卤素及卤素离子的电子结构

卤素离子的质子亲和势是随卤素原子在元素周期表中的位置从上到下按F-,Cl-,Br-,I-依次降低.但人们熟知的卤素原子电负性却按F,Cl,Br,I依次减小,或者说卤素原子的电正性随上述顺序依次增大,对应于卤原子价轨道np的能量按F,Cl,Br,I依次升高;这个结果意味着卤素阴离子的电子给予能力,或者说它们的质子亲和势似乎应该随F-,Cl-,Br-,I-依次增大.这样就出现了两个完全相反的质子亲和势顺序.为了对这一结果作出解释,我们分别采用Kohn-Sham密度泛函理论(在SAOP/TZ2P和OLYP/TZ2P计算水平上),以及采用从头计算理论(在HF/TZ2P水平)中的分子轨道模型对卤素离子及卤素原子进行了详尽的理论分析.同时我们对在Hartree-Fock理论框架下轨道能量和质子亲和势的变化趋势之间存在的内在矛盾进行了阐述.研究表明质子亲和势按F-,Cl-,Br-,I-依次降低的原因是由于当卤素原子X得到一个电子成为卤素阴离子X-后,价轨道np的能量将会升高,从而表现出异常的不稳定性.更关键的是,这种由于库仑排斥造成的卤素离子价轨道的不稳定性对于本身半径比较小的氟原子尤为突出,但随着卤素的半径增大,这种不稳定效应逐渐减弱.结果较强的HOMO(F-)-LUMO(H+)轨道相互作用导致F-的质子亲和势大于其他体积较大的卤素离子.以上的定性分子轨道分析表明考虑净电荷对轨道能量的影响是十分重要的.这不仅清楚地解释了采用Kohn-Sham密度泛函理论可以得到正确的质子亲和势变化趋势,即F-Cl-Br-I-,而且还能解释为何在从头计算的Hartree-Fock分子轨道理论框架下,虽然X-的价轨道np能量随F-,Cl-,Br-,I-递减,似乎应该得到不正确的质子亲和势变化趋势,但实际上得到质子亲和势顺序仍然是正确的.之所以所有的分子轨道模型下都有同样的HOMO-LUMO相互作用能及质子亲和势顺序,其原因是电荷效应,即在HF,OLYP和SAOP计算中,卤素原子与卤素离子的价轨道能量差都是升高的.通过这些理论分析得到的结论有助于理解诸如亲核取代反应(SN2)以及碱催化的消去反应(E2)等基本有机化学反应的微观机理.     

3个方酸内Weng盐衍生物的电子结构和光谱的理论研究

用ＰＭ３系列方法对新合成的３个方酸内Ｗｅｎｇ盐衍生物分子；哌啶基－４－二甲苯基文本以内Ｗｅｎｇ盐，２－（Ｎ，Ｎ－二羟乙基）胺基－４－二甲胺苯基方酸内Ｗｅｎｇ盐，吗啉基－４－二甲胺苯基文本以内Ｗｅｎｇ盐，并进行了几何结构优化，３个分子均为刚性平面构型，以优化构型为基础，计算了上述３个分子的电荷密度，振动光谱及电子光谱，并对光谱进行了理论指认，所有理论计算结果和实验值基本吻合。将这３种方酸     

硫原子上亲核取代反应的密度泛函理论研究

在B3LYP/6-311 G(2df,p)的水平上,对反应X- CH3SCl(X=F,Cl,Br,I)进行了理论研究.计算结果表明:X-(X=Cl,Br,I)与CH3SCl作用时,实际发生的是在硫原子上而不是在碳原子上的亲核取代反应,而且属于加成-消去机理.但是F-与CH3SCl作用则容易发生脱质子反应.     

分子力场进展

分子力学（简称ＭＭ）是近年来化学家常用的一种计算方法。与量子力学从头计算和半经验方法相比，用分子力学处理大分子可以大大节省计算时间，而且，在大多数情况下，用分子力学方法计算得到的分子几何构型参数与实验值之间的差值可在实验误差范围之内。所以，分子力学是研究生物化学体系的有效和可行的手段。分子力学的核心是分子力场。本文介绍了分子力场的量子力学背景、分子力场和光谱力场之间的关系。分子力场的一般形式、分力     

气相离子对SN2反应LiY+CH3Cl→CH3Y+LiCl(Y=F～I) 的密度泛函理论研究

在双分子亲核取代反应中,常见的亲核试剂是各种阴离子或中性分子.当亲核试剂是中性的离子化合物时,就有可能发生离子对SN2反应.尽管关于这种离子对SN2反应已有一些实验结果[1,2],但相应的理论研究报道仅限于少量的对称取代反应[3].本文采用密度泛函理论,在B3LYP/6-311+G(d,p)水平上对离子对SN2反应LiY+CH3Cl→CH3Y+LiCl(Y=F,Cl,Br,I)进行了计算研究,并与相应的阴离子SN2反应Y-+CH3Cl→CH3Y+Cl-(Y=F,Cl,Br,I)进行了比较,得到了一些有价值的结论,这些结论能帮助我们更深入地了解离子对SN2反应所遵循的规律.     

LiY+NH2X(Y=F,Cl,Br,Br;X=F)反应机理的计算研究

一百多年来,无论从实验还是理论上,气相中碳原子上SN2的反应机理都已经得到了广泛的深入研究.近二十几年来,杂原子上的亲核取代反应由于其在生物有机及在人体代谢过程中所起的重要作用而逐渐引起人们的关注.氮原子上的SN2反应是近年来的研究热点,但其中的亲核试剂仅局限于阴离子[1].本文将研究对象扩展到离子对亲核取代反应[2].我们在B3LYP/6-311+G(d,p)水平上讨论了气相中LiY+NH2X(Y=F,Cl,Br,I;X=F)的反应机理,希望能为实验化学家提供有价值的信息.     

NaBH4还原脂肪族及芳香族甲脂的实验与理论研究

NaBH4是一个价廉实用的实验室及工业用还原剂[1],在我们刚刚完成的为工业应用研究的一个系列还原反应的研究中,发现NaBH4对脂肪族及芳香族甲脂的还原反应的结果完全不同[2].在162℃时,C7H15CO2Me极少被还原成相应的脂肪醇,与此相反:当底物为2-ClC6H4CO2Me时,其反应的产物是预期的较高产率的一级醇(Eqs.1和2).这些实验结果违背一般还原反应规律.     

新颖的酸催化迈克尔型巯基荧光探针的机理

迈克尔加成反应通常为碱催化的反应,但是在本工作体系当中,2-(2-乙烯基,7-羟基喹啉)丙二酸(QMA)能够被酸催化检测巯基. 从实验和理论计算证明了QMA探测巯基是,且溶液pH值越低,活 性越强. 在碱性溶液中,它的负离子形式QMA[-2H⁺]2^-不能够与电离前或电离后的巯基反应. 与QMA相比,它的酯QME显示出相反的pH效应,这与一般的基于迈克尔加成的巯基荧光探针类似. DFT计算得到的活化焓支持上述两种探针的pH效应. 在酸性溶液中,质子化的QMA与中性和碱性溶液中的负离子形式相比更容易与亲核试剂发生加成,因此能够与低活性的未电离硫醇反应. 相反地,QME与未电离硫醇反应的能垒很高,与电离后的硫醇反应活化能很低. 理论计算研究显示QMA与未电离硫醇的反应为1,4-加成而QME与电离后的硫醇的反应为1,2-加成.     

一个方酸内鎓盐衍生物合成机理的理论研究

用ＰＭ３方法对新近合成的一个方酸内Ｗｅｎｇ盐衍生物：２－（Ｎ,Ｎ－二羟乙基）胺基－４－二甲胺苯基方酸内Ｗｅｎｇ盐的微观反应机理进行了研究,计算结果表明：以（Ｎ,Ｎ－二羟乙基）胺基负离子,二甲胺一方酸制备该方酸内Ｗｅｎｇ盐有邻位和对位两种产物,且对位更易生成,同时,还探讨了提高光致材料产率的可能方法。     

分子内氮原子上亲核取代反应的理论研究

在MP2(full)/631+G(d,p)理论水平上,以-CHR-(CH2)3-NFCH3(R=H,CH3,CH2CF3,CHO,COCH3)为计算模型,对分子内可能发生的两条反应路径—氮原子上的亲核取代反应及消去反应进行了理论研究.结果表明,当进攻基团-CHR为碱性较强的基团,即R=H、CH3、CH2CF3时,有利于发生消去反应而生成直链化合物R-CH2-(CH2)3N=CH2;而当R为吸电子基团-CHO、-COCH3时,主要发生分子内氮原子上的亲核取代反应,产物为含氮的五员杂环化合物.这些理论预测与已有的实验结果吻合.