2-氯吡啶气相光氯化反应机理的量子化学研究

用量子化学DFT方法在B3LYP/3-21G^*水平下研究了2-氯吡啶气相光氯化取代反应生成2,3-二氯吡啶、2,4-二氯吡啶、2,5-二氯吡啶和2,6-二氯吡啶不同产物的过渡态,并计算了活化能.结果表明,生成2,6-二氯吡啶过渡态的能量最低,所需的活化能也最低,反应优先生成2,6-二氯吡啶.生成2,6-二氯吡啶的IRC结果显示反应过程中C-H键的断裂和C-C l键的生成协同但不同步.过渡态的构型接近于产物,是一个晚期过渡态.C l原子在反应进程中是给电子的,因此,氯自由基与2-氯吡啶反应是亲核取代的SN2机理.     

吡啶气相光氯化反应机理的理论研究──夺氢机理过渡态和IRC解析

氯自由基与吡啶分子发生夺氢反应生成2-氯吡啶、3-氯吡啶和4-氯吡啶等不同产物主要由两个连续的基元反应组成.研究了生成不同氯代产物的每一个基元反应过渡态,计算比较了不同反应路径活化能的高低,结果表明,不同产物以生成2-氯吡啶的活化能最低,生成2-氯吡啶两个连续基元反应的活化能分别为8.33kJ/mol和1.51kJ/mol,反应优先生成2-氯吡啶,并对邻位反应路径进行了键级、净电荷密度和IRC解析.     

吡啶气相光氯化反应理论研究──加成反应机理的过渡态和IRC解析

通过PM3方法研究氯自由基与吡啶分子加成反应的结果表明,生成不同产物2－氯吡啶、3－氯吡啶、4-氯吡啶的每一个反应通道都存在两个过渡态,生成2－氯吡啶反应路径主过渡态的能量及活化能最低,分别为-110293.6和139.2kJ/mol,反应优先生成2－氯吡啶,与实验结果一致.生成2－氰吡啶反应过程(IRC)相关的键长、键级和原子净电荷变化表明,吡啶环反应部位C原子与Cl加成形成C-Cl键主要与共轭双键断裂同步,而C-H键的断裂主要与共轭双键的重新形成同步.反应进程中氯原子净电荷从增加到减少的变化是氯原子诱导效应吸引电子和p－π共轭电荷平均分布等相互作用的结果.     

吡啶气相光氯化反应理论研究：—加成反应机理的过渡态IRC解析

通过PM3方法研究氯自由基与吡啶分子加成反应的结果表明，生成不同产物2－氯吡啶、3－氯吡啶、4－氯吡啶的每一个反应通道存在两个过渡态，生成2－氯吡啶反应路径主过渡态的能量及活化能量低，分别为－110293．6和139.2kJ/mol。反应优生成2－氯吡啶，与实验结果一致，生成2－氯吡啶反应过程（IRC）相关的键长，，键级和原子净电荷变化表明，吡啶环反应部位C原子与Cl加成形成C－Cl键主要与共轭双键断裂同步，而C－H键的断裂主要与共轭双键的重新形成同步，反应进程中氯原子净电荷从增加到减少的变化是氯原子诱导效应吸引电子和p-π共轭电荷平均分布等相互作用的结果。     

H＋CH3NO2→H2＋CH2NO2反应途径和变分速率常数计算研究

采用MP2（FULL）／6－311G**从头算方法，优化了H＋CH3NO2——H2＋CH2NO2反应的过渡态结构，得出该反应的正逆反应的活化位垒分别是82．73和57．14 kJ·mol－1 ．沿IRC分析指出该反应是一个H—H键生成和C—H键断裂的协同反应，而且在反应途径上存在一个引导反应进行的振动模式，这一反应模式引导反应进行的区间在- 0．7～0．2（amu）1/2·a0之间；在 1000～1400 K温度范围内，运用变分过渡态理论（CVT），计算了该反应的速率常数，计算结果与实验相一致．     

CH2O+H→CHO+H2反应途径和变分速率常数计算研究

采用QCISD/6-311G^** 从头算方法,优化了吸氢反应CH2O+H→CHO+H2的反应物、过渡态、产物几何结构,得出该反应的正、逆反应活化位垒分别是35.4kJ/mol和98.8kJ/mol。沿IRC分析指出该反应是一个C—H键断裂和H—H键生成协同进行的反应,而且在反应途径上存在一个引导反应进行的振动模式,这一反应模式引导反应进行的区间在—0.4～0.55(amu)^1/2之间。在300～3200K温度范围内,运用变分过渡态理论(CVT),计算了该反应的速率常数。     

H+CH3NO2H2+CH2NO2反应途径和变分速率常数计算研究

采用MP2(FULL)/6-311G**从头算方法, 优化了H+CH3NO2H2+ CH2NO2反应的过渡态结构, 得出该反应的正逆反应的活化位垒分别是82.73和57.14 kJ*mol-1. 沿IRC分析指出该反应是一个H-H键生成和C-H键断裂的协同反应, 而且在反应途径上存在一个引导反应进行的振动模式, 这一反应模式引导反应进行的区间在-0.7～0.2( amu)1/2*a0之间; 在1 000～1 400 K温度范围内, 运用变分过渡态理论(CVT), 计算了该反应的速率常数, 计算结果与实验相一致.     

环庚烷正离子重排反应的从头算研究

先采用HF方法,基组采用STO-3G,对环庚烷正离子的重排机理进行了初步粗略的从头算研究,较快地找到了反应过程中的部分过渡态。然后再采用MP2/3-21G方法精确计算了整个重排过程中的各个过渡态的几何构型、零点能,同时对反应路径也进行了计算,以作进一步的过渡态验证。得出的结论是:环庚烷正离子的重排是环的缩小过程,在生成甲基环己烷叔正碳离子的过程中,经历了2个过渡态;首先是C(1)C(7)的键长变长、C(1)C6的键长变短,β位H(20)逐渐远离与之相连的C(1),与C(7)形成化学键;然后是与C+相连的H(16)逐渐远离C+,与β位的C(1)形成化学键,产生稳定的甲基环己烷叔正碳离子椅式结构,甲基环己烷叔正碳离子还有可能进一步重排为一个含伯正碳离子的甲基环己烷结构,计算了每一步重排反应所需的活化能。     

CuCl2催化（2-甲基辛烷-2,3-二烯-4-基）磷酸乙酯氯代环化反应机理理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法对CuCl2催化的(2-甲基辛烷-2,3-二烯-4-基)磷酸乙酯氯代环化反应机理进行了理论研究.在6-31+G(d)基组水平上对反应机理中所有反应物、过渡态、中间体和产物进行了优化,通过能量和振动频率分析以及IRC计算证实了中间体和过渡态的合理性.在相同基组水平上应用自然键轨道(NBO)理论和分子中的原子(AIM)理论分析了复合物的成键特征和轨道间相互作用.反应物R和催化剂CuCl2可通过IA和IB两条可行反应通道生成中间体IM9,控制步骤活化能分别是129.61和142.10kJ/mol.中间体IM9到产物P也有两条反应路径PA和PB,控制步骤活化能分别是179.55和9.83kJ/mol.整个反应机理中IA→PB和IB→PB反应通道可能同时发生,反应控制步骤活化能最低反应通道为IA→PB.     

氟氯酰与丙烷反应的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论(DFT), 对氟氯酰(ClF₃O)引发丙烷(C₃H₈)反应生成C₃H₇自由基或丙醇等产物的机理进行了研究. 在B3PW91/6-311＋＋G(d,p)水平上优化了9个不同反应通道上各驻点物(反应物、中间体、过渡态和产物)的几何构型, 并计算了它们的振动频率和零点振动能. 通过零点能校正计算了各反应路径的活化能, 并应用过渡态理论计算了各反应路径常温下的速率常数k. 计算结果表明: ClF₃O与C₃H₈反应可经过不同路径生成HF, C₃H₇自由基和C1F₂O自由基或C₃H₇OH和ClF₃. 其中, 最可几反应路径为ClF₃O分子的中间位F原子进攻丙烷β位H原子的反应, 活化能仅为7.54 kJ/mol, 速率常数为0.153×10⁶ mol^－1•dm³•s^－1.     

氧原子与二硫化碳反应的机理

用从头计算法、内禀反应坐标和电子密度拓扑分析方法研究了3P态氧原子与二硫化碳的反应.找到了分别形成CS SO,S OCS和S2 CO三个反应通道上的极小点和过渡态.采用UHF/631G进行几何构型优化,并在UMP2/631G水平上进行能量校正.三个反应通道上的稳定点和过渡态都经内禀反应坐标(IRC)跟踪得以确认,并用电子密度拓扑分析方法考察了反应过程中化学键的变化.计算结果表明,反应过程中所有稳定点和过渡态都具有Cs对称性,即对每个反应通道而言在整个反应过程中分子始终保持在同一平面内.在三个反应通道中,第一个反应通道O CS2→CS SO由于具有较小的活化能而更容易发生,与实验结果相一致.文中对反应机理进行了较详细的讨论.     

NH2(X^2B1)与C2H4反应机理的从头算研究

用从头算MP2方法,在6-311G^**基组下,对NH2X^2B1)与C2H4的加成和氢迁移反应机理进行了研究,优化得到反应的过渡态,并通过振动分析和内禀反应坐标(IRC)加以证实,计算了两个反应的能垒和1500K～2000K温度范围内的速率常数。结果表明：在1500K～2000K温度范围内加成反应是NH2(XX^2B1)与C2H4的反应的主要通道,同时报道了两个反应沿反应路径变化信息。     

气相中La催化乙烯脱氢及C-C键耦合的理论研究

采用密度泛函理论中的B3LYP方法研究了气相中过渡金属La在二、四重态势能面上催化C2H4的反应机理。全参数优化了二、四重态势能面上各个驻点的几何构型,同时对过渡态进行了频率分析,使用内禀反应坐标（IRC）方法验证了过渡态的准确性,通过AIM理论和NBO分析方法对主要的驻点进行了键分析,并对2IM1、2IM3进行了态密度分析。结果表明：La与C2H4的反应存在两种可能的路径,反应在二重态势能面上进行且均为放热反应。键分析表明初始复合物中La与C2H4分子之间为共价作用。     

Investigation of nitrogen- and sulfur-containing heterocycles. 38. Reactions of 2-mercapto-3-ureidopyridines with halo β-diketones

The reaction of 2-mercapto-3-ureido-6-chloropyridine with chlorodibenzoylmethane in the presence of alkali leads to 2-(benzoylmethylthio)-3-benzamido-6-chloropyridine, whereas the reaction in the absence of alkali leads to 2-chloro-6-phenyl-7-benzoylpyrido[2,3-b] [1,4]thiazine. Under similar conditions 2-(diacetylmethylthio)-3-ureido-6-chloropyridine, 2-(acetylmethylthio)-3-ureido-6-chloropyridine, and 2-chloro-6-methyl-7-acetylpyrido[2,3-b][1,4]thiazine were obtained from 2-mercapto-3-ureido-6-chloropyridine and chloroacetylacetone. Treatment of 2-(diacetylmethylthio)-3-ureido-6-chloropyridine with alcoholic alkali leads to 2-(acetylmethylthio)-3-ureido-6-chloropyridine. 2-Chloro-6-phenyl-7-acetylpyrido-[2,3-b] [1,4]thiazine and 2-(benzoylmethylthio)-3-ureido-6-chloropyridine are formed in the reaction of 2-mercapto-3-ureido-6-chloropyridine with chlorobenzoylacetone in the presence of an equimolar amount of alkali, while 2-(benzoylmethylthio)-3-acetamido-6-chloropyridine is formed when excess alkali is used. See [1] for communication 37. Translated from Khimiya Geterotsiklicheskikh Soedinenii, No. 6, pp. 787–790, June, 1980.     

Unusual mechanism for H3(+) formation from ethane as obtained by femtosecond laser pulse ionization and quantum chemical calculations

The formation of H(3)(+) from saturated hydrocarbon molecules represents a prototype of a complex chemical process, involving the breaking and the making of chemical bonds. We present a combined theoretical and experimental investigation providing for the first time an understanding of the mechanism of H(3)(+) formation at the molecular level. The experimental approach involves femtosecond laser pulse ionization of ethane leading to H(3)(+) ions with kinetic energies on the order of 4 to 6.5 eV. The theoretical approach involves high-level quantum chemical calculation of the complete reaction path. The calculations confirm that the process takes place on the potential energy surface of the ethane dication. A surprising result of the theoretical investigation is, that the transition state of the process can be formally regarded as a H(2) molecule attached to a C(2)H(4)(2+) entity but IRC calculations show that it belongs to the reaction channel yielding C(2)H(3)(+) + H(3)(+). Experimentally measured kinetic energies of the correlated H(3)(+) and C(2)H(3)(+) ions confirm the reaction path suggested by theory.     

FC≡CF→F~2C=C:重排反应的动态学理论研究

本文用从头算方法, 在RHF/3-21G分子轨道从头算法的水平上, 得到了重排反应F-C≡C-F→F~2C=C:的内禀反应坐标(IRC)。沿着IRC, 计算了体系各简正模所对应的频率(ω)以及沿IRC运动与垂直于IRC运动的简正模之间的耦合常数(BK,F); 根据传统过渡态理论、变分过渡态理论及相应的隧道效应校正, 计算了本重排反应的反应速率常数。     

Palladium charcoal-catalyzed Suzuki-Miyaura coupling to obtain arylpyridines and arylquinolines

A phosphine ligand, such as PPh3 or 2-(dicyclohexylphosphino)biphenyl, is essential for the Pd/C-catalyzed Suzuki-Miyaura coupling of halopyridines and haloquinolines, although it has been reported that the reaction of phenyl chlorides can be catalyzed by nonprereduced Pd/C without any additives. In the reactions of bromopyridines, bromoquinolines, 2-chloropyridines, and 2-chloroquinolines, PPh3 was effective enough to provide coupling products in good yields. However, in the reactions of 3-chloropyridine, 4-chloropyridine, and 6-chloroquinoline, sterically hindered 2-(dicyclohexylphosphino)biphenyl was indispensable as a ligand.