合成气转化为乙醇的反应机理

本文在助剂型Rh催化剂上采用了以CH_2OD、D_2~(18)O为捕获剂的原位化学捕获反应, 以及以D_2~(18)O为重氧源试剂的原位氧同位素交换反应, 对合成气转化为乙醇的反应机理进行了研究。在原位捕获反应中检测到CH_2DCOOCH_3、CH_3COOCH_3和CH_2DCOOD、CH_3COOD的生成, 表明合成乙醇反应过程中存在中间体乙烯酮和乙酰基, 当CH_3OD/H_2比值足够大时主要捕获到CH_2DCOOCH_3, 说明乙酰基主要由乙烯酮的部分氢化反应生成。原位氧同位素交换反应检测到含~(18)O的乙醇、乙醛、乙酸的生成, 表明乙烯酮等C_2-含氧化合物前驱怵与重氧水发生了氧同位素交换反应。籍此, 无须如Katzer等人那样假设乙烯酮互变异构为位能较商的环氧乙烯而后进行氧同位素交换, 就可以得到Katzer等人在~(13)C~(16)O/~(13)C~(18)O+H_2反应中观察到的产物乙醇的同位素组成结果。本文的实验结果进一步说明我们提出的“CO缔合—卡宾—乙烯酮—乙酰基—乙醇(醛)”机理是合理的。     

重氧水和合成气与卡宾簇合物的模型反应研究铑催化乙醇合成机理

负载在SiO_2载体上的卡宾簇合物Fe_2(CH_2)(CO)_8被用于模拟负载型铑催化剂上的卡宾吸附物种,在95℃和2.0 MPa的条件下,负载样品与含氘水的合成气作用后,得到主要产物甲烷,並伴有乙酸、乙醛、乙烯和乙烷。其中,乙酸为DCH_2COOD和CH_3COOD的混合物,这表明反应过程是经过乙烯酮和乙酰基两种中间体进行的。用重氧水(D_2~18O)为截取剂,在合成气(CO/H_2=1/2)存在下,可检测到~(18)O在乙醛、乙醇和乙酸甲酯(经乙酸通甲醇吹扫酯化)的产物,说明乙酰基和乙醛与重氧水之间存在可逆的水合交换反应。根据水合醛化机制,可以解释Katzer等观察到的同位素杂组现象。     

H-ZSM-5分子筛上的乙烯二聚反应机理的理论计算研究

应用分子力学和量子力学联合的ONIOM2(B3LYP/6-31G(d,p):UFF)计算方法研究了H-ZSM-5分子筛上乙烯二聚反应的机理. 用40T簇模型模拟ZSM-5分子筛位于孔道交叉点的酸性位,对乙烯二聚过程的分步反应和协同反应两种机理进行了考察. 对于分步反应机理,乙烯分子首先通过π-氢键作用在酸性位形成稳定的吸附络合物,再进一步发生质子化并生成乙醇盐中间体,随后乙醇盐与第二个乙烯分子发生碳-碳键结合形成丁醇盐产物. 第一步质子化和第二步碳链聚合的活化能分别为152.88和119.45 kJ/mol, 表明乙烯质子化反应为速控步骤. 对于协同反应机理,乙烯质子化、碳-碳键和碳-氧键生成同时进行,生成丁醇盐,反应的活化能为162.30 kJ/mol, 略高于分步反应机理中的速控步骤. 计算结果表明这两种反应机理之间存在相互竞争.     

三钌乙烯酮原子簇化合物[PPN]_2[Ru_3(CO)_9(CCO)]在SiO_2上的负载及其催化性能的研究

[PPN]_2[Ru_3(CO)_9(CCO)]负载于SiO_2表面后,其红外谱图显示2068,2036,2000,1974和1925cm~(-1)谱带,表明[Ru_3(CO)_9(CCO)]~(2-)同Si—OH基因反应,形成了[HRu_3(CO)_9-(CCO)]~-/SiO~2。在600～720cm~(-1)区间,出现694cm~(-1)谱带,归属于[HRu_3(CO)_9(CCO)~-/SiO_2的VRu_H_Ru(out-of-plane)。通过(13)~CO和CO同位素交换反应,提出1974和1940cm~(-1)谱带分别归属于CCO和C~(13)CO基团的VCO和V13CO。在乙烯甲酰化和CO加氢反应中,由[PPN]_2-[Ru_3(CO)_9(CCO)]制备的催化剂对形成烃和含氧化合物的反应活性远远大于由[PPN]-[HRu_3(CO)_(11)]制备的催化剂,表明CCO是形成产物的活性中间体。     

乙烯酮光解途径的从头算研究

本文分别考察了C~2~α方式以及C~3-面内弯曲和C~3 一面外弯曲方式下乙烯酮光解脱氢反应(CH~2CO→H~2+C~2O)的状态相关图. 对由此给出的对称性允许的光解脱氢途径进行了从头算研究.发现最具可能的途径是在C~3-面内弯曲方式中^1A″态势能面上进行的绝热光反应,其能垒高度为263.83KJ.mol^-^1.     

O-乙酰基-吡喃木糖热解反应机理的理论研究

为了从微观上理解半纤维素热解过程及其主要产物的形成演变机理,采用密度泛函理论方法B3LYP/6-31G++(d,p),对O-乙酰基-吡喃木糖的热解反应机理进行了量子化学理论研究。在热解过程中,O-乙酰基-吡喃木糖中的O-乙酰基首先脱出,形成乙酸和中间体IM₁,该步反应能垒为269.4 kJ/mol。IM₁进一步发生开环反应形成IM₂,开环反应能垒较低,为181.8 kJ/mol。对中间体IM₂设计了四种可能的热解反应途径,对各种反应的反应物、产物、中间体和过渡态的结构进行了能量梯度全优化,计算了各热解反应途径的热力学和动力学参数。计算结果表明,反应路径(4)和反应路径(2)是O-乙酰基-吡喃木糖热解的主要反应通道,乙酸、乙醛、乙醇醛、丙酮、CO、CO₂、CH₄等小分子产物是热解的主要产物。这与相关实验结果分析是一致的。     

BaF2/La2O3催化剂上甲烷氧化偶联反应活性氧物种的原位红外光谱

用原位红外光谱研究了BaF2/La2O3催化剂上甲烷氧化偶联反应的活性氧物种.结果表明,催化剂经O2预吸附后,在1 108~1 118 cm-1处出现超氧物种O2-的O-O键伸缩振动峰.经18O2同位素交换实验后,原1 108~1 118 cm-1处谱峰的强度减弱,同时在1 086和1 051 cm-1处出现(O18O)-物种和18O2-物种的吸收峰.同位素交换实验进一步确证了1 108~1 118cm-1处谱峰确为O2-物种的吸收峰.在700℃下,O2-物种能够活化CH4生成C2H4,而且O2-物种的消耗量和C2H4的生成量呈很好的消长对应关系.超氧物种O2-是BaF2/La2O3催化剂上甲烷氧化偶联反应的活性氧物种.     

C~6~0O异构体的研究

本文用臭氧氧化C~6~0的苯溶液,用HPLC分析产物,室温下氧化产物只得到一个C~6~0O异构体组分峰。低温下产物得到两个C~6~0O异构体组分峰。多出的一个峰经实验与理论的研究,表明它很可能是异构体C~6~0O(C~s)。     

CN自由基与乙烯酮反应机理的理论研究

采用B3LYP和QCISD(T)方法计算得到了CN自由基与乙烯酮(CH2CO)双分子单碰撞反应势能面.结果表明,CN自由基与CH2CO的单碰撞反应存在三个最可能的反应通道.一是CN中C原子进攻CH2CO中亚甲基碳原子生成中间体NCCH2CO,然后中间体NCCH2CO中和—CO基团相接的C—C键断裂得到产物CH2CN CO;二是CN与CH2CO分子直接加成生成中间体CH2C(O)CN,然后这个中间体通过—CN基团的转移异构化到中间体NCCH2CO,进而通过第一条通道得到产物CH2CN CO;三是CN自由基直接从CH2CO中夺氢的氢迁移反应,由于存在一个15.44 kJ/mol的反应势垒及产物的能量较高,这个通道在整体反应动力学里是可以忽略的.目前的理论计算结果与实验结果符合,并有效地解释了此反应的具体机理过程.     

2-甲氧亚胺基-2-(多取代苯基)乙酸甲酯类化合物合成及杀菌活性

以取代甲苯为原料,与草酰氯单甲酯反应生成傅克酰基化产物2-羰基-2-(邻甲基苯基)乙酸甲酯(A),A与甲氧基胺盐酸盐反应得到(Z/E)-2-(甲氧亚胺基)-2-(邻甲基苯基)乙酸甲酯(B),B与溴单质反应得到中间体(Z/E)-2-(2-溴甲基)苯基-2-甲氧亚胺基乙酸甲酯(C).E-2-甲氧亚胺基-(2-溴甲基苯基)乙酸甲酯(E)用硝酸硝化得到中间体E-2-甲氧亚胺基-(2-溴甲基-5-硝基苯基)乙酸甲酯(F).中间体C和F与芳香酮肟经过缩合反应生成甲氧亚胺基-(4或5-取代基-2-(1-(3或4-取代苯基)-E-亚乙基胺氧甲基)苯基)乙酸甲酯化合物(D,E和G),H可以从G1还原得到.所得新化合物均通过1H NMR,13C NMR,19F NMR,IR和HRMS等确证.用生长速率法测试了目标化合物对黄瓜灰霉、番茄早疫、小麦赤霉、辣椒疫霉、油菜菌核和水稻纹枯等6种真菌的离体抑菌活性.结果表明,部分目标化合物比肟菌酯有更高的杀菌活性.     

单重态CCl2与O3反应机理的理论研究

用量子化学从头算方法,研究了单重态CCl_2与O_3反应的机理.在HF/6-31G(d)水平上用梯度解析技术全参数优化上述反应的反应物、中间体、过渡态和产物构型,MP2/6-31G(d)//HF/6-31G(d)方法计算能量.给出了有关化合物的结构数据.结果表明:CCl_2与O_3首先生成富能中间体CCl_2O_3,然后中间体裂解生成CCl_2O和O_2.该反应为强放热反应,放出的热量为516.88kJ·mol~(-1)[MP2/6-31G(d)//HF/6-31G(d)].通过内禀反应坐标(IRC)计算,获得了沿反应途径的势能剖面.     

金鸡纳碱衍生伯胺催化1-硝基-2-苯基乙烯与2-甲基丙醛不对称Michael加成反应机理的理论研究

通过密度泛函方法(DFT)研究了(9S)-9-氨基-10,11-二氢-6'-甲氧基奎宁(9-epi-DHQDA)及辅助催化剂苯甲酸催化1-硝基-2-苯基乙烯与2-甲基丙醛的不对称Michael加成反应的机理.对反应通道上的反应物、中间体、过渡态和产物进行了结构优化,通过能量和振动频率分析及内禀反应坐标(IRC)计算证实了中间体过渡态的合理性,并通过自然键轨道(NBO)理论和原子轨道(AIM)分析了分子轨道的相互作用及成键特点.机理如下:苯甲酸辅助9-epi-DHQDA与羰基化合物2-甲基丙醛发生缩合反应形成亚胺离子中间体,随后亚胺离子作为亲电试剂与1-硝基-2-苯基乙烯进行加成反应,生成的复合物从胺基团到1-硝基-2-苯基乙烯发生了质子转移.该阶段决定了整个反应的立体选择性,也是速率决速步骤,最后水分子参与水解过程和碳氧双键的形成得到了最终产物.     

CH2 CHF与臭氧反应机理的量子化学研究

用量子化学MP2方法,在6-311+ +G(d,p)基组水平上研究了烯烃CH2CHF与臭氧反应的机理,对氟代乙烯臭氧化反应Criegee机理进行了系统的计算,全参数优化了反应过程中反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,在QCISD(T)/6-311+ +G(d,p)水平上计算了它们的能量.并对它们进行了频率分析,以确定中间体和过渡态的真实性.研究结果表明,氟代乙烯与臭氧反应沿Criegee机理是可信的、合理的.同时研究还发现,就氟代乙烯与臭氧反应活性而言,其控制步骤的位垒较低,可以说氟代乙烯与臭氧反应活性较强,也就是说氟代乙烯对臭氧的损耗较大.     

半纤维素模型化合物热解机理的理论研究

针对半纤维素模型化合物4-O-甲基葡萄糖醛酸的热解,提出了六种可能的反应路径,对各种反应路径中的反应物、产物、中间体和过渡态的结构进行了几何结构全优化,计算了各步反应的标准动力学参数。结果表明,4-O-甲基葡萄糖醛酸热解时,首先通过分子内的氢原子转移发生开环反应而形成链状中间体,然后中间体进一步分解,主要产物是甲醇、乙醇醛、2-羟基-3-甲氧基丁醛酸、乙二醛和2-羟基丁醛酸等;主要的热解竞争产物是甲酸、CO_2、CO、4-羟基-3-丁烯酮和甲基乙烯醚等。在半纤维素的热解中,CO_2是通过不饱和反应物或中间体脱羧基反应而形成,乙酸则是通过脱O-乙酰基反应而形成。     

1-(5-二茂铁基-1,3,4-噻二唑-2-基)哌啶-2-酮的合成及表征

本文报道1-(5-二茂铁基-1,3,4-噻二唑-2-基)哌啶-2-酮(1)的合成。首先,在乙酸催化下,二茂铁甲醛(2)和氨基硫脲(3)反应得到二茂铁亚胺基硫脲衍生物(4)。然后,在三氯化铁作用下,中间体4发生关环反应得到5-二茂铁基-1,3,4-噻二唑-2-胺(5)。中间体5再与5-溴戊酰氯(6)发生N-酰基化反应得到5-溴-N-(5-二茂铁基-1,3,4-噻二唑-2-基)戊酰胺(7)。最后,在碱性条件下,中间体7发生分子内关环反应得到目标化合物(1)。中间体及产物结构经¹H NMR、¹³C NMR和ESI-MS表征,产物1结构进一步通过X-单晶衍射确证。然后分别考察了中间体5及产物1收率的主要影响因素,确定中间体5合成的适宜条件为：三氯化铁的用量为n(三氯化铁)∶n(中间体4)=4∶1,反应温度80℃,反应时间为15 h,在该条件下,中间体5的收率达到61.9%;确定产物1合成的适宜条件为：反应溶剂为二氧六环,物料比为n(DIEA)∶n(6)∶(5)=3.0∶1.2∶1.0、反应温度为80℃,反应时间为4 h,在该条件下,产物1收率达到68...     

四面体异核金属羰基簇合物的合成、表征及单晶结构分析

利用金属交换反应, 使金属羰基配合物PhCCo~3(CO)~9和过渡金属配合物NaMo(CO)~3(RCp)在THF中回流反应, 制备出三个新的异核三金属羰基簇合物PhCCo~2Mo(CO)~8(RCp)(R=HCO, CH~3CO, C~2H~5O~2C)。结果表明, 与金属交换剂NaMo(CO)~3Cp相比较, 环戊二烯上吸电子基团C=O的存在减弱了金属交换剂NaMo(CO)~3(RCp)的交换活性。同时发现加热可加速该反应向产物的转化以及进一步证明了该金属交换反应的普遍性。对合成的簇合物进行了元素分析, 红外和氢的核磁谱的结构表征。对簇合物PhCCo~2(CO)~8(C~2H~5O~2CCp)的单晶进行了X射线结构测定, 该晶体属于单斜晶系, 空间群为P2~1/c, 晶胞参数: α=1.1356(2)nm,b=1.4030(2)nm, c=1.6076(3)nm, β=107.19(1)°, Z=4。D~c=1.80g/cm^3,R=0.048, Rw=0.057。     

Pt/Ce0.75Zr0.25O2的催化性能及其氧移动性的 18O 同位素交换表征

 采用浸渍法制备了Pt/Ce0.75Zr0.25O2催化剂,考察了催化剂对乙醇及CO的氧化活性,并采用 18O 同位素交换、乙醇程序升温表面反应(C2H5OH-TPSR)、一氧化碳程序升温脱附(CO-TPD)和程序升温还原(H2-TPR)等技术对催化剂进行了表征. 结果表明, Pt/Ce0.75Zr0.25O2催化剂表现出较高的乙醇和CO氧化活性,其催化活性随着Pt负载量的增加而提高. 当Pt负载量为3%时,活性最高. 继续增加Pt负载量,催化剂活性下降. C2H5OH-TPSR和CO-TPD结果表明,催化剂对乙醇或CO的氧化活性与从催化剂表面脱附出来的CO2量有对应关系, CO2脱附量越大,催化剂活性越高. 18O 同位素交换结果表明,表面氧交换能力与其氧化活性有一定对应关系,催化剂的表面氧交换能力越高,氧化活性越高.     

NH自由基与臭氧反应机理的理论研究

用量子化学从头计算方法,在HF/6-31 ++ G**水平研究了臭氧与NH三线态活性自由基反应的微观机理,优化得到反应物、过渡态、中间体和产物的几何构型.用MP2/6-31++G**//HF/6-31 ++ G**方法计算能量,同时进行零点能校正.研究结果表明:NH三线态活性自由基与O3反应首先生成稳定中间体HNO3,然后中裂解生成HNO和O2.     

助剂Mo对Ni基催化剂加氢脱氧催化作用机理的影响

制备了一系列Ni-Mo/γ-Al2O3催化剂,并采用X射线衍射、乙酸程序升温表面反应、NO-红外漫反射光谱、乙酸(或乙醇)-红外漫反射光谱等表征手段系统研究了助剂Mo的加入对Ni基催化剂的物化性质、乙酸加氢脱氧(HDO)产物、HDO活性位及乙酸(或乙醇)吸附形态的影响.结果表明,Mo的加入可提高活性组分NiO的分散度,且能抑制乙酸C-C键的断裂;Mo的加入可提供氧空穴,以促进乙酸C-O键及中间产物乙醇C-O键的断裂,显著提高了Ni基催化剂的HDO活性和产物C2H6的选择性.表明Mo的加入改变了Ni催化剂HDO的催化作用机理.     

氟烷基化和氟烷氧基化的研究 4.铜引发氟烷基碘对乙烯基三甲基硅烷的加成及其立体专一性合成相应的烯烃

在催化量的铜存在下,氟烷基碘R_FI(1)与乙烯基三甲基硅烷(2)在乙腈中反应生成高产率的氟烷基化产物8,二碘化物I(CF_2)_nI(4)也能与2反应生成单烷基化产物5和双烷基化产物6,5和6量的相对比例取决于所用2的量.这类反应能被对苯二酚阻止:被对二硝基苯部分阻止,碘苯未能捕获到氟烷基铜中间体.表明反应可能是单电子转移引发的自由基链式机理.3与二乙胺反应得高产率的反式氟烷基三甲基硅乙烯7.3与氢氧化钾在乙醇中反应得到的是7及其顺式异构体的混合物,将混合物用少量的溴处理可得纯的反式烯烃.