Rh的芳基化合物与含氮芳基卤代物交叉偶联反应机理研究

利用密度泛函理论(DFT)研究了Rh的芳基化合物与含氮芳基卤代物交叉偶联过程催化循环的微观反应机理.在B3LYP/6-31+G(d)基组水平上(Rh、I采用了赝势基组Lan L2DZ)优化了反应过程中所有化合物的几何构型并计算了频率,通过能量、频率和振动方式确定了中间体和过渡态的真实性.此外,在同等基组水平上还运用了分子中的原子理论讨论了成键临界点的电荷密度的变化,运用了自然键轨道理论讨论了键的性质与轨道间的相互作用.为了提高计算精度,在6-311++G(d,p)基组水平上计算了反应机理中所有物质在气相及溶剂化下的单点能,得到与6-31+G(d)基组计算相同的结论 .结论表明Rh(Ⅰ)起到了有效的催化作用,且计算所得结论与实验结果相符合.     

CuCl催化下苯炔与环己烯乙炔偶联反应机理的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)研究了Cu Cl催化下苯炔与环己烯乙炔偶联反应的微观反应机理.在B3LYP/6-31+G*基组水平上(Cu采用了赝势基组Lan L2DZ)优化了反应过程中所有化合物的几何构型并计算了频率,通过能量、频率和振动方式确定了中间体和过渡态的真实性.此外,在同等基组水平上还运用了分子中的原子理论讨论了成键临界点的电荷密度的变化,运用了自然键轨道理论讨论了键的性质与轨道间的相互作用.为了提高计算精度,在6-311+G*基组水平上计算了反应机理中所有物质在气相及溶剂化下的单点能,得到与6-31+G*基组计算相同的结论.结论表明Cu Cl对苯炔与1-乙炔基环己烯偶联反应起到了有效的催化作用,且计算所得结论与实验结果相符合.     

PdCl2催化芳基硼酸与溴代芳烃Suzuki-Miyaura偶联反应的机理研究

:采用密度泛函理论(DFT)中的M06方法, 以二甲基甲酰胺(DMF)溶剂, 研究了无催化剂、PdCl2为催化剂催化芳基硼酸与溴代芳烃的交叉偶联反应的反应机理. 使用6-311+G*基组 (Pd采用赝势基组LanL2DZ) 对芳基硼酸与溴代芳烃Suzuki-Miyaura偶联反应过程中所有反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型进行了优化, 同时进行了频率计算, 各过渡态都有唯一虚频, 确认了中间体和过渡态的合理性; 通过自然键轨道(NBO)理论和AIM理论分析了分子轨道间的相互作用. 结果发现: 在没有催化剂的条件下, Suzuki-Miyaura偶联反应形成的反应速控步骤活化能为49.70 kcal/mol, 在PdCl2催化作用下, 反应速控步骤活化能为31.08 kcal/mol, 比较研究结果, PdCl2能有效催化该反应的进行, 我们的研究结果与实验结果相吻合.     

PdCl_2催化芳基硼酸与溴代芳烃Suzuki-Miyaura偶联反应的机理研究

采用密度泛函理论(DFT)中的M06方法,以二甲基甲酰胺(DMF)溶剂,研究了无催化剂、PdCl_2为催化剂催化芳基硼酸与溴代芳烃的交叉偶联反应的反应机理.使用6-311+G*基组(Pd采用赝势基组Lan L2DZ)对芳基硼酸与溴代芳烃Suzuki-Miyaura偶联反应过程中所有反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型进行了优化,同时进行了频率计算,各过渡态都有唯一虚频,确认了中间体和过渡态的合理性;通过自然键轨道(NBO)理论和分子内原子理论(AIM)理论分析了分子轨道间的相互作用.结果发现:在没有催化剂的条件下,Suzuki-Miyaura偶联反应形成的反应速控步骤活化能为49.70 kcal/mol,在PdCl_2催化作用下,反应速控步骤活化能为31.08 kcal/mol,比较研究结果,PdCl_2能有效催化该反应的进行,我们的研究结果与实验结果相吻合.     

银纳米光催化4-二乙基对巯基苯胺偶联反应机理的研究

采用密度泛函理论(DFT)对4-二乙基对巯基苯胺在Ag5簇上的光诱导催化偶联反应机理进行了理论研究.在B3LYP/6-311+G(d,p)基组水平上(Ag采用赝势基组Lan L2DZ)对反应过程中所有的过渡态、中间体的几何构型进行了优化,通过能量和振动频率分析以及内禀反应坐标(IRC)计算证实了过渡态和中间体的合理性.研究发现4-二乙基对巯基苯胺吸附在银簇上发生偶联反应生成偶氮苯的关键在氨基端两个乙基的脱去,反应过程中存在交叉点,通过"系间窜越"行为才能完成催化偶联过程.     

吲唑、3-卤代吲唑互变异构反应机理的理论研究

在密度泛函B3LYP／6-311G**水平上对气相和水相中吲唑、3- 卤代(-F、-Cl和-Br)吲唑互变异构体进行几何构型全自由度优化,Onsager 反应场溶剂模型用于水相计算．计算结果显示,在气相和水相中吲唑、3-卤代吲唑的N1-H形式比其相应的N2-H形式稳定．进一步研究了吲唑、3-卤代吲唑互变异构的反应机理,求得了N(1)、N(2)、H(10)组成三元环且迁移原子H(10)偏离分子平面60°-70°的过渡态结构．探讨了不同的3-取代基团和溶剂化效应对互变异构体的几何结构、能量、电荷分布以及互变异构反应活化能的影响等．     

2-碘代硒苯与2-唑烷酮在CuI催化下的C-N偶联反应机理的理论研究

在B3LYP/6-311G*水平下研究了铜催化剂作用下2-唑烷酮与2-碘代硒苯发生C-N偶联的反应机制。优化了反应过程中的反应物、中间体、过渡态和产物,通过能量和振动分析结果证实了中间体和过渡态的真实。计算研究结果显示该反应是一个较为复杂的过程,催化是通过铜与2-唑烷酮上氮配位开始,整个过程中铜催化剂为偶联反应起到了一种桥梁作用,避免了无催化剂作用时直接偶联的四元环高张力的过渡态从而降低了反应的活化能,使反应更易进行。计算结果与实验结果一致,证明了过渡金属催化剂有利于这类反应反应的进行,并揭示了有效催化作用产生的机制。     

2-碘代硒苯与2-唑烷酮在CuI催化下的C-N偶联反应机理的理论研究

在B3LYP/6-311G*水平下研究了铜催化剂作用下2-唑烷酮与2-碘代硒苯发生C-N偶联的反应机制。优化了反应过程中的反应物、中间体、过渡态和产物,通过能量和振动分析结果证实了中间体和过渡态的真实。计算研究结果显示该反应是一个较为复杂的过程,催化是通过铜与2-唑烷酮上氮配位开始,整个过程中铜催化剂为偶联反应起到了一种桥梁作用,避免了无催化剂作用时直接偶联的四元环高张力的过渡态从而降低了反应的活化能,使反应更易进行。计算结果与实验结果一致,证明了过渡金属催化剂有利于这类反应反应的进行,并揭示了有效催化作用产生的机制。     

FC(O)O自由基与NO反应机理的理论研究

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-311G(d,p)基组水平上研究了FC(O)O自由基与NO反应的微观机理,全参数优化了反应过程中各反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,在CCSD(T)水平上计算了它们的能量,振动分析结果证实了中间体和过渡态的真实性,从对FC(O)O与NO的反应机理的研究结果看,FC(O)O与NO反应为4条反应通道多步反应过程,其反应的主要通道是FC(O)O+NO→M3→TS6→M5→FNO+CO₂,其主要产物是自由基FNO和CO_{2关键词： 密度泛函理论 反应机理 反应通道}     

钯催化多氟代芳烃与简单芳烃的氧化C-H/C-H偶联反应机理

运用密度泛函方法研究了醋酸钯催化的五氟苯与苯的氧化C-H/C-H偶联反应机理. 主要考察了以下四种不同可能机理路径：A 苯C-H活化发生在五氟苯C-H活化前,B 五氟苯C-H活化发生在苯C-H活化前,C 苯C-H活化后与五氟苯银化合物发生转金属化,D 首先五氟苯银化合物与醋酸钯转金属化,然后发生苯的C-HH活化步骤. 计算结果表明,两个反应底物(五氟苯与苯)的C-H活化顺序在不同反应条件下是不同的,其中银盐的存在与否是决定因素. 在无银盐条件下,反应的优势路径是机理B. 在银盐存在条件下,五氟苯银盐与钯中心的配位非常容易,但是其生成的中间体难以引导后续的苯环C-H活化步骤,使得整个反应能垒较高. 因此,银盐的存在使得机理C的能量相对优势,该机理与机理A相似. 计算结果与氢/氘交换实验及动力学同位素效应的实验结果一致.     

Theoretical investigation on the mechanism of FeCl3-catalysed cross-coupling reaction of alcohols with alkenes

The mechanism of the FeCl₃-catalysed cross-coupling reaction of alcohols with alkenes has been investigated using the density functional theory. All calculations were performed in liquid phase. The structures of intermediates and transition states are computed and analysed in detail. The calculations show that the entire catalytic cycle consists in three steps: (1) H-abstraction, (2) free-radical addition, and (3) hydrogen transfer. The rate-limiting step in the whole catalytic cycle is the hydrogen-abstraction step. Only the quartet potential surface is likely to play an essential role in this cross-coupling reaction. The alpha-C(sp³)–H bond of the phenylpropanol is cleaved in a homolytic fashion. Moreover, we justify the change of the oxidation state of iron along the overall reaction pathway on the basis of the computed natural population atomic charges and spin densities. Our calculated results are consistent with and provide a reliable interpretation for the experimental observations that suggest the cross-coupling reaction occurs through a radical mechanism.     

CuI催化苯丙氨酸与溴苯发生C-N偶联反应机理理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法对Cu I催化苯丙氨酸与溴苯发生C-N偶联反应机理进行了理论研究.在6-31+G*水平上对反应过程中所有反应物、过渡态、中间体以及产物的几何构型进行了优化,通过能量和振动分析证实了过渡态的真实性;并且在相同基组水平上应用自然键轨道(NBO)和分子中的原子(AIM)理论分析了这些化合物的成键特征和轨道间的相互作用.研究发现了两条可能的反应通道IA与IB,其控制步骤活化能分别为202.81 k J.mol-1、196.10 k J.mol-1,由以上结果比较可以看出,反应通道IA与IB在整个反应过程可能同时发生,但IB反应通道具有较低的活化能,即IB通道为整个反应的最优反应通道.     

Theoretical investigation of the photochemical reaction mechanism of cyclopropenone decarbonylation

The gas-phase decomposition mechanism of the photochemical and thermal reaction of cyclopropenone leading to carbon monoxide and acetylene has been investigated theoretically. We employed the B3LYP, MP2, and CASSCF methods with the 6-311?+?G** basis set to determine the pathways and the potential energy surface (PES) of this reaction. PES minima were characterized by the absence of any imaginary frequencies and compared with the transition states that contained single imaginary frequencies. The intrinsic reaction coordinate (IRC) method was used to find the minimum energy paths in which reactants and products were connected to the transition states. Activation barrier, thermodynamic, and IRC analyses were performed using the above three methods. Our computations indicated that the decomposition of cyclopropenone proceeds through a stepwise mechanism containing two transition states (TS1 and TS2) and an intermediate. The results show that TS1, the critical transition state, determines the rate of the cyclopropenone decomposition reaction. Therefore, we employed natural bond order (NBO) calculations to probe the structure of the intermediate. The calculations showed that the intermediate has resonance structures containing a carbene and a zwitterion. Our results are in good agreement with previous theoretical and experimental studies.     

过渡金属离子Pt+和甲烷气相反应机理的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法研究了二重态和四重态Pt 与甲烷反应的机理.通过几何构型优化和频率计算,分别获得三个过渡态,并利用内禀反应坐标(IRC)计算进行了验证.在更高的基组水平上计算了单点能,并详细讨论了二重态和四重态的势能面.结果表明在二重态势能面上的反应具有比较低的能垒,是一个放热反应,所以该反应更易于在二重态上进行.氧化加成生成中间体HPt(CH3) 的步骤需要克服一个小小的能垒.     

Rate constants for the reaction of muonium with aromatic compounds

Rate constants for the reaction of muonium with benzene in water, methanol and n-hexane and for the reaction of muonium with p-difluorobenzene, anilin, hexafluorobenzene and styrene are reported. All rate constants are below the calculated diffusion controlled limit. The activation energy for the reaction of muonium with benzene in n-hexane is very small, indicating the possibility of tunnelling by muonium.     

PBT与固化剂的反应机理研究

本文采用密度泛函理论(DFT)研究了粘合剂端羟基3,3-双叠氮甲基氧杂环丁烷-四氢呋喃(BAMO-THF)共聚醚(PBT)和固化剂甲苯二异氰酸酯(TDI)模型化合物的结构性质.对粘合剂PBT和固化剂TDI进行了结构优化,通过计算与分析静电势能图,探究了固化反应可能的反应位点.PBT与TDI反应位点较多,易于形成网络结构.基于模型化合物,预测了四种可能的固化反应产物,计算了固化反应可能产物的结构和能量.确定了固化反应过程中热力学稳定结构,并对最可几的产物反应路径中的过渡态进行了计算,得到了最可能的固化反应的反应路径和活化自由能.该研究可为进一步分析PBT推进剂中涉及的老化反应提供依据.