(PPh3)3Cl/有机融盐催化烯烃硅氢加成反应

研究了Rh(PPh₃)₃Cl/二烷基咪唑六氟磷酸盐或烷基吡啶六氟磷酸盐催化三乙基氢硅烷与烯烃的硅氢加成反应. 实验结果表明, 二烷基咪唑六氟磷酸盐或烷基吡啶六氟磷酸盐的存在既有利于提高加成反应的转化率和β加成物的选择性, 又有利于反应结束后产物与催化剂的分离. C₁₆PyPF₆作为催化剂的载体, Rh(PPh₃)₃Cl催化苯乙烯与三乙基氢硅烷加成反应的转化率为95.7%, β加成物的选择性为87.8%, α加成物的选择性为0.001%, 脱氢加成产物的选择性为9.2%. 同时, 此催化剂重复使用7次以后仍具有较高的活性.     

Ni2P/SiO2 和Ni/SiO2 催化剂甘油氢解反应性能比较:催化剂活性及产物选择性影响因素的探讨（英文）

采用浸渍法及程序升温还原法制备了Ni2P/SiO2和Ni/SiO2催化剂,利用N2吸附-脱附、X射线衍射、X射线荧光、CO化学吸附、氢气程序升温脱附及氨气程序升温脱附等手段对催化剂进行了表征并用于甘油氢解反应.结果表明,Ni2P/SiO2和Ni/SiO2具有相近的表面Ni密度,但前者表面酸中心和表面氢物种(包括吸附氢和溢流氢)密度明显更高,且在甘油氢解反应中的活性也更高,这与其酸性中心与金属中心之间的协同作用有关.Ni2P/SiO2催化剂上主要产物为1,2-丙二醇及1-丙醇,而Ni/SiO2催化剂上主要产物为1,2-丙二醇、乙二醇和乙醇.提高反应温度和H2压力不能促进Ni2P/SiO2上乙醇和乙二醇的生成,但促进了1,2-丙二醇进一步氢解转化为1-丙醇.由此可见,Ni2P/SiO2具有较强的C-O键断裂活性及较弱的C-C键断裂活性,这可能分别与其较多酸性中心和电子及几何结构性质密切相关.