芳香过渡态理论及其在协同反应中的应用

在通常的有机化学书中,协同反应都是应用前沿轨道理论或能级相关理论来进行解释,而很少涉及芳香过渡态理论。其实芳香过渡态理论还是有许多可行之处的,特别是对分子轨道没有任何对称性的协同反应,应用能级相关理论无法解释时,采用该理论能得到满意的解释。　　芳香过渡态理论建立在Ｄｅｗａｒ理论和Ｚｉｍｍｅｒｍａｎ理论基础上,它把所有环状π电子系分为两大体系［１］：Ｈüｃｋｅｌ体系和Ｍｂｉｕｓ体系。如一个大环π电子体系经过零次或偶数次的扭转,即出现零次或偶数次的符号改变,称之为Ｈüｃｋｅｌ体系;若环状π电子系出…     

羟基负离子与一氟甲烷双分子亲核取代反应的量子化学研究

本文用LCAO-MO-SCF ab initio方法, 对OH^-+CH3F→CH3OH+F^-反应进行了过渡态理论及前线轨道理论的量子化学研究, 以4-31G为基组, 计算了反应进程的势能曲线,得到了过渡态的几何构型, 并用MP2方法进行了电子库仑相关效应的校正, 反应活化能的计算值与实验数据较为一致。用前线轨道理论对反应中分子重新组合过程进行了轨道分析, 较全面地解释了该反应的机理。     

卤代硅烯异构化为卤代甲硅烷基硅烯的热力学与动力学分析

利用密度泛函理论(DFT) 中的B3LYP方法,全参数优化了卤代硅烯HXSi=SiXH（X=F、Cl、Br、I）异构化反应的反应物、产物及过渡态的几何构型,计算出了它们的振动频率、零点振动能(ZPVE)和总能量,并对它们进行了振动分析,以确定过渡态的真实性。又计算了反应的热力学函数变化,平衡常数及速率常数,比较了不同卤素对反应的影响。热力学与动力学计算结果表明,该异构化反应过程是一个放热的、且在低温下可自发进行的反应,但对于溴代硅烯和碘代硅烯而言,当温度达到1000 K时,反应开始转化为非自发反应。     

N-4-戊烯基硝酮的分子内环加成反应的区域选择性的理论研究

用MINDO/3方法求出了N-4-戊烯基硝酮分子内环加成反应的过渡态和反应途径.两个环加成区域异构体是由N-4-戊烯基硝酮的两个不同的构象经过各自的过渡态得到的. 理论分析满意地解释了实验结果.     

2,6-硫代黄嘌呤质子互变异构反应机理的理论研究

在密度泛函B3LYP/6-311G~(**)理论水平上,对气相和水相中2,6-硫代黄嘌呤各烯醇式与酮式水助质子互变异构体及其过渡态进行几何构型全自由度优化,获得它们在气相和水相中的几何结构和电子结构,PCM反应场溶剂模型用于水相计算.结果显示在气相和水相中,水参与反应降低了互变异构质子迁移的反应活化能,对互变异构质子迁移的反应起到催化作用,但是没有改变各异构体的稳定性顺序,其顺序为W1＞W3＞W2.进一步研究了2,6-硫代黄嘌呤各烯醇式与酮式水助质子互变异构的反应机理,提出了2,6-硫代黄嘌呤各烯醇式与酮式互变异构质子迁移的反应为平面六元环的过渡态结构.探讨了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.     

Ru(II)催化有机叠氮与炔反应机理的理论研究

采用密度泛函理论, 对在Ru(II)催化剂存在下, 有机叠氮化合物和末端炔的反应机理作了深入理论研究. 在B3LYP/LANL2DZ水平上, 对该反应体系中势能面各驻点的几何构型进行了全优化计算, 并经振动频率分析确定了过渡态和中间体, 通过内禀反应坐标(IRC)的计算, 确认了反应物、中间体、过渡态和产物的相关性. 对多个反应通道的协同反应以及分步反应进行了研究. 结果表明: 协同反应通道Ic和分步反应通道IIc是反应能垒较低的反应通道, 活化自由能较其它反应通道低, 有利于1,5-二取代1,2,3-三唑的生成, 具有特定的区域选择性, 与实验结果吻合.     

Ru(II)催化有机叠氮与炔反应机理的理论研究

采用密度泛函理论, 对在Ru(II)催化剂存在下, 有机叠氮化合物和末端炔的反应机理作了深入理论研究. 在B3LYP/LANL2DZ水平上, 对该反应体系中势能面各驻点的几何构型进行了全优化计算, 并经振动频率分析确定了过渡态和中间体, 通过内禀反应坐标(IRC)的计算, 确认了反应物、中间体、过渡态和产物的相关性. 对多个反应通道的协同反应以及分步反应进行了研究. 结果表明: 协同反应通道Ic和分步反应通道IIc是反应能垒较低的反应通道, 活化自由能较其它反应通道低, 有利于1,5-二取代1,2,3-三唑的生成, 具有特定的区域选择性, 与实验结果吻合.     

凝聚相质子转移反应的量子动力学理论

质子转移反应在化学、生物、材料等领域起着十分重要的作用.相关研究中尚未得到很好解决的一个重要问题是质子自由度的量子力学效应对反应动力学的影响.本文简介近年来凝聚相质子转移反应量子动力学理论的一些进展,主要包括修正的过渡态理论、量子过渡态理论,将质子自由度量子化以后的非传统质子转移反应理论,以及通过数值模拟直接计算质子转移反应的方法,并简单介绍质子耦合电子转移理论的框架.     

烯烃光敏氧化反应机理——Ⅰ.富电子烯烃与单线态氧1,2-加成反应机理的量子化学研究

本文用量子化学(简称量化)的半经验及从头算法对氨基乙烯及乙烯与单线态氧1,2-加成反应机理进行了研究。首先应用MINDO/3辅以Powell法对两个体系各基元过程过渡态进行了优化。得到了与前人不同的结构。而后利用Fukui提出的IRC理论计算了这两个体系整个反应途径。计算结果不但证实我们所得过渡态结构的可靠性,也证实对于富电子烯烃,反应确实经由两性离子中间体。同时基于反应途径对反应全过程进行了详细分析并结合从头算相互作用能的分解对取代基电子效应提出了较为深入合理的理论解释。     

多通道反应O(3P)＋CH2F的理论研究

用密度泛函理论研究了氧原子与氟代甲基自由基的反应.反应中出现的所有物种的平衡构型用B3LYP方法在6-311＋＋G（2d, 2p）基组水平上进行了优化，同时对各物种进行了频率分析；在同一理论水平上计算了各反应通道的势能面变化，分析了反应物、中间体、过渡态、产物的振动模式随反应途径的变化关系，阐明了该多通道反应的反应机理.     

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.     

9-氯-9-硼芴与NaBH4反应的理论研究

采用密度泛函理论研究了9-氯-9-硼芴与NaBH₄反应的机理, 优化得到了10个中间体和12个过渡态, 并确定了可能的反应通道. 计算结果表明: 主反应通道包含了6个中间体和5个过渡态, 决速步活化能为80.35 kJ•mol^－1, 9-硼芴并非反应势能面上最稳定的中间体. 解释了实验上不能成功分离出稳定中间体9-硼芴的原因.     

CH~2(^3B~1)+H~2→CH~3+H的反应途径及动态理论研究

用从头算的UHF/6-31G方法,反应途径哈密顿理论以及变分过渡态理论, 计算了反应CH~2(^3B~1)+H~2→CH~3+H的反应途径.沿反应途径的动态学性质和正则变分过渡态理论的速率常数,用变分过渡态方法处理效果明显;较低温度下考虑隧道效应更重要,而用小曲率近似的校正是有效的;H~2 分子的振动激发对反应速率常数有较大增进.     

CH~2(^3B~1)+H~2→CH~3+H的反应途径及动态理论研究

用从头算的UHF/6-31G方法,反应途径哈密顿理论以及变分过渡态理论, 计算了反应CH~2(^3B~1)+H~2→CH~3+H的反应途径.沿反应途径的动态学性质和正则变分过渡态理论的速率常数,用变分过渡态方法处理效果明显;较低温度下考虑隧道效应更重要,而用小曲率近似的校正是有效的;H~2 分子的振动激发对反应速率常数有较大增进.     

ClO与ClO自由基反应机理及电子密度拓扑分析

利用密度泛函理论对ClO与ClO自由基反应机理进行了深入理论探讨,在B3LYP/6-311＋＋G（3df）水平上对该反应体系的反应物、中间体、过渡态及产物进行了几何构型优化,对反应通道进行了IRC(内禀反应坐标）路径解析,计算了沿各反应通道的能垒和离解能,并进行了零点能校正.从量子拓扑学的角度,对反应通道IRC途径上一些重要点进行了电子密度拓扑分析,讨论了反应过程中化学键的断裂、生成以及键的变化规律,找到了反应途径的能量过渡态和结构过渡态.     

H+ClF→HCl+F微观分支反应机理的从头算分子轨道法研究

用从头算分子轨道法对反应H+ClF→HCl+F的势能面进行了系统的研究。在势能面上找到了与该反应相应的两个过渡态, 并通过对从这两个过渡态出发的内禀反应坐标的分析, 得出了H与ClF生成HCl的反应途径存在着微观分支的结论。同时又由H以不同角度进攻ClF中Cl原子一端反应势垒的变化情况, 对势能面上出现分支的原因作出了解释。     

硼氢化钠还原潜手性酮反应机理的量子化学研究

用从头计算方法对硼氢化钠不对称还原对甲基环己酮的机理进行了研究. 探讨了四元环和六元环机理, 其中每种机理有三种途径, 主要的途径是经过过渡态的两步反应途径. 计算结果表明, 无溶剂参与反应的四元环过渡态机理虽然能解释其还原历程, 但计算所得的对映体组成与文献值相差很大. 而对质子性溶剂异丙醇参与的六元环机理的研究发现反应产物的对映体组成的计算结果与文献实验值吻合较好. 这表明该反应主要经历六元环过渡态的两步反应历程.     

CH2ClO与NO反应机理的理论研究

采用B3LYP,MP2方法在6-31 (d,p)和6-311 G(d,p)水平研究了CH2ClO自由基与NO反应的微观机理,找到了三个可能的反应通道.并得到了各反应通道的反应物、中间体、过渡态和产物的优化构型、谐振频率.成功地解释了Wu等的实验结论.从电子密度拓扑分析的角度,讨论了化学反应过程中化学键的变化规律,为实验研究大气化学反应提供理论依据.找到了该反应的结构过渡态(结构过渡区)和能量过渡态,发现了反应热与结构过渡区之间的关系.     

C_2H_2~＋＋H_2→C_2H_3~＋＋H反应振动选态速率常数的理论研究

用从头计算法辅以能一梯度法优化了反应Ｃ_２Ｈ＋Ｈ_２→Ｃ_２Ｈ＋Ｈ的过渡态，用福井谦一的理论求出反应途径，用反应途径哈密顿理论及正则变分过渡态理论计算沿反应途径的动力学性质和反应速率常数。在此基础上对涉及振动激发的选态反应速率常数进行计算，所得结果与现有的实验结果相符合。     

利用结构相关性方法研究碳氢键活化反应C-H+M■的机理

本文利用结构相关(?)方法对碳氢键活化反应的氧化加成反应机理进行了研究.建立了反应的过渡态,并对反应途径进行了描述.根据所得到的反应途径对碳氢键活化研究中的一些问题进行了解释.