吩噻嗪、N-甲基吩噻嗪及其自由基正离子的结构和电子光谱的理论研究

用INDO系列方法对吩噻嗪、N-甲基吩噻嗪及其自由基正离子进行了几何构型优化,中性分子为蝶状折叠形,自由基正离子为平面构型.以优化构型为基础,计算了上述四种分子、离子的电荷密度、自旋密度、键序和电子光谱,对光谱进行理论指认的同时,讨论了从中性分子到离子谱带红移的原因.所有理论计算值均与实验值一致.     

戊烯自由基阳离子的密度泛函理论研究

使用密度泛函理论B3LYP方法和6-31G(d,p)、6-31＋G(d,p)、6-311G(d,p)及6-311＋G(d,p)基组，分别对2-C5H10＋和1-C5H10＋的各种构象进行了几何构型优化，并用B3LYP/6-311G(d,p)进行了频率分析计算.计算预言1-C5H10＋具有非平面构型，与以往报导的从头算计算结论相反.在两个自由基阳离子的各种构象的B3LYP几何构型上，进行了B3LYP和UMP2(full)方法的超精细偶合常数计算，得到了比以往更好的结果.     

表面偶联甲基自由基实现低温高效甲烷氧化偶联

天然气作为一种低碳清洁能源,其储量大,价格低,被认为是最有前途的石油替代资源之一.而以天然气的主要成分——甲烷为原料来生产高价值化学品被认为是石化工业中实现天然气取代石油为原料新化工路线的技术基础,具有极为可观的社会经济价值.目前甲烷的化学利用主要采用间接转化法,即先从甲烷制合成气,再由合成气制备各种化工原料和油品.但该路线流程复杂,能耗大,生产成本高及投资大,具有明显的局限性,这促使着人们不断探索能量效率更高的甲烷直接转化技术.甲烷氧化偶联(OCM)是最重要的甲烷直接转化技术之一.自1982首次报道以来,人们开发了1000多种OCM催化剂,涉及元素超过68种,但C₂烃类(乙烷和乙烯)的收率普遍低于30%,尚未实现工业化.传统研究认为,OCM反应遵循“多相-均相”催化反应机理,甲烷在催化剂表面活化产生甲基自由基后,在气相中进行偶联生成乙烷和乙烯等产物.由于高温下甲基自由基很容易脱附到气相,传统的OCM催化剂一般只在甲基自由基的产生这一步发挥作用.而随后在气相中发生的甲基自由基均相反应并不受催化剂控制,在热力学驱动下,会倾向于深度氧化生成CO2等副产物,因此OCM反应中C₂的收率上限为25%–28%.理论上来说,只有当催化剂能够在甲基自由基偶联这一步发挥作用时,C₂物种的收率才可能打破上限,但目前尚未有催化剂实现甲基自由基可控表面偶联.本文提出并证实5wt%Na₂WO₄/SiO₂(5NaWSi)具有催化甲基自由基表面偶联的能力.在低温下,5NaWSi本身对于OCM没有催化活性,但是它的加入能够显著提高La₂O₃催化剂的C₂选择性,进而提高C₂收率,使其在570℃的低温下即可达到10.9%的C₂收率.在La₂O₃和5NaWSi之间加入一层甲基自由基淬灭剂——石英砂,这种提升作用随即消失,表明甲基自由基在5NaWSi上的表面偶联可能是C₂选择性和收率提升的主要原因.本文进一步采用同步辐射光电离质谱技术原位检测了反应过程中的自由基中间体,结果发现,La₂O₃表面产生的甲基自由基确实可以在5NaWSi表面进行偶联,进而提高C₂的选择性和收率.通过对5NaWSi的组成和结构进行分析,发现5NaWSi中的Na₂WO₄纳米团簇可能是甲基自由基偶联的活性位点,该位点不仅具有很强的甲基自由基吸附能力,为甲基自由基表面偶联提供机会,同时不会深度氧化C₂物种,有效地提高了C₂选择性.以此为基础建立理论模型,我们通过DFT计算对甲基自由基在5NaWSi表面的偶联机制进行了研究.结果表明,5NaWSi对甲基自由基具有很强的吸附能力,而吸附后的甲基自由基更倾向于偶联生成C₂产物,而不是β-H消除生成HCHO等副产物,表明5NaWSi确实是很好的甲基自由基表面偶联催化剂.甲基自由基表面偶联的证实为OCM催化剂的开发开辟了新方向.从双功能催化剂设计的角度出发,将OCM反应分解成甲烷活化和甲基自由基偶联这两个部分,并分别针对这两个部分来筛选和优化催化剂,将有望突破C₂收率上限,进而推进OCM的工业化进程.     

褪色光度法测定芬顿体系中产生的羟自由基

建立了检测Fenton反应产生羟自由基的新方法。在pH3．5条件下，经自由基与甲基紫发生反应使甲基紫褪色，在580nm处用分光光度计测定其△A值的变化，可间接测定羟自由基的生成量。通过对测定条件的研究，得到最佳实验条件。甲基紫光度法稳定性好，可作为一种简便的筛选羟自由基清除剂的方法。     

吩噻嗪、N-甲基吩噻嗪及其自由基正离子的结构和电子光谱的理论研究

用INDO系列方法对吩噻嗪、N-甲基吩噻嗪及其自由基正离子进行了几何构型优化, 中性分子为蝶状折叠形, 自由基正离子为平面构型。以优化构型为基础,计算了上述四种分子、离子的电荷密度、自旋密度、键序和电子光谱, 对光谱进行理论指认的同时, 讨论了从中性分子到离子谱带红移的原因。所有理论计算值均与实验值一致。     

自由基共聚合中单体Q-e活性参数预测

Q-e方程在解释自由基共聚合中单体的活性时相当有效.为得到可靠的Q,e活性参数结构-性能定量关系(QSPR)模型,采用密度泛函理论(DFT)UB3LYP方法在6-31G(d)基组水平上对60种结构为CH3C1H2—C2HR3·自由基(C1H2=C2HR3+CH3·→CH3C1H2—C2HR3·)进行了计算.两组包含原子电荷及前线分子轨道能级的量子化学参数分别用来建立Q,e活性参数的人工神经网络(ANN)模型.通过试差法调整网络参数得到最佳ANN模型,两者均为3-5-1结构.参数Q,e预测值与实验值接近,测试集相关系数分别为0.990(rms=0.269)和0.943(rms=0.331).而且Q,e模型的外部验证系数qe2xt分别为0.980和0.873,这结果显示两模型具有好的推广预测能力.因此本工作介绍的ANN模型是精确而可靠的;从自由基CH3C1H2—C2HR3·结构获得参数预测Q及e值是可行的.     

ZH3,ZH+4及ZH4X(Z=N,P,As,Sb,Bi,X=F,Cl,Br,I)的结构与电子性质质

采用MP2/def2-TZVP理论方法考察了ZH3,ZH+4及ZH4X(Z=N,P,As,Sb,Bi,X=F, Cl, Br, I)的结构与电子性质。结果表明,随着氮族元素原子序数的递增,其氢化物(ZH3)中心原子杂化轨道中s成分减小,p成分逐渐增大,杂化轨道偏离平面的程度依次增大,导致NH3空间构型的最为“平面”,而BiH3最为“锥形”。尽管阳离子ZH+4由ZH3中Z的一个不等性sp3杂化轨道提供孤对电子与H+形成,但ZH+4中4个Z-H键等价,Z总体呈现等性sp3杂化。ZH4X均为C3v对称的四面体结构,ZH3与HX之间的作用驱动力来源于离子型的氢键(H3Z…H*-X)而非ZH+4与X－阴阳离子对(ZH+4X－)间的静电作用,H3Z…H*-X内的电子转移主要发生在轨道LP1(Z)与σ*(H*-X)之间。     

2-亚甲基-1,3-二氧己烷衍生物的合成及自由基开环聚合

本文报道了四种2-亚甲基-1,3-二氧己烷类单体:4-甲基-2-亚甲基-1,3-二氧己烷(Ⅱ)、4,6-二甲基-2-亚甲基-1,3-二氧己烷(Ⅳ)、5,5-二甲基-2-亚甲基-1,3-二氧己烷(Ⅵ)和5,5-二乙基-2-亚甲基-1,3-二氧己烷(V Ⅲ)的合成以及自由基开环聚合。结果表明,上述单体在聚合过程中出现异构化开环现象。Ⅲ和Ⅳ的甲基位置在环上氧原子的α-碳原子上时,显示对异构化反应的影响比Ⅵ及Ⅷ的甲基和乙基在β-碳原子上时更显著。上述现象与异构化开环形成仲碳自由基中间体的倾向更大有关。 Ⅳ在苯溶液中及过氧化二叔丁基存在下,120℃反应,得到全部是聚-δ-戊内酯骨架结构的聚合物。提出了一种合成聚-δ-戊内酯类链结构的聚酯的新的途径和方法。     

硅甲基氮烯异构化反应途径的量子拓扑研究

根据文献报道的硅甲基氮烯 (H3 Si—N)异构化为硅甲基亚胺 (H2 Si—NH)的动力学过程 ,采用RHF和UHF/ 6 31G 重新计算了上述的单、三重态反应的IRC途径 ,得到了新的结论 .着重从电子密度拓扑分析计算了反应进程中的各点 ,讨论了反应进程中键的断裂和生成 ,上述反应经历了三元环过渡结构 ,找到了对于这类反应的“结构过渡区”和“结构过渡态” .进一步证明了作者曾提出的结构过渡态超前和滞后能量过渡态条件的结论 .同时找到了自旋密度分布的变化与结构过渡区的联系 .     

甲基苯热裂解机理的理论研究

在半经验UAM1方法及从头算UHF／3－21G*水平的基础上，用考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP／3－21G＊方法对碳前驱体甲基苯的热裂解反应机理进行了研究，并对反应物、产物自由基及过渡态的结构进行了能量梯度法全优化。计算结果表明，甲基苯的热裂解温度较低时，首先支持苯环甲基上的C－H键断裂，继而发生生成联二甲苯的反应。随着温度的提高，生成苯自由基的反应比例将增加，同时发生少量的苯环上C－H键断裂的反应。该反应机理与实验结果相一致；用密度泛函方法UB3LYP／3－21G*计算的反应标准焓变ΔH与实验值吻合较好。     

原子转移自由基聚合及可控自由基聚合

以作者在原子转移自由基聚合领域的研究成果为主导,结合国内外文献,对近年来出现的颇具影响的可控自由基聚合体系与进行了评述与展望。     

氧负离子与乙烯自由基反应的理论研究

在G3MP2B3理论水平下研究了氧负离子与乙烯自由基的反应机理. 反应入口势能面的刚性扫描显示: 对于不同的初始反应取向, 体系存在3种不同的反应机理, 分别对应直接脱水、插入反应和直接键合成中间体通道. 其中, 通过插入反应形成的富能中间体[CH2＝C—OH]－及键合中间体[CH2＝CHO]－都可以进一步经异构化和解离生成其它各种可能产物, 如C2H－＋H2O, OH－＋CH2C和 ＋CO产物通道. 基于计算得到的反应势垒的相对高度, 直接脱水反应显然是该反应体系最主要的产物通道, 同时我们还结合Mulliken电荷布居分析研究了其中涉及的电子交换过程. 由此, 计算结果证实了以往OH－与C2H2反应的实验研究结果. 此外, 还对比了该反应体系、氧原子与乙烯自由基、氧负离子与乙烯分子三个反应的不同机理.     

Catalysis of Radical Reactions: A Radical Chemistry Perspective

The area of catalysis of radical reactions has recently flourished. Various reaction conditions have been discovered and explained in terms of catalytic cycles. These cycles rarely stand alone as unique paths from substrates to products. Instead, most radical reactions have innate chains which form products without any catalyst. How do we know if a species added in “catalytic amounts” is a catalyst, an initiator, or something else? Herein we critically address both catalyst‐free and catalytic radical reactions through the lens of radical chemistry. Basic principles of kinetics and thermodynamics are used to address problems of initiation, propagation, and inhibition of radical chains. The catalysis of radical reactions differs from other areas of catalysis. Whereas efficient innate chain reactions are difficult to catalyze because individual steps are fast, both inefficient chain processes and non‐chain processes afford diverse opportunities for catalysis, as illustrated with selected examples.     

可见光引发的氧自由基的新型产生方式及反应

羧酸自由基及烷氧自由基等氧自由基是有机合成中的重要中间体,近些年通过可见光引发的氧化还原反应产生此类自由基的研究取得重要进展.本综述文章将聚焦于羧酸衍生物及羧酸作为羧酸自由基前体,醇衍生物及醇作为烷氧自由基前体,在光催化氧化还原条件下发生单电子转移产生氧自由基的新型方式,并将简单介绍其后续反应.     

胺存在下自由基聚合与活性自由基聚合

综述了胺存在下自由基聚合,包括含胺的过氧化二酰与芳叔胺氧化还原体系、有机过氧化氢物与芳叔胺或脂肪叔胺氧化还原体系、过硫酸盐与脂肪胺氧化还啄体系和极性单体的胺光诱导电荷转移引发自由基聚合,以及活性／控制自由基聚合,主要为原子转移自由基研究的成果。     

Highly Conducting and Flexible Radical Crystals

Together with high conductivity, high flexibility is an important property required for next generation organic electronic components. Both properties are difficult to achieve together especially when the components are crystalline because of the intrinsic high brittleness of organic molecular crystals. We report an organic radical crystal system that has both high flexibility and high conductivity. The crystal consists of 9,10‐bis(phenylethynyl)anthracene radical cation ( BPEA^.+ ) units, and shows flexibility under pressure with high conductivity in ambient condition exhibiting average conductivity of 2.68 S cm^?1 when normal linear shape, as well as 2.43 S cm^?1 when bent. The structural analysis reveals that both a short π–π distance (3.290 Å) between BPEA^.+ units that are aligned along the crystal length direction, and the presence of PF₆^? counter ions induce flexibility and high electrical conductivity.     

Trifluoromethylation and Monofluoroalkenylation of Alkenes through Radical–Radical Cross-Coupling

The first visible-light-induced trifluoromethylation and monofluoroalkenylation of simple alkenes via a challenging radical–radical cross-coupling step was achieved. This method provided a mild, step-economical and redox-neutral route to privileged two different fluorinated difunctionalized allyl compounds. The utility of this method is illustrated by late-stage modification of medically important molecules.     

基于自由基机理的有机硼酯化反应

有机硼酸和硼酸酯化合物是以Suzuki-Miyaura偶联为代表的多种重要化学反应的底物.发展有机硼化合物的高效合成方法具有重要意义.近十年来,基于自由基机理的有机硼酯化反应得以发展,并迅速成为高效构建碳硼键的一类重要方法.自由基硼酯化反应的一般策略为：利用不同反应条件产生的碳自由基活泼中间体与联硼化合物反应,生成相应的有机硼酸或硼酸酯.本文根据反应产生的碳自由基种类的不同,将硼酯化反应分为基于芳基自由基和基于烷基自由基两大部分.各部分依据自由基前体种类的不同,又具体分为基于碳氮、碳氧、碳卤等化学键的硼酯化反应以及羧酸脱羧硼酯化反应.最后,我们进一步总结分析了未来自由基硼酯化反应的研究趋势.     

Radical polymerization in biosensing

This review briefly summarizes recently published work on radical polymerization in biosensor-related applications. Advancements in surface modification aimed at improving sensor biocompatibility and reducing nonspecific background noises are discussed. Direct applications of polymers as one of the key sensing elements in which they are used either as detection probes for the biomolecular binding events or as signal transducers to amplify sensing signals are detailed. Initial applications of radical polymerization reactions in biosensing are evident and appear promising.     

Alkylboranes in Conventional and Controlled Radical Polymerization

Utilizations of alkylboranes reagents in radical polymerization are summarized in this minireview. Alkylboranes act as conventional radical initiators or radical chain-transfer agents in free-radical polymerization and controlled radical polymerization. This review discusses various polymerizations operating through different alkylborane reagents with their accompanying mechanisms. The aim of this minireview is to present the state of art of alkylboranes in radical polymerization and to provide the future aspects of this direction. © 2019 Wiley Periodicals, Inc. J. Polym. Sci. 2020 , 58, 14–19