过氧仲丁基自由基内氢转移及解离机理的理论计算研究

采用量子化学从头算MP2方法在6-31G(d)基组水平上系统地研究了过氧仲丁基自由基内三个不同碳位上的氢原子向O—O基的端O转移的过渡态结构, 讨论了这些氢转移反应过程中相关化学键的变化, 并在此基础上进一步研究了氢转移产物解离的过渡态结构. 结果表明具有四元环、五元环、六元环结构的三个氢转移过渡态对应的氢转移反应位垒分别是195.86, 176.43, 122.49 kJ•mol－1; 相应的氢转移产物进一步解离的反应位垒分别是3.53, 126.23, 154.2 kJ•mol－1, 对应的最终产物分别为HO自由基和丁酮, HO2自由基和丁烯, HOOCHCH3和乙烯.     

CH3NO2+X(X=H,OH, CH3, CH2[^3B1], O[^3P])→CH2NO2+XH吸氢反应过渡态 结 构和反应位垒的DFT计算研究

采用DFT(B3LYP)方法,分别在6-311g(d,p),6-311++g(d,p)和自洽相关基组cc-pVIZ水平上优化了基态硝基甲烷和自由基H,OH,CH3,CH2[^3B1]以及O[^3P]等发生吸氢反应时的过渡态结构,并计算了反应的位垒。研究表明,对同一反应,不同基组下优化得到的过渡态几何结构基本一致;反应位垒数值的大小也基本接近,经校正,硝基甲烷同自由基反应位垒的理论计算值同实验结果基本吻合。     

抗癌性钌配合物[HL][trans-RuIIICl4L2](L=2-NH2-5-Me-STz)的水解机理

用量子化学密度泛函理论(DFT), 并结合导体极化连续模型(CPCM)研究了具有潜在抗肿瘤活性的“Keppler型”钌配合物trans-[RuIIICl4(2-NH2-5-Me-STz)2](1)的水解反应过程. 首先, 在UB3LYP/(LanL2DZ+6-31G(d))理论水平上对水解反应中各平衡构型在气相条件下的有关结构进行全几何优化及振动频率分析; 然后, 在更高的基组水平LanL2DZ(f)+6-311++G(3df,2dp)上对优化的结构进行单点能计算, 并考虑溶剂效应. 计算得到水解反应过程中相应的结构特征和详细的反应势能面. 对于第一步水解, 液相中配合物1的活化能垒为92.9 kJ·mol-1, 与已经报道的配合物trans-[RuIIICl4(2-NH2-Tz)2](2)的活化能垒(96.3 kJ·mol-1)相接近, 并与实验结果相符. 对于第二步水解, 反应在热力学上优先生成顺式双水解产物, 恰如顺铂的水解反应机理一样, 存在着所谓“顺式效应”, 即生成的顺式水解产物有利于其与生物分子靶标的键合, 因此, 顺式双水解产物在生物反应中有望成为重要的前体药物. 本文研究结果有助于深入理解抗癌性Ru(III)配合物与相关生物靶标的作用机理.     

抗癌性钌配合物[HL][trans-Ru~ⅢCl_4L_2](L=2-NH_2-5-Me-STz)的水解机理

用量子化学密度泛函理论(DFT),并结合导体极化连续模型(CPCM)研究了具有潜在抗肿瘤活性的"Keppier型"钌配合物trans-[Ru~ⅢCl_4(2-NH_2-5-Me-STz)2](1)的水解反应过程.首先,在UB3LYP/(LanL2DZ+6-31G(d))理论水平上对水解反应中各平衡构型在气相条件下的有关结构进行全几何优化及振动频率分析;然后,在更高的基组水平LanL2DZ(f)+6-311HG(3df,2dp)上对优化的结构进行单点能计算,并考虑溶剂效应.计算得到水解反应过程中相应的结构特征和详细的反应势能面.对于第一步水解,液相中配合物1的活化能垒为92.9 kJ·mol~(-1),与已经报道的配合物trans.[Ru~ⅢCl_4(2-NH_2-Tz)_2](2)的活化能垒(96.3 kJ·mol~(-1))相接近,并与实验结果相符.对于第二步水解,反应在热力学上优先生成顺式双水解产物,恰如顺铂的水解反应机理一样,存在着所谓"顺式效应".即生成的顺式水解产物有利于其与生物分子靶标的键合,因此,顺式双水解产物在生物反应中有望成为重要的前体药物.本文研究结果有助于深入理解抗癌性Ru(Ⅲ)配合物与相关生物靶标的作用机理.     

(H)FNO~+异构体的结构及异构化反应的量子化学研究

在CCSD(T)/6-311+G(2d,2p)//B3LYP/6-311+G(2d,2p)水平上对八种(H)FNO+异构体的结构和异构化机理进行了研究.用分子生成密度差结合电子密度拓扑分析方法讨论了FNO质子化过程中的电子转移,结果显示FNO质子化过程中除HFNO+中电荷由N,O原子向H,F原子转移外,其他七种异构体中均是H原子上电荷增加,F原子上电荷减小,说明电子由F向H转移.在八种(H)FNO+异构体中,HFNO+,FNOH-cis,FN(H)O+和FNOH+-trans能量较低,较稳定;异构体间通过H原子迁移、F原子迁移、分子内化学键转动及化学键的相对振动四种过程实现异构化,其中原子迁移过程的反应能垒很高,反应不容易进行.用电子定域函数(ELF)理论讨论了反应过程中化学键的变化.     

HCCO自由基与水分子氢键复合物的从头算研究

在MP2/aug-cc-pvdz水平下,对二体氢键复合物H2O…HCCO(Ⅰ)和HCCO…H2O(Ⅱ)以及三体氢键复合物(H2O)2…HCCO(Ⅲ),H2O…H2O…HCCO(Ⅳ)和H2O…HCCO…H2O(Ⅴ)的几何和相互作用能进行了计算.轨道分析表明Ⅲ中HCCO中的H(1),C(2)通过2个氢键与2个水分子形成了环...     

一种新型Co(Ⅱ)席夫碱配合物的合成及晶体结构

通过使用四臂八齿Schiff配体(H4L)与六水合硝酸钴反应,成功合成了Co(Ⅱ)席夫碱配合物C26H26N3O3Co.3H2O,并使用元素分析、IR光谱及单晶X射线衍射等方法对配合物进行了表征.结构分析表明,配合物中的配体通过3个分枝上的N和O原子与金属离子配位,形成扭曲的八面体几何构型,配体上未参与配位的分枝发生了水解,氨基发生了质子化,且配合物通过分子间氢键的弱相互作用沿晶体学a轴方向排列成1D链状结构.     

H+NH3反应势能面的量子化学研究

本文采用UCCSD(T)/aug-cc-pVTZ方法研究了H NH3反应势能面,获得了夺氢反应和交换反应过渡态的的几何结构和振动频率。夺氢反应的过渡态具有Cs对称性,其能垒为61.92 kJ/mol。交换反应的过渡态具有C3v对称性,其能垒为39.69 kJ/mol。H NH3发生形成Td对称性的反应中间体NH4里德堡自由基。与夺氢反应相比,交换反应具有更低的反应能垒,并且NH4自由基在反应中可形成长寿命的共振态,和夺氢反应形成竞争关系,因此在H NH3反应的量子动力学研究中必须同时考虑这两类反应。本文还采用更大的基组aug-cc-pVQZ和aug-cc-pV5Z研究了势能面对基组的收敛行为。     

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     

丙酮酸和苯甲酰甲酸热分解反应的速率常数

用从头算方法在6-31G的水平上研究了丙酮酸和苯甲酰甲酸热分解反应的机理．反应过程中各驻点都进行MP2相关能校准．计算结果表明：这两个反应都是羟基氢经历五元环过渡态迁移到α-羰基氧上形成氢键中间体;然后氢键中间体直接分解成异构体和二氧化碳;最后异构体经历三元环过渡态异构化成相应的醛．其中氢迁是决速步骤．在MP2／6-31G／／HF／6-31G基础上,对应于这两个反应速控步骤的活化位垒分别是186．0kJ·mol-1和169．3kJ·mol-1．在传统过渡态理论的基础上,计算了这两个反应在一定温度范围内热速率常数,理论的计算结果与实验值有很好的吻合．     

手性含硫恶唑硼烷催化芳酮不对称还原反应的量子化学研究

用HF方法在6-31G^*基组下,对手性含硫恶唑硼烷催化苯乙酮不对称还原反应进行了量子化学从头算研究。还原反应经历了催化剂-硼烷加合物、催化剂-硼烷-酮加合物、催化剂-烷氧基硼烷加合物的生成以及催化剂-烷氧基硼烷加合物的离解过程。催化剂-硼烷加合物、催化剂-硼烷-酮加合物和催化剂-烷氧基硼烷加合物的生成分别为放热、吸热、放热过程;催化剂-烷氧基硼烷加合物离解成催化剂烷氧基硼烷为吸热过程。催化剂-硼烷-酮加合物和催化剂-烷氧基硼烷加合物都存在四种稳定的结构。最有利于氢转移的催化剂-硼烷-酮加合物结构是次低能量结构,并且具有扭曲的船形结构。催化剂-烷氧基硼烷加合物含有一个B-O-B-N四元环,尽管四元环有较大的张力,但加合物仍有较高的稳定性。     

氢键链质子接受能力对质子转移反应影响的理论研究

采用密度泛函B3LYP方法,6-311+g(d,p)基组,对甲酸与质子性溶剂分子形成的HCOOH-S_1-S_2(S_1和S_2分别为H_2O和NHF2)复合物在气相时发生的基态三质子转移反应过程进行了理论研究.4个甲酸复合物HCOOH-H_2O-H_2O,HCOOH-NHF2-NHF2,HCOOH-H_2O-NHF2及HCOOH-NHF2-H_2O中发生的三质子转移反应都是以异步协同质子迁移方式进行的.甲酸复合物中的氢键链组成和连接方式对基态三质子转移反应能垒有显著影响.HCOOH-S_1-S_2复合物中氢键链的质子接受能力可以表示为a×β1+b×β2(a+b=1).当a=0.45,b=0.55时,HCOOH-S_1-S_2中氢键链的质子接受能力和HCOOH-S_1-S_2复合物中的质子转移反应能垒成线性关系.氢键链的质子接收能力越强,反应能垒越低.     

烷基乙二胺-CF_3CO_2型质子化离子液体的分子间氢键作用

利用密度泛函理论M06-2X方法,在6-311G(d,p)水平下,对由N-烷基乙二胺阳离子[HAlkyl]~+(Alkyl=Hex,Oct,Et Hex)与三氟乙酸阴离子[TFA]~-形成的[HHex][TFA],[HOct][TFA]及[HEtHex][TFA]型质子化离子液体(PILs)的离子对进行了理论研究.通过几何优化和分子振动频率分析3种PILs均得到5种较稳定构型[HAlkyl][TFA]S1~S5.结果表明,[HAlkyl]~+与[TFA]~-间发生了质子转移形成了O—H…N型氢键.3种PILs的基组重叠误差校正后的分子间相互作用能(ΔE_(int)~(BSSE))在-449.91~-522.87 kJ/mol范围内.由于分子间形成了较强的O—H…N氢键作用,引起N—H振动频率消失,在2200~2700 cm~(-1)范围内出现了较强的O—H键振动.通过自然键轨道(NBO)及分子中原子(AIM)理论计算,研究了分子间氢键作用的相对强度及其对分子构型稳定性的影响.NBO分析结果表明,其稳定化能主要源自于[HAlkyl]的氨基中孤对电子LP(N)与[TFA]中O—H反键轨道σ*(H—O)间的相互作用,即LP(N)→σ*(H—O).并探讨了阳离子部位[HAlkyl]~+的质子化位置以及烷基链长、支链的引入对[HAlkyl]与[TFA]间氢键作用强度的影响.     

H-ZSM-5分子筛上环己烯芳构化反应历程的理论研究

基于76T簇模型,采用量子力学和分子力学联合的ONIOM2(B3LYP/6-31G(d,p):UFF)方法研究了H-ZSM-5分子筛上环己烯芳构化反应历程.结果表明,环己烯首先吸附在分子筛酸性位上,与酸性质子共同脱除一个H2分子后,在分子筛骨架氧上生成烷氧配合物中间体;然后再脱质子得到环己二烯,同时酸性位复原;再经历脱氢和脱质子历程,最后得到产物苯,并吸附在复原的分子筛酸性位上.计算得到脱氢的活化能依次为279.64和260.21kJ/mol,脱质子的活化能依次为74.64和59.14kJ/mol.所有脱氢反应都是吸热过程,生成表面烷氧活性中间体,随后的脱质子反应能垒较低,而且是放热过程.此外,比较了环己烯在分子筛酸性位上的三个竞争反应,即脱氢、质子化和氢交换反应的活化能垒,证明环己烯优先发生脱氢反应.     

β-羟基丙醛基态与激发态氢迁移反应的从头算研究

本文用从头算RHF和UHF方法在3-21G基组上研究了β-羟基丙醛基态和激发态分解为甲醛和乙烯醇的反应机理。优化得到了各反应途径的过渡态和中间体, 其结果为: 基态β-羟基丙醛经过一个六元环过渡态和一个氢键中间体形成产物, 反应属于氢迁移和断键的协同过程; 激发三态β-羟基丙醛的分解途径首先经过一个氢迁移六元环过渡态形成双自由基中间体, 然后该中间体的分解包括两条相互竞争的途径, 它们各自经过一个断碳碳键的过渡态和一个氢键激-基态配合物中间体而形成两类产物, 一类为甲醛的基态和乙烯醇的激发态, 另一类为甲醛的激发态和乙烯醇的基态。激发态反应的两条通道均属于先氢迁移后断键分解的分步过程, 且反应的第二步为速控步骤。计算结果表明, 激发态反应活化位垒都比基态的低。     

烷基咪唑型卤盐类离子液体的合成机理研究

用密度泛函理论考察了甲基咪唑和一系列的卤代烷烃(氯乙烷,氯丁烷,溴乙烷,溴丁烷)反应合成咪唑类离子液体的反应机理. 在B3LYP/6-31++G**//B3LYP/6-31G*基组水平上找到了两条反应路径：路径A(反应物→TS1→P1)和路径B(反应物→TS2→P2). 在路径A中, 卤素离子和咪唑环C2上的氢质子形成氢键；在路径B中, 卤素离子和咪唑环C5上的氢质子形成氢键. 计算发现, 氢键的形成在反应中起到了非常重要的作用, 特别是咪唑环C2上的氢质子在和卤素离子成氢键后形成了一个五员环结构的过渡态, 该过渡态能量较低. 经过渡态TS1的反应途径其活化能要低于经过渡态TS2的反应途径, 反应路径A为主要的反应通道. 计算结果表明, 经过渡态TS1的反应途径是一放热过程, 这和实验观察现象一致.     

苯并-15-冠-5取代的有机硅化合物的合成及其性能

我们提出了一条合成含有苯并-15-冠-5取代基的某些有机硅冠醚化合物的简易路线。通过Wittig反应合成的4'-乙烯基苯并-15-冠-5,经过双键上的硅氢加成反应,得到几种新型含有冠醚基团的有机硅烷或氯硅烷。后者可以进一步烷氧基化或者水解成冠醚取代的聚有机硅氧烷。此外,还测定了它们对碱金属离子的络合容量和作为相转移催化剂的能力。     

反应控制相转移催化剂催化丙烯环氧化反应的影响因素

 以H2O2为氧化剂,以磷酸氢盐或磷酸二氢盐为添加剂,研究了反应控制相转移催化剂(磷钨杂多酸季铵盐)催化丙烯环氧化的反应性能. 结果表明,当体系中不存在添加剂时,产物环氧丙烷的水解情况严重; 加入适量的添加剂可有效抑制环氧丙烷的水解. 作为抑制环氧丙烷水解的添加剂,磷酸氢盐比磷酸二氢盐具有更优异的性能,且磷酸氢钾比磷酸氢钠效果更佳. 在没有丙烯的情况下,随着温度的升高,环氧丙烷水解反应加剧; 在相同的温度下,环氧丙烷浓度越低,其水解率越高; 当环氧丙烷浓度较低时,催化剂的存在促进其水解,但在较高的浓度下,催化剂的存在则可抑制其水解. 随着温度的升高, H2O2分解反应加剧,当温度超过60 ℃时,分解速度显著加快. 催化剂在油/水二相中的分配实验结果表明,在H2O2存在的情况下,于50 ℃达到平衡时, 85.0%以上的催化剂被转移至有机相.     

聚丙烯酰胺修饰Fe_3O_4磁性纳米粒子的制备与表征

首先通过化学处理在Fe3O4磁性纳米粒子表面引入Si—H键,然后通过选择性的硅氢加成反应制备了一个端基带溴的磁性引发剂,并利用原子转移自由基聚合(ATRP)技术,在该磁性引发剂表面接枝了聚丙烯酰胺高分子,该聚丙烯酰胺高分子展现出分子量高度可控性和窄的分子量分布.经聚丙烯酰胺修饰后Fe3O4磁性纳米粒子的比饱和磁化强度为58.5 emu.g-1,与未修饰纳米Fe3O4相比下降约20%.     

抗癌性钌配合物[HL][trans-RuⅢCl4L2](L=4H-1，2，4-triazole)水解机理的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法,并结合导体极化连续模型(CPCM)研究了具有抗肿瘤活性的"Keppler型"钌配合物[Htrz][trans-RuⅢCl4(4H-1,2,4-triazole)2](1)的水解反应过程。首先,在B1B95/(LanL2DZ+6-31G(d))理论水平上对水解反应中各平衡构型在气相条件下的有关结构进行全几何优化及振动频率分析。然后,在更高的基组水平LanL2DZ(f)+6-311++G(3df,2dp)上对优化的结构进行单点能计算,并考虑溶剂效应。计算得到水解反应过程中相应的结构特征和详细的反应势能面。对于第一步水解,水溶液中配合物1的活化能垒为116.6 kJ.mol-1,比已经报道的配合物[ImH][trans-RuⅢCl4(Im)2](ICR)的活化能垒高得多,进一步证实了降低含氮杂环中N原子碱性,可增强配合物在水溶液中的稳定性的水解规律。对于第二步水解,如同已经研究的多数"Keppler型"抗肿瘤钌配合物一样,反应在热力学上优先生成顺式双水解产物。