激发态Ti＋(3d14s2)与丙炔醇气相反应理论研究

用量子化学密度泛函(DFT)方法研究了激发态Ti^＋(3d¹4s²)与丙炔醇(PPA)气相反应的机理. 在B3LYP/DZVP水平上, 优化了反应的两个通道的反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型, 并在MP4/[6-311＋G**(C,H,O)＋Lanl2dz (Ti)]水平上计算了各驻点的单点能量. 为了确证过渡态的真实性, 在B3LYP/DZVP水平上进行了内禀坐标(IRC)计算和频率分析, 获得了二重态反应势能面, 确定了反应机理. 研究结果表明生成产物为[C₃H₃O]^＋和Ti—H的通道是主要反应途径.     

D-苯丙氨酸与Cu＋(1S0, 3d10)气相反应理论研究

用量子化学密度泛函(DFT)方法研究D-苯丙氨酸与一价基态金属阳离子Cu^＋在气相中反应的机理. 在B3LYP/6-31G*水平上, 优化了反应包含的4个反应通道的反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型, 并采用B3LYP/DZVP, B3LYP/[6-311＋G**(C,H,O)＋Lanl2dz(Cu)], B3LYP/6-311＋G**, MP2/6-311＋G** 等方法对各驻点进行了单点能计算. 通过对计算结果的分析, 获得了其单重态反应势能面的一般轮廓、各驻点几何构型优化参数, 明确了其反应机理.     

CH2＝CHCl与O(3P)反应的理论研究

用量子化学密度泛函理论和QCISD (Quadratic configuration interaction calculation)方法, 对O(³P)与CH₂CHCl的反应进行了理论研究. 在UB3LYP/6-311＋＋G(d,p), UB3LYP/6-31＋＋G(3df, 3pd)计算水平上, 优化了反应物、产物、中间体和过渡态的几何构型, 并在UQCISD(T)/6-311＋＋G(2df,2pd)水平上计算了单点能量. 为了确证过渡态的真实性, 在UB3LYP/6-311＋＋G(3df,3pd)水平上进行了内禀坐标(IRC)计算和频率分析, 并确定了反应机理. 研究结果表明, 反应主要产物为CH₂CHO和Cl.     

CH3O与ClO双自由基反应机理的量子化学研究

在QCISD(T)/6-311＋G(d,p)//B3LYP/6-311＋G(3df,3pd)水平上, 对CH₃O与ClO双自由基反应进行了理论研究. 结果表明, 该反应共有三个反应通道, 产物分别为HOCl＋CH₂O, CH₂O₂＋HCl和CH₃Cl＋O₂(¹Δ). 不论从动力学角度, 还是从热力学角度看, 形成产物HOCl＋CH₂O的通道均是最有利的, 因此为主要反应通道, 这与实验观察到的结果是一致的.     

SiH2自由基与HNCO反应机理的理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法研究了SiH₂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QCISD(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. 计算结果表明SiH₂自由基与HNCO的反应有五条反应通道, 其中顺式反应通道SiH₂＋HNCO→IM3→ TS4→IM5→TS5→IM6→SiH₂NH＋CO反应能垒最低, 为主反应通道.     

SiH2自由基与HNCO反应机理的理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法研究了SiH₂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QCISD(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. 计算结果表明SiH₂自由基与HNCO的反应有五条反应通道, 其中顺式反应通道SiH₂＋HNCO→IM3→ TS4→IM5→TS5→IM6→SiH₂NH＋CO反应能垒最低, 为主反应通道.     

RN (R＝CH3, CH3CH2)异构化及脱氢反应的量子拓扑研究

利用量子化学从头算CASSCF方法在6-311＋G (d, p)基组水平上对单线态和三线态RN (R＝CH₃, CH₃CH₂)异构化反应及RN脱氢反应的微观机理进行了理论研究. 在MP2/6-311＋G (d, p)和CCSD/6-311＋G (d, p)水平上进行了单点能校正. 单态和三态势能面的交叉点(ISC)的存在清楚地说明了基态反应物³RN异构化为基态产物¹R'NH (R'＝CH₂, CH₃CH)的过程. 电子密度拓扑分析显示在整个异构化过程中有两种类型的结构过渡态: 单态反应通道为T型过渡态, 三态反应通道为环状过渡态. 单线态RN脱氢反应通道中“原子-分子键”的存在说明两个H原子是以H₂的形式从RN中脱去的.     

气相中Y＋, Zr＋, Nb＋与CO2反应的理论研究

以Y^＋, Zr^＋, Nb^＋与CO₂反应作为第二前过渡金属离子与CO₂反应的范例体系. 采用密度泛函UB3LYP方法, 对于Y, Zr, Nb采用Stuttgart赝势基组, 对于CO₂采用6-311＋G(2d)基组, 计算研究了三种金属离子在基态和激发态时与CO₂气相反应的机理. 结果表明三种金属离子与CO₂反应以高自旋进入反应通道, 在反应过程中发生系间窜越, 以低自旋中间体和最终产物离开反应通道. 用内禀坐标单点垂直激发计算的方法找到了势能面交叉点, 并作了相应的讨论. 因为有金属离子的参与, 使单分子CO₂的强吸热分解反应变为生成CO和MO^＋的放热过程.     

气相中CrO2+活化甲烷C—H键的理论研究

用密度泛函UB3LYP/6-311＋＋G**方法计算研究了气相中CrO₂⁺ (²A₁/⁴A")活化甲烷C—H键的微观机理, 找到了四条反应通道. 对其中涉及的两态反应(TSR)进行了分析, 并对影响反应机理和反应速率的势能面交叉现象(potential energy surfaces crossing)进行了详细讨论, 进而运用Hammond假设和Yoshizawa等的内禀坐标单点垂直激发计算的方法找出了一系列势能面交叉点[crossing points (CPs)], 并作了相应的讨论. 进一步用碎片分子轨道理论[fragment molecular orbital (FMO)]对TS1中的轨道相互作用进行了分析, 解释了CrO₂⁺活化甲烷C—H键的机理.     

气相中Cu＋和Zn＋与SCO反应的理论研究

为更清晰地揭示M^＋与SCO基元反应的机理, 采用密度泛函B3LYP方法, 在6-311＋＋G**基组水平上研究了Cu^＋＋SCO和Zn^＋＋SCO反应体系. 对反应势能面上各驻点的几何构型进行了全优化, 用频率分析方法和内禀反应坐标(IRC)方法对过渡态进行了验证. 在Cu^＋与SCO的反应中, 对影响反应机理和反应速率的势能面交叉现象进行了讨论, 运用Hammond假设和Yoshizawa等的内禀反应坐标垂直激发的计算方法找到了势能面交叉点. 计算结果表明, C—S和C—O键的活化都是通过插入消去机理, 但C—S键的活化在能量上更占优势. 计算确认了标题反应的主通道, 所有的计算结果与实验吻合.     

Theoretical Study on the Mechanism of the Gas-phase Reaction of Sc＋ with Propargyl Alcohol

In order to elucidate the reaction mechanisms of reaction Sc^＋ with propargyl alcohol (PPA), the triplet potential energy surface for the reactions has been theoretically investigated using a DFT method. The geometries for the reactants, intermediates, transition states and products were completely optimized at B3LYP/DZVP level. The single point energy of each stationary point was calculated at MP4/(6-311＋G** for C, H, O and Lanl2dz for Sc^＋) level. All the transition states were verified by the vibrational analysis and the internal reaction coordinate (IRC) calculations. The present results show that the reaction takes an insertion-elimination mechanism both along the O—H and C—O bond activation branches, but the C—O bond activation is much more favorable in energy than the O—H bond activation. All theoretical results not only support the existing conclusions inferred from early experiment, but also complement the pathway and mechanism for this reaction.     

H2CCF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H₂CCF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, 为了获得更精确的能量信息, 还在QCISD(T)/6-311＋＋G(d,p)基组水平上计算了各物质的能量．振动分析结果和IRC分析结果证实了中间体和过渡态的真实性, 计算所得的成键临界点电荷密度的变化也确认了反应过程．对于H₂CCF自由基与HNCO反应, 我们找到了六条可行的反应通道, 结果分析表明通道H₂CCF＋HNCO→IM3→TS5→H₂CCFH＋NCO控制步骤活化能最低, 是该反应的主要通道, 在此反应过程中有稳定的氢键复合物IM3生成, 还表现出氢原子迁移的反应特征．     

全氟烷基磺酸酯C—O键断裂的同面SN2反应

用密度泛函理论研究了CF₃SO₃CF₂CF₃＋F^－的碳氧键断裂反应的机理. 首先, 用DFT方法优化了反应物、中间体、过渡态、产物的平衡构型, 分析了碳氧键断裂反应的势能面变化. 发现在S_N2反应机理中, 除了S—O断裂S_N2反应外, 引起C—O键断裂的同面进攻也是一个可能的反应途径. 理论计算表明, 最终反应的产物是受热力学控制的, S—O键的断裂绝对地优于C—O的断裂. 因此, C—O断裂的同面机理虽然是可能的, 但却难以被实验观察到. 本文还讨论了端基 —F₃在同面S_N2反应中的邻位效应, 以及基组对这个效应的影响.     

C3H2环丙烯基自由基与O(3P)反应机理的理论研究

本文用量子化学密度泛函方法对C3H2 (环丙烯基自由基)与O(3P)反应的机理进行了理论研究。在B3LYP/6-311++G**计算水平上优化了各驻点（过渡态,中间体,产物）的几何结构,在QCISD(T)/6-311++G**水平下计算了各物质的单点能量,在两种水平下计算了298K和600K时的能量。计算结果表明：C3H2 + O(3P) 反应可以生成P1 (C2H +HCO),P2 (C2H2 + CO) 和P3 (HC3O+H)三种产物。生成P1反应通道的能垒最低,即P1为主要产物,与实验的结果一致。产物P1可以通过路径：R→ IM1→ IM2→ P1获得。本文详细地讨论了C3H2 + O(3P) 的反应机理,并从理论上对实验结果进行了验证。研究结果有助于深入理解C3H2 + O(3P)反应机理以及C3H2在大气中的燃烧过程。     

CH3S与HCS双自由基反应的密度泛函理论研究

应用量子化学从头算和密度泛函理论(DFT)对CH₃S与HCS双自由基单重态反应进行了研究. 在MPW1PW91/ 6-311G(d,p)水平上优化了反应通道上各驻点(反应物、中间体、过渡态和产物)的几何构型, 用内禀反应坐标(IRC)计算和频率分析方法对过渡态进行了验证. 在QCISD(t)/6-311＋＋G(d,p)水平上计算各物种的单点能, 并对总能量进行了零点能校正. 研究结果表明, CH₃S与HCS反应为多通道反应, 有4条可能的反应通道, 反应物首先通过S…S弱相互作用形成具有竞争反应机理的五元环硫-硫偶合中间体a和链状硫-硫偶合中间体c, 再由此经过氢迁移、离解、异构化等不同机理得到主要产物P1 (2CH₂S), 次要产物P2 (CH₃SH＋CS), P3 (CH₄＋CS₂)和P4 [CH₂(SH)CSH]. 根据势能面分析, 所有反应均为放热反应, 生成P1的反应热为－165.55 kJ•mol^－1. 通道R→a→TSa/b→b→P1为标题反应的主通道, 其速控步骤a→TSa/b→b在200～2000 K温度区间内的速率常数可以表示为k₁^CVT/SCT＝1.75×10¹⁰T^0.65exp(－907.6/T) s^－1. P3及P4的生成需要越过很高的活化能垒, 是动力学禁阻步骤, 但在反应体系中加入合适催化剂, 改变其反应机理, 有可能使生成CH₂(SH)CSH, CH₄及CS₂的反应易于进行.