羰基钴催化烯烃醛化反应中氢活化作用的理论研究——Ⅰ.氢在RCOCo(CO)3上的氧化加成反应

本文运用ASED-MO理论计算了羰基钴催化烯烃醛化反应中氢的氧化加成反应(CH_3COCo(CO)_3+H_2→CH_3COCo(H)_2(CO)_3)的反应物, 产物构型和反应过程的能量变化。得到了反应物、产物的稳定构型。由计算结果, 提出了两种可能的反应途径, 并分别获得了两种途径的位能面图。由此求出反应的活化能和反应热并根据计算结果对反应过程进行了讨论。     

氮原子与卤代甲烷反应的直接氢抽提过程研究

利用B3LYP理论研究了N(~4S)+CH_3X(X = H, F, Cl)反应体系的直接氢抽提过 程,分别得到了各反应物、产物和过渡态的优化构型和谐振频率。同时应用了6- 31G(d), 6-311+G(d,p)和6-311+ + G(2d,2p)基组,考察其大小对反应体系中各物 种构型及能量的影响。理论计算表明,随着基组的增加,反应势垒逐渐降低,反应 吸热减少。对比取代甲烷的情形,结果表明反应过程中卤素原子具有典型的诱导效 应,降低了抽提势垒。     

β-丙醇酸内酯气相热分解反应的过渡态——从头计算法研究

本文用量子化学从头计算法研究了β-丙醇酸内酯热分解反应的机理。对均相热分解的两种可能方式进行了自洽场分子轨道法研究(3-21G基组):C_2H_4+CO_2(1)←CH_2—C—O—CH_2→(2)CH_2=C=O+H_2CO反应物、产物和过渡态的几何构型分别用能量梯度法进行了优化, 并对能量做了二级微扰能(MP2)的校正。用这种方法得出反应(1)的活化势垒为166.0 kJ mol~(-1), 反应(2)的话化势垒为302.0 kJ mol~(-1)。计算结果表明: 在一般温度下, 热分解反应主要以反应(1)的机理进行。这个结论与动力学的实验结果是一致的。     

F原子与瞬态自由基CH_2SH反应的理论研究

用量子化学从头算和密度泛函理论（DFT）对F原子与自由基CH_2SH在势能面上 的反应进行了研究。在B3LYP/6-311G水平上计算出了各物种的优化构型、振动频率 和零点振动能(ZPVE);各物种的总能量由B3LYP/6-311 + G(2df, pd)//B3LYP/6- 311G计算,另外对反应物和产物还计算了其G3能量。结果表明：首先F通过与C或S 结合的两种途径与CH_2SH相配位,再通过H（4）原子转移形成甲基,然后甲基再旋 转,甲基中H（4）原子最终与F结合,反应产物为HF和CH_2S。反应为放热反应,分 别为ΔH_r = -370.7 kJ/mol (DFT)和-396.94 kJ/mol (G3)。此外依据计算出的反 应热,可得自由基·CH_2SH的生成热Δ_fH°_(298.15) = 146.44 kJ/mol (DFT), 而Δ_fH°_0 = 167.36 kJ/mol (G3)。它们与以前的实验和理论值是一致的。     

Ab initio方法研究CH~3+OClO反应的可能通道

利用abinitio方法研究了CH~3+OClO反应的三个可能通道,首次应用UMP2(full)/6-31G(d,p)方法得到各反应物、产物、中间物及过渡态的优化构型和谐振频率;然后采用G2MP2理论计算各通道反应焓变和势垒高度。理论计算表明产物通道CH~2O+HOCl是最可能发生的途径,反应放热为443.80kJ·mol^-^1。可能的反应过程为：CH~3和OClO自由基先经无垒过程生成了一个富能中间物,继而通过较低的势垒解离成HOCl+H~2CO。     

C_2h_3自由基与O_2反应机理的量子化学研究

用量子化学从头计算中UMP2(full)方法优化了C_2H_3自由基与O_2反应通道上 驻点（反应物、中间体、过渡态和产物）的几何构型，在Gaussian-3(G3)水平上计 算了它们的能量。在此基础上计算了该反应通道上各基元反应的反应活化能。通过 我们的研究发现，C_2H_3自由基与氧气反应存在着三元环、四元环和五元环反应机 理，且分别生成不同的产物，从反应活化能的计算结果扯CH_2O和CHO是反应的主要 产物，其次还可能生成CH_3 + CO_2, CH_2CO_2 + H, C_2H_2 + O_2H和COHCOH + H等产物，且它们生成几率逐渐减少，我们对生成产物CH_2O + CHO, CH_3 + CO_2, C_2H_2 + O_2H和COHCOH + H四条反应通道化学反应热的计算结果与实验吻 合较好。     

氢转移反应HNCO+CH_x(x=1～3)的MP2和QCISD计算研究

在UMP2（FULL）/6-311（d,p）计算水平上,计算并讨论了碳氢自由基(CH_x) 和异氰酸（HNCO）发生氢转移反应位能面上驻点的结构和分子结构变化,并依据 UMP2的优化构型,进一步采用UQCISD（T）方法对反应途径上的驻点进行了单点能 量计算。研究指出,HNCO同CH_2,CH_3自由基反应时,氢转长期过程在分子间以新 的C-H键生成和旧的N-H键的断裂的协同方式进行,反应途径上均存在弱的氢键超分 子复合物;而HNCO和CH分子之间发生的氢转移反应机理是在反应剖面的反应物一边 生成一个较稳定的分子复合物HNJ（CH）CO,而后,在生成物一边又生成一个既有 热力学又有动力学稳定的复合物H_2CNCO。     

亲电加成取代合成杂核三金属羰基含硫原子簇及四核簇反应中间体

甲基环戊二烯基三羰基氯化钼(η~3-C_5H_4CH_3)Mo(CO)_3Cl与面桥硫羰基铁钴原子簇HFe_2(CO)_9(μ_3-S)在回流的THF溶液中发生亲电加成取代反应,获得了(η~5-C_5H_4CH_3)MoFeCo(CO)_8(μ_3-S)和(η~5-C_5H_4CH_3)_2Mo_2Fe(CO)_7(μ_3-S)杂核金属原子簇。在室温条件下,甲基环戊二烯基二羰基氯化铁(η~5-C_5H_4CH_3)Fe(CO)_2Cl与HFe_2Co(CO)_9(μ_3-S)发生亲电加成反应,获得了(η~5-C_5H_4CH_3)Fe_3CO(CO)_11(μ_4-S),可认为是上述亲电加成取代反应中间体的证据。报道了它们的合成、结构和表征的结果,并对反应机理进行了推定。     

铑碘催化剂催化甲醇羰基化反应的IRC解析

在HF/LANL2DZ水平上, 采用能量梯度法, 研究了铑碘催化剂催化甲醇羰基化反应循环中各基元反应的反应物、中间体、过渡态、产物的几何结构, 并计算了它们势能面的变化. 通过对各基元反应过渡态的IRC解析, 证实了所得各类几何结构是甲醇羰基化铑碘催化循环反应途径上的驻点, 完整给出了循环反应过程中分子沿极小能量途径在各基元反应过程中的构型变化, 并提出了中间体构型转换在循环反应过程中的作用. 通过结构分析, 提出了顺式和反式催化循环反应两种途径之间除催化活性物顺反异构关联外, 还可以通过中间体构型转换关联, 其活化能为49.79 kJ/mol, 并且在还原消除基元反应步骤有既非顺式也非反式的情况, 证明该循环反应可能经历多个途径实现, 但无论何种途径, 碘甲烷氧化加成基元反应是整个循环反应过程的速控步骤.     

·C2H3+O2→HC·O+H2CO 的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论研究了@C2H3+O2→HC@O+H2CO的反应机理.在DFT(B3LYP/6-31G*)水平上对反应过程中所有反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型进行优化,通过频率振动分析确认中间体和过渡态.计算IRC反应路径的能量,分析了中间体的异构化过程和各主要原子的自旋密度.     

STUDY ON KINETICS OF THE PHASE-TRANSFER CARBONYLATION OF BENZYL CHLORIDE CATALYZED BY DICOBALT-OCTACARBONYL

Reaction kinetics of CO_2(CO)_8-catalyzed carbonylation of benzyl chloride was studied in a liquid-liquid two-phase system(water/p-xylene). The disappearance rate of benzyl chloride is found to fit a pseudo first order kinetics law when the carbon monoxide pressure is kept constant. The observed rate constant is directly proportional to the amount of Co_2(CO)_8, PhCH_2N~+(CH_3)_3Cl~- and NaOH. It is shown that the rate-limiting step is the cleavage of the acylcobalt carbonyl [PhCH_2COCo(CO)_4] by PhCH_2N~+(CH_3)_3OH~- at the liquid-liquid interface. According to the experimental kinetic results, the reaction mechanism is suggested and the reaction rate equation is derived.     

~1CH_2 N_2O反应的势能面

利用密度泛函理论（B3LYP）计算了~1CH_2＋N_2O反应的反应物、中间体、过渡态及产物的几何构型.进而用从头算方法（QCISD（T））计算了单点能量.由此描绘了反应的势能面,确定了反应的最终产物通道为N_2＋H_2CO和NO＋HCN＋H.后者比前者有更大的分支比.N_2、H_2CO、NO、HCN的存在有待于实验检测.作者认为,反应在室温下是加成-消除机理,而在高温下可以通过直接取代的机理获得N_2＋H_2CO.     

CH_3自由基和O（~3P）反应机理的量子化学研究

用分子轨道从头计算MP2（full）方法和密度泛函理论（DFT）中的B3LYP方法 研究了CH_3自由基和三线态O原子反应的微观机理，优化得到了反应途径上的反应 物、过渡态、中间体和产物的几何构型，通过振动分析对过渡态和中间体构型进行 了确认，在G3不平上计算了能量，同时用经典过渡态理论对该反应的绝对速率常数 进行了理论计算。研究结果表明：CH_3自由基与O（~3P）反应有四条不同的放热反 应通道，主反应通道为IM1→TS1→CH_2O + H，同时反应可彻底裂解生成CO, H_2 及H。     

吡啶甲酸铑阳离子催化甲醇羰基化反应机理的理论计算

采用有效核近似从头算方法,在HF/LANL2DZ水平下用Berny优化法,对吡啶甲酸铑阳离子催化剂催化甲醇羰基化反应中各基元反应的中间体、过渡态和产物的几何结构进行了优化,过渡态结构通过振动分析进行了确认;计算了各反应的活化位垒.CH_3OH与CO在吡啶甲酸铑阳离子催化剂的作用下反应分4步进行:(1)CH3I氧化加成反应;(2)羰基重排反应:(3)羰基配位反应;(4)CH_3COI还原消除反应.对于各基元反应,CH3I氧化加成反应位垒最高(167.78kJ/mol),是整个反应过程的决速步骤;羰基重排反应和CH_3COI还原消除反应的活化位垒分别为110.67和62.94 kJ/mol,羰基配位反应的位垒为零.与[Rh(CO)_2I_2]-催化剂相比,吡啶甲酸铑阳离子催化剂具有相同的催化机理,但后者催化剂上各步反应的位垒较低.     

CH_2X(X=H,FCI)与臭氧反应机理的最子化学研究

用量化学UMP2方法，在6-311++G**基组水平上研究了CH_2X(X=H,FCI)与臭氧反 应机理，全参数优化了反应过程中反应物、中间体、过渡态和产物的内何构型，在 UQCISD（T）/6-311++G**水平上计算了它们的能量，并对它们进行了振动分析，以 确定中间体和过渡态的直实性。从CH_2X(X=H,FCI)与O_3的反应机理的研究结果看 ，它们与O_3反应的活性都比较强，相对而言，活性大小顺序为CH_2F＞CH_3＞ CH_2CI，也就是说，CH_2F自由基与臭氧间的反应活性最强，对大气臭氧的损耗将 是最大的。同时研究还发现CH_2X(X=H,FCI)系列自由基与O_3的反应都是强放热反 应。     

CH_2X(X=H,FCI)与臭氧反应机理的最子化学研究

用量化学UMP2方法，在6-311++G**基组水平上研究了CH_2X(X=H,FCI)与臭氧反 应机理，全参数优化了反应过程中反应物、中间体、过渡态和产物的内何构型，在 UQCISD（T）/6-311++G**水平上计算了它们的能量，并对它们进行了振动分析，以 确定中间体和过渡态的直实性。从CH_2X(X=H,FCI)与O_3的反应机理的研究结果看 ，它们与O_3反应的活性都比较强，相对而言，活性大小顺序为CH_2F＞CH_3＞ CH_2CI，也就是说，CH_2F自由基与臭氧间的反应活性最强，对大气臭氧的损耗将 是最大的。同时研究还发现CH_2X(X=H,FCI)系列自由基与O_3的反应都是强放热反 应。     

六核钴羰基簇的P(OC_2H_5)_3取代衍生物的合成、表征与结构

用P(OC_2H_5)_3与母体簇Co_6(μ_6-P)(μ-SCH_2CH_2CH_2S)(μ- PSCH_2CH_2CH_2S)(CO)_(12)进行取代反应得到一个二取代产物Co_6(μ_6-P)(μ- SCH_2CH_2CH_2S)(μ-PSCH_2CH_2CH_2S)(μ-CO)(CO)_9[P(OC_2H_5)_2]_2（I）, 同时还得到了两个一取代产物Co_6(μ_6-P)(μ-SCH_2CH_2CH_2S)(μ- PSCH_2CH_2CH_2S)(CO)_(11)[P(OC_2H_5)_3]（II a和II b,II b是II a的一个同 分异构体,其谱学数据与II a不同）。对合成的三个簇合物进行了元素分析、IR、 ~1H NMR、~(31)P NMR和MS谱学表征,对I做了X射线单晶衍射测定,其晶体属于单 斜晶系,P2_1/n空间群,晶胞参数：a = 1.1170(2) nm,b = 2.3554(5) nm,c = 1.7977(4) nm,β = 99.50(3)°,V = 4.6649(17) nm~3,Z = 4,D_c = 1.763 g/cm~3,F(000) = 2488,μ = 24.64 cm~(-1)。X射线晶体结构分析表明,取代 位置发生在簇合物顶端的两个钴原子上。晶体结构用直接法解出,经用全矩阵最小 二乘法对原子参数进行修正,最后的偏离因子为R_1 = 0.0497,wR_2 = 0.1386。     

Os_3(CO)_(12)及其膦取代衍生物氧原子转移反应动力学与机理研究

报道了(CH_3)_3NO存在条件下Os_3(CO)_(12)和Os_3(CO)_11L(L=PPh_3,P(n-Bu)_3,AsPh_3)分别在CH_2Cl_2-C_2H_5OH和CH_2Cl_2溶剂中职代羰基反应的动力学数据。结果表明,反应遵循单项缔合速度定律,与外来配体L的浓度无关。定量地研究了溶剂中乙醇的浓度对反应速度的影响,并讨论了反应机理、过渡态和中间体可能的结构及取代配体的影响。     

某些电荷转移反应中线性反应坐标确定的反应途径的非唯一性

在电子转移半经典模型的基础上,对氟代苯并菲组成的盘状液晶体系的电荷转移反应进行了研究,其反应动力学参数在量子化学B3LYP/6-31G(d,p)水平进行计算.研究中发现在反应物和产物的构型确定后,用线性反应坐标构造的反应途径和过渡态的构型不是唯一的.其原因是反应物和产物确定后,其独立内坐标的选择并不是唯一的.因此在计算电荷转移速率常数时必须考虑到多个过渡态构型才能得到定性正确的结果.     

Rh_4(CO)_(12)和[Rh(CO)_2Cl]_2催化1—己烯氢甲酰化反应研究

研究了Rh_4(CO)_(12)和[Rh(CO)_2Cl]_2两种铑原子簇合物在1—已烯氢甲酰化反应中的催化性能和反应前后催化剂溶液的红外光谱变化。结果表明,按加入的Rh_4(CO)_(12)和[Rh(CO)_2Cl]_2的分子数计算,前者的催化活性比后者高出一倍多;若按铑原子数计算,则二者活性较接近。红外光谱测定说明,Rh_4(CO)_(12)的簇结构反应前后无显著变化。然而,[Rh(CO)_2Cl]_2参与反应后却变成了以Rh_4(CO)_(12)为主的簇合物。反应过程中两种催化剂母体可能解离成类似的单核铑催化活性物种,反应之后,在常温常压下又聚合为簇合物。