CH3＋HNCO反应机理的理论研究

在6-311＋＋G**基组水平上,采用UMP2方法对自由基CH3与HNCO反应机理进行了研究，全参数优化了反应通道上各驻点的几何构型.结果表明, 自由基CH3与HNCO分子间反应有三条反应通道,第一为CH3与HNCO分子间经过生成一个稳定化能为4.56 kJ•mol－1的含氢键的分子复合物M后，经过渡态TS生成另一个产物复合物M′，然后分解为甲烷和NCO自由基；第二是CH3与HNCO分子间通过生成稳定反式中间体trans-int，其经过渡态trans-ts分解成产物CH3NH和CO；第三是CH3与HNCO分子间通过生成稳定顺式中间体cis-int，其经过渡态cis-ts分解成产物CH3NH和CO.比较三条反应通道的反应活化能，表明CH3与HNCO反应较易生成CH4＋NCO.     

HNCO+HCO→NCO+CH2O氢转移反应的从头算及动力学研究

在UMP2(Full)/6-311G(d,p)计算水平上,优化了标题反应的反应物、过渡态、产物的几何结构,沿最小能量途径讨论了异氰酸(HNCO)和甲酰自由基(HCO)发生氢转移反应位能面上驻点的结构以及相互作用分子结构变化.指出该反应是一个N-H键断裂和C-H键生成的协同反应.进一步采用UQCISD(T,Full)方法对反应途径上的驻点进行了单点能量校正,得出该反应的计算位垒是91.47 kJ/mol,与实验值108.92 kJ/mol接近在500～2500K实验温度范围内,运用变分过渡态理论(CVT)计算得到的速率常数与实验观测值进行了比较     

HNCO与CX（X=F，Cl，Br）自由基反应机理的密度泛函理论研究

用量子化学密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31+G~*水平上按BERNY能量梯度解 析全参数优化了HNCO与CX（X=F,Cl,Br）反应势能面上各驻点的几何构型,通过 振动频率分析确认了中间体和过渡态,内禀反应坐标（IRC）对反应物、中间体、 过渡态和产物的相关性予以证实,对各驻点进行了零点能校正（ZPE）在此基础上 计算了反应能垒。研究结果表明,与HNCO和其它小分子自由基反应不同,HNCO与 CX自由基反应首先发生分子间H原子迁移,随后N与CX的C（1）原子相互靠近成键并 生成较稳定的中间体,再发生N-C（2）键的断裂,完成N向C（1）上的迁移并进一 步解离为产物。反应按反应物→TS1→IM→TS2→产物通道进行。反应为放热反应。     

F+CH_3OH碰撞反应机机理和反应势能面

以MP2（full）/6-311 + +g(d,p)水平上详细研究了氟原子与甲醇抽氢反应的 多通道反应机理，得到了各条通道中涉及的驻点的构型和振动频率及其能量，给出 了两张完整的反应势能面，结果表明，氟原子从C原子上抽氢时有一条明显的最低 能量通道，而从氧原子上抽氢时要涉及多条分支通道和多个驻点构型，给出了各分 支通道势能面示意图，结果表明以形成五元环状过渡态通道为优势通道，计算得到 经途径1生成CH_2OH时反应放热170.62kJ/mol，经分支途径6生成CH_3O自由基时反 应放热119.4 kJ/mol，此结果与实验值一致。     

F+CH_3OH碰撞反应机机理和反应势能面

以MP2（full）/6-311 + +g(d,p)水平上详细研究了氟原子与甲醇抽氢反应的 多通道反应机理，得到了各条通道中涉及的驻点的构型和振动频率及其能量，给出 了两张完整的反应势能面，结果表明，氟原子从C原子上抽氢时有一条明显的最低 能量通道，而从氧原子上抽氢时要涉及多条分支通道和多个驻点构型，给出了各分 支通道势能面示意图，结果表明以形成五元环状过渡态通道为优势通道，计算得到 经途径1生成CH_2OH时反应放热170.62kJ/mol，经分支途径6生成CH_3O自由基时反 应放热119.4 kJ/mol，此结果与实验值一致。     

HNCO + CN反应途径的从头计算

在6-311G(d, p)基组水平上, 采用全电子的UMP2方法对HNCO和CN自由基的反应途径进行了研究, 结果表明, 反应存在如下两条反应通道: HNCO + CN→NCO + HCN (1); HNCO + CN→HNCN + CO (2). 其中反应(1)是吸氢反应, 氢转移过程在分子间以协同方式进行, UMP2(full)/6-311G(d, p)计算位垒是 20.80 kJ/mol, 在反应的温度区间(1000~2100 K), 传统过渡态理论得出的速率常数值范围是0.32×10^−11~6.9×10^−11 cm³·mol^−1·s^−1, 支持了实验预测结果. 反应(2)是分步反应, 在反应途径上存在分子中间体, UMP2(full)/6-311G(d, p)计算位垒为83.42 kJ/mol. 反应通道(2)的位垒大于反应通道(1).     

MgO活化甲烷碳氢键的密度泛函研究

在B3LYP/6-311 + G（2d, 2p）水平上计算了MgO + CH_4 → Mg+CH_3OH反应的 单态势能曲线。结果发现MgO和CH_4发生相互作用,首先形成两种类型的分子-分子 复合物（MgOCH_4和OMgCH_4）;分子-分子复合物OMgCH_4能发生进一步转化,即 MgO插入到CH_4的C-H键中,产生中间体HOMgCH_3,此中间体在本反应中是能量上最 稳定的构型;它还有可能进一步发生反应,产生原子-分子复合物MgCH_3OH,但其 活化能太高,为299.8kJ·mol~(-1),是整个反应的速率控制步骤;最后一步是 MgCH_3OH放出CH_3OH分子,整个反应放热146.1 kJ·mol~(-1)。     

氧原子和甲基自由基反应机理的理论研究

用分子轨道从头算和密度泛函理论（DFT）中的B3LYP方法以及适中基组6-311+G(2df,2p)对氧原子与甲基CH3反应进行了系统的研究。计算给出了反应通道上各驻点物种的构型参数、振动频率和能量。结果表明： CH2OH比CH3O稳定,能量约低26.63 kJ/mol,且生成氢和甲醛为其最主要反应通道。     

NCO/NCS自由基与XY（X=H,Cl;Y=F,Cl,Br）间σ-型弱作用的理论研究

NCO和NCS是大气化学中非常引人关注的自由基,它们均有三个原子并且两个端基原子均可作为电子给体形成σ-型氢/卤键.本文在MP2/aug-cc-pVDZ水平上研究了NCO/NCS...XY（X=H,Cl;Y=F,Cl,Br）体系中的弱化学键.计算结果表明,氢/卤原子与N原子相连形成的复合物比与O/S原子相连形成的复合物稳定;氢/卤键的稳定性由分子静电势决定,而非原子电负性;对相同的电子给体B（B=N,O/S）和相同的卤原子来说,化学键的强度按Y=F,Cl,Br的顺序逐渐减弱.在氢/卤键形成过程中,自旋电子密度在电子给体和电子受体间的转移较少,但它在自由基内部发生重排,就本文研究的所有复合物而言,自旋电子密度均转移向XY分子的相反位置.     

F+CH3OH碰撞反应机理和反应势能面

在MP2(full)/6-311++g(d,p)水平上详细研究了氟原子与甲醇抽氢反应的多通道反应机理,得到了各条通道中涉及的驻点的构型和振动频率及其能量,给出了两张完整的反应势能面.结果表明,氟原子从C原子上抽氢时有一条明显的最低能量通道,而从氧原子上抽氢时要涉及多条分支通道和多个驻点构型,给出了各分支通道的势能面示意图,结果表明以形成五元环状过渡态通道为优势通道.计算得到经途径1生成CH2OH时反应放热170.62kJ/mol,经分支途径6生成CH3O自由基时反应放热119.41 kJ/mol,此结果与实验值一致.     

CH3+HNCO反应机理的理论研究

异氰酸(HNCO)分解引发的一系列自由基反应是氮氧化物快速消除机理[1,2](RAPRENOX)所研究的领域,该反应涉及到燃烧化学中氮氧化物NOX的消除,所以获得这些反应准确的位垒就成为实验化学和理论化学所要解决的问题。本文中我们重点研究CH3+HNCO反应机理,探讨CH3自由基是否也能象氮氢自由基一样,在异氰酸(HNCO)分解反应中起作用。1　计算方法用量子化学MP2方法,在6 311++G 水平上计算了CH3自由基与HNCO反应的反应物、产物、中间体和过渡态的几何构型,用QCISD(T)方法在6 311++G 水平上计算了它们的能量。通过振动分析确定…     

二氯卡宾与甲醇及甲硫醇插入与氢抽提反应的量子化学计算

利用密度泛函和自然键轨道理论及电子密度拓扑分析方法，对单、三重态CCl2与CH3MH（M=O，S）中C—H和M—H键的插入反应及抽提氢反应进行了研究．在B3LYP／6-311G（d，p）水平上优化了势能面上构型，并以频率分析和内禀反应坐标法进行了确认．计算了各物种的CCSD（T）／6-211G（d，p）能量．结果表明，主反应通道主要发生在单重态势能面中，单重态CCl2既可以与C-H及M—H键发生插入反应，存在四条主反应通道，分别生成P1[CH3OCHCl2，反应Ⅰ（1）]，P3[Cl2HCCH2OH，反应Ⅰ（2）]和PS[CH3SCHCl2，反应Ⅱ（1）]，P7[Cl2HCCH2SH，反应Ⅱ（2）]，也可以与CH3MH发生抽提氢反应，分别生成P4[CH2O＋CH2Cl2，反应Ⅰ（3）]和P8[CH2S＋CH2Cl2，反应Ⅱ（3）]．同时，存在三重态CCl2与CH3SH插入生成^3P4[CH3SCHCl＋Cl]的反应通道．进一步对反应通道上的关键点进行了自然键轨道和电子密度拓扑分析．     

CH3CHF自由基与HNCO反应机理的理论

采用密度泛函理论的B3LYP方法, 在6- 311++G(d, p)基组水平上研究了CH3CHF自由基与HNCO的微观反应机理, 优化了反应过程中的反应物、中间体、过渡态和产物, 在QCISD(T)/6- 311++G(d, p)水平上计算体系在反应通道各驻点的能量. 振动分析结果和IRC分析结果证实了中间体和过渡态的真实性, 计算所得的成键临界点电荷密度变化也确认了该反应过程, 并找到了七条反应通道. 其中生成氟代烷基酰亚胺稳定分子的通道活化能垒最低, 在该反应体系中是与氢迁移平行竞争较易发生的一条反应通道.     

CH_3CH_2O与HO_2抽氢反应与主通道速率常数的理论研究

在B3LYP//6-311++G(2df,2p)水平完成了对CH_3CH_2O与HO_2反应各驻点物种的几何构型优化,并在相同水平上对相关物种进行了频率分析和内禀反应坐标(IRC)计算.为得到较准确的单点能信息,同时采用CCSD(T)/cc-pVTZ方法对反应途径中各驻点进行单点能校正.标题反应的单、三重态势能剖面图揭示,反应在单、三重态势能面上均有3条抽氢通道.其中单重态通道分别生成1CH3CHO+H_2O_2(R1),CH_3CH_2OH+1 O_2(R2)和1CH_2CH_2O+H_2O_2(R3),三重态通道分别生成3CH3CHO+H_2O_2(R4),CH_3CH_2OH+3O_2(R5)和3CH_2CH_2O+H_2O_2(R6);势垒高度揭示三重态在动力学和热力学上比单重态更具优势.200K~1 200K区间内标题反应速率常数计算结果表明,除通道R5的速率常数几乎不随温度变化外,所有其他通道的速率常数均随温度升高而增大(即速率呈现正温度系数效应),同时发现抽氢通道R5的分支比始终大于94%,因而是绝对优势通道.     

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。     

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.     

可见光照射下卤键引发的多氟烷基溴化物与邻二芳基异腈的自由基型插入反应

报道了一种由卤键引发的自由基型双异腈插入反应.多氟烷基溴化物作为卤键的给体,有机碱作为卤键的受体.在可见光照射下,卤键复合物发生单电子转移过程生成多氟烷基自由基,被邻二芳基异腈捕获生成2-多氟烷基化喹喔啉衍生物.该反应在室温条件下进行,产率高,底物适用性广.反应的自由基属性可以通过EPR实验验证.2-多氟烷基化喹喔啉衍生物中3-位氢源可以通过氘代实验确定,实验显示氢源来自于有机碱和溶剂,而且溶剂是最主要的氢源.     

乙醇醛光解离机理的理论研究

采用多参考态方法, 在CASPT2//CASSCF/6-311+G(2df, 2p) 水平上计算了乙醇醛(HOCH2CHO)分子在三个最低电子态(S0、S1和T1)上驻点的电子结构和解离势能面。结合势能面交叉点,探讨了HOCH2CHO与波长有关的光解离机理,分析了可能的光解离产物。结果表明, 在实验光解波长240 – 400 nm的激发下,HOCH2CHO分子主要发生S1态上的解离反应或通过S0和S1态之间的振动相互作用驰豫到基态,随之发生基态解离反应。C-C键断裂生成基态光解产物HOCH2 (2A′)+ HCO (2A′)是最主要的反应途径;而在一定波长下,生成CH3OH + CO的基态协同反应、脱醛基氢及脱羟基通道都是能量上可行的反应途径。本文的计算结果和实验观察一致。     

O原子与HNCO反应机理的量子化学及电子密度拓扑研究

采用MP2(Full),B3LYP,QCISD/MP2和CCSD(T)/MP2方法在6-311G(d,p)水平上对O原子与HNCO反应的微观机理进行了理论研究．采用MP2(Full)和B3LYP对反应位能面上的各驻点进行几何构型的全优化,振动分析和IRC计算证实了中间体和过渡态的真实性和相互连接关系．四种方法计算得到了四个反应通道的反应活化能．研究表明,O原子进攻HNCO中的H原子为反应的主要反应通道,该通道中形成了两个分子复合物,电子密度拓扑分析表明这两个分子复合物均为氢键复合物．     

CH_2CH(~2A')自由基与臭氧反应机理的理论研究

用量子化学MP2（full）方法,在6－311+ +G~(**)基组水平上研究了CH_2CH (~2A~＇)自由基与臭氧反应的机理,全参数优化了反应过程中反应物、中间体、过 渡态和产物的几何构型,在QCISD（T,full）/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真实性,研究结果表明 ：CH_2CH(~2A~＇)自由基与臭氧反应有两条可行的反应通道,分别为：CH_2CH (~2A~＇)+O_3→TS1→M1→TS2→O_2+OCH_2CH→TS4+O_2→O_2(~3∑_g)+CH_2CHO (~2A~＂)和CH_2CH(~2A~＇)+O_3→M2→TS3→O_2(~3∑_g)+CHO(~2A~＂),后一个反 应通道较容易发生,而且反应活化能小（2.97kJ/mol）,说明CH_2CH(~2A~＇)自由 基与臭氧之间的反应活性很强。