取代氯苯化合物的电子结构和键离解能的理论研究

利用密度泛函（DFT）三种交换／相关函数（B3LYP,B3PW91,B3P86）结合6—31G^＊＊和 6-311G^＊＊基组,计算了13个取代氯苯化合物的键离解能．结果表明B3PS6／6—311G^＊＊方法是计算取代氯苯化合物键离解能的可信方法,研究发现C—Cl键的键离解能与所使用的基组和计算方法密切相关,取代基对C—Cl键的键离解能的影响不明显．研究了目标化合物的前线轨道能级差,并对取代氯苯化合物的热稳定性做了评估．     

Theoretical Study of Remote Substituent Effects on X-H （X=CH2, NH,O） Bond Dissociation Energies of Azulene

In the study, the X-H （X=CH2, NH, O） bond dissociation energies （BDE） of para-substituted azulene （Y-C10H8X-H） were predicted theoretically for the first time using Density Functronal Theory （DFT） methods at UB3LYP/6-311 ＋ ＋g（2df,2p）//UB3LYP/6-31 ＋g（d） level. It was found that the substituents exerted similar effects on the X-H BDE of azulene as those on benzene, except for 6-substituted 2-methylazulene. Owing to the substituent-dipole interaction, the reaction constants （ρ^＋） of 2- and 6-Y-CIoHsX-H （X=NH and O only） varied violently. The origin of the substituent effects on the X-H BDE of azulene was found, by both GE/RE and SIE theory, to be directly associated with variation of the radical effects, although the ground effects also played a modest role in determining the net. substituent effects.     

木质素模化物键离解能的理论研究

采用密度泛函理论B3P86方法,在6-31G(d,p)基组水平上,对木质素结构中的6种连接方式(β-O-4、α-O-4、4-O-5、β-1、α-1、5-5)的63个木质素模化物的醚键(C-O)和C-C键的键离解能E_B进行了理论计算研究。分析了不同取代基对键离解能的影响以及键长与键离解能的相关性。计算结果表明,C-O键的键离解能通常比C-C键的小,在各种醚键中C_α-O键的平均键离解能最小,为182.7 kJ/mol;其次是β-O-4连接中的C_β-O键,苯环和烷烃基上的取代基对醚键的键离解能有较强的弱化作用,C-O键的键长和键离解能的相关性较差。与C-O键相比,C-C键的键离解能受苯环上取代基的影响很小,而烷烃基上的取代基对C-C键的键离解能有较大的影响,C-C键的键离解能和键长之间存在较强的线性关系,C-C键的键长越长,其键离解能越小。     

卤代甲烷的键离解能与取代基效应

将芳环上取代基的电子效应参数引入卤代甲烷, 以卤代甲烷分子Y-CH_nX_{3－n (n＝0～3; Y＝H, F, Cl, Br, I; X＝F, Cl, Br, I)中Y-C键的标准键焓 与中心C原子相键连原子的场/诱导效应之和ΣFi、共轭效应之和ΣRi以及诱导偶极之和Σ(α×F)为参数, 建立了一个定量估算卤代甲烷分子中Y-C键离解能(BDE)的通用模型, BDE(Y-C)＝57.5460＋0.8855 －101.0780ΣRi－64.8390ΣFi－10.1034Σ(α×F). 对35个C-H, C-F, C-Cl, C-Br和C-I键回归分析结果表明, 估算Y-C键离解能的精度在实验误差范围内. 对外部数据集的预测结果表明, 该模型具有较高的预测精度, 可用于预测还没被实验测定的卤甲烷中Y-C键离解能. 还对卤代甲烷中104个C-Y键的键离解能进行了预测. 将芳环上取代基效应用于研究饱和体系化学键性能, 有利于深入理解取代基效应对化学键性能的影响.}     

取代基效应对褐煤模型化合物离解焓影响的理论研究

为了探究褐煤热解过程中氧桥键C-O均裂这一重要反应, 选取α-O-4和β-O-4类结构单元作为褐煤模型化合物, 运用不同密度泛函计算了部分模型化合物中C-O的离解焓, 并以CBS-QB3作为理论基准值进行比较, 最后选取M05-2X进行离解焓计算. 结果显示, 对于选定的α-O-4和β-O-4类模型化合物, 其平均离解焓分别为51.0 kcal/mol和66.1 kcal/mol. 周围取代环境能显著影响C-O离解焓, 芳环上存在给电子基团(OH, OCH₃和CH₃)能降低C-O离解焓, 而吸电子基团COOH则能增加其离解焓. 然后深层次分析了取代基效应对C-O离解焓的影响. 此外, 分子内氢键的形成对离解焓也有很大的影响. C-O的离解焓与其键长没有特定的相关性, 不能简单的通过C-O键长来预测其离解焓.     

烯丙位化学键均裂离解能及其取代基效应

使用复合从头算方法系统地获得了一批精确的烯丙位化学键的均裂裂解能(BDE). 取代基效应的研究表明, C—H与Si—H的BDE表现出差的Hammett关系, 而N—H, O—H, P—H与S—H的BDE表现出好的Hammett关系. 进一步分析表明烯丙位BDE受共轭效应比诱导/场效应的影响更为明显. 并且还讨论了BDE的基态效应和自由基效应, 其结果与最近报道的有关苄位BDE的结果基本一致.     

Si-H, P-H 和 S-H 键离解能Alfa取代基效应研究

CBS-Q and G3 methods were used to generate a large number of reliable Si--H, P---H and S--H bond dissociation energies （BDEs） for the first time. It was found that the Si--H BDE displayed dramatically different substituent effects compared with the C--H BDE. On the other hand, the P---H and S--H BDE exhibited patterns of substituent effects similar to those of the N--H and O--H BDE. Further analysis indicated that increasing the positive charge on Si of XSiH3 would strengthen the Si--H bond whereas increasing the positive charge on P and S of XPH2 and XSH would weaken the P---H and S--H bonds. Meanwhile, increasing the positive charge on Si of XSiH2^＋ stabilized the silyl radical whereas increasing the positive charge on P and S in XPH＂ and XS＊ destabilized P- and S-centered radicals. These behaviors could be reasonalized by the fact that Si is less electronegative than H while P and S are not. Finally, it was demonstrated that the spin-delocalization effect was valid for the Si-, P- and S-centered radicals.     

X-H (X = C, N, O, Si, P, S) 键离解能计算的密度泛函方法研究

使用了不同密度泛函方法计算X-H (X = C, N, O, Si, P, S) 键离解能，并分析不同密度泛函方法的计算精度。研究发现大多数密度泛函方法包括B3LYP, B3P86, B3PW91, G96LYP, PBE1PBE，和BH&HLYP都明显低估键离解能13-25 kJ/mol。该现象与是否使用无限基组无关，因为即使使用无限基组键离解能仍然被低估。因此密度泛函方法不适合用于键离解能的估算。其中B3P86方法的偏差最小。进一步分析表明，使用限制性开壳层计算并无任何优势，在大多数情况下非限制性开壳层计算实际上比限制性开壳层计算要好。最后，我们发现了密度泛函方法对键离解能的低估是系统的，因此建议利用校准后的UDFT/6-311++G(d, p)方法计算化学键离解能。     

对取代苯Ph—X（X=—f,OH,NH2）的价键理论研究

采用键表酉群方法对Ｃ６Ｈ５Ｆ，Ｃ６Ｈ５ＯＨ和Ｃ６Ｈ５ＮＨ２中的电子离域现象进行了计算和分析，讨论了取代苯的价键描述特性，并计算了取代基的π电子离域能。结果表明离子结构成分与离域能有直接关系。即离子成分越，电子高域能越大。     

含氮药物分子中氮a-位碳氢键离解能的理论研究

本文利用G3B3 和CBS-Q高精度理论方法检验了一系列胺类有机化合物中α-碳氢键离解能的实验测量值,在此基础上筛选出(U)BHandH/6-311++G(2df, 2p)//(U)B3LYP/6-31G(d)方法,发现其可以准确快速的预测氮α-碳氢键离解能。运用该方法研究了若干含氮药物分子,发现氮α-碳氢键离解能随药物分子结构发生明显变化。为了阐明其变化规律,系统研究单取代和双取代基效应,并解释了不同取代基效应的来源。     

取代基对木质素三聚体模型化合物醚键均裂反应影响的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论M062X/6-31++G(d,p)方法,对27种具有不同取代基(甲基、羟甲基和甲氧基)的木质素三聚体模型化合物的Cα-O和Cβ-O键均裂解离能进行了理论计算,探究了不同位置取代基对醚键解离能的影响规律。结果表明,当R2或R3位氢原子仅有一个被甲氧基取代时,Cβ-O键解离能变化很小;当R2、R3位氢原子均被甲氧基取代时,Cβ-O键解离能明显降低;且R4、R5位甲氧基能强化R2、R3位甲氧基对Cβ-O键解离能的降低程度,而不受R1位取代基的影响。当R4、R5位氢原子相继被甲氧基取代时,Cα-O键解离能逐渐降低,且R2、R3位甲氧基也能强化R4、R5位甲氧基对Cα-O键解离能的降低程度。当R1位氢原子相继被甲基、羟甲基取代时,Cα-O键解离能逐渐升高,然而R2、R3位甲氧基会弱化R1位甲基、羟甲基对Cα-O键解离能的升高程度;R1位甲基不会影响Cβ-O键解离能,羟甲基却能明显提高Cβ-O键解离能。     

立体效应和分子内诱导效应对R—X(R=烷基)键离解能变化趋势的影响

解释了"为什么R—X键离解能变化趋势不相同"的问题.R—X键离解能(BDE)可归因于3个主要因素:C—X固有健能,1,3成对排斥和分子内电荷-诱导偶极.当X原子给定,R—X(R=Me,Et,i-Pr,t-Bu)的BDE变化趋势由1,3成对排斥和分子内电荷-诱导偶极两个因素控制,前者减少R—X的BDE,后者增加或者减少R—X的BDE.在R—X为R—C键的系列化合物中(例如R—Me,R—CH==CH2,R—C≡≡CH,R—CN等),1,3成对排斥减少R—X的BDE,R—C键能变化趋势依R=Me,Et,i-Pr,t-Bu次序减小;对于X原子电负性小于C原子的R—X系列化合物(例如R—H,R—BH2,和R—SiH2等),上述两个因素均减小R—X的BDE,因而R—X键能变化趋势依R=Me,Et,i-Pr,t-Bu次序减小;对于X原子电负性大于C原子的R—X系列化合物(例如R—F,R—OH,R—Cl,R—Br,R—I,和R—NH2等),1,3成对排斥减少R—X的BDE,而分子内电荷-诱导偶极则增加R—X的BDE,于是R—X键能变化趋势取决于两者的竞争,结果表现为:(1)有的系列R—X键能变化依R=Me,Et,i-Pr,t-Bu次序增大(如R—F,R—OH等);(2)有的系列R—X键能变化依R=Me,Et,i-Pr,t-Bu次序减小(如R—I);(3)有的系列R—X键能变化依R=Me,Et,i-Pr,t-Bu次序变化很小(如R—Br).     

环境污染物中碳氯键离解能的理论研究

利用六种密度泛函理论方法（B3LYP, B3P86, MPW1K, TPSS1KCIS, X3LYP, BMK）对碳氯键离解能进行理论计算,结果发现几种新发展的密度泛函(DFT)方法用于碳氯键离解能的计算比传统的B3LYP有较大的改善,其中对能量估算相对准确的B3P86方法对碳氯键离解能的计算精度最高,对17个分子中碳氯键离解能计算的平均绝对偏差为6.58 kJ/mol。最后运用B3P86方法对一系列环境危害较大,但可通过光化学降解和生物降解的氯代有机物的碳氯键离解能值进行预测,并讨论了影响碳氯键离解能的结构性质关系。     

CH2=CHCl与O(3P)反应的理论研究

用量子化学密度泛函理论和QCISD(Quadratic configuration interaction calculation)方法,对0(^3P)与CH2CHCl的反应进行了理论研究．在UB3LYP／6—311 G(d,p),UB3LYP／6—31 (3df,3pd)计算水平上,优化了反应物、产物、中间体和过渡态的几何构型,并在UQCISD(T)／6—311 G(2df,2pO)水平上计算了单点能量．为了确证过渡态的真实性,在UB3LYP／6—311 G(3df,3pd)水平上进行了内禀坐标(IRC)计算和频率分析,并确定了反应机理．研究结果表明,反应主要产物为CH2CHO和Cl．     

吡啶与苄基溴衍生物Menschutkin反应的溶剂和取代基效应的理论研究

利用MP2/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-31+G(d,p)方法和SMD溶剂化模型研究苄基溴及其衍生物和吡啶在气相和乙腈溶剂中的Menschutkin反应机理,对其主要的两条反应途径:吡啶由溴的异侧或同侧进攻,进行理论计算,解释乙腈溶剂及取代基对反应机理的影响.计算结果表明,在气相和乙腈中,吡啶从苄基溴...     

水/乙醇混合溶剂中氨基酸离解的取代基效应

用LKB-2277BioActivityMonitor测定了298.15K时甘氨酸,丙氨酸和丝氨酸在水/乙醇混合溶剂中的离解焓,计算了相应的离解熵。根据三个氨基酸分别与某一参考酸之间的质子交换反应,重点讨论了溶剂结构变化对取代基效应焓,熵变化的影响。实验结果表明在水/乙醇混合溶剂的最大结构化区域,取代基效应最为显著。认为在混合溶剂的富水区大块的似冰山结构的水分子簇的寿命大大延长。     

立体效应和分子内诱导效应对R—X（R=烷基）键离解能变化趋势的影响

解释了＂为什么R—X键离解能变化趋势不相同＂的问题.R—X键离解能（BDE）可归因于3个主要因素：C—X固有健能,1,3成对排斥和分子内电荷-诱导偶极.当X原子给定,R—X（R=Me,Et,i-Pr,t-Bu）的BDE变化趋势由1,3成对排斥和分子内电荷-诱导偶极两个因素控制,前者减少R—X的BDE,后者增加或者减少R—X的BDE.在R—X为R—C键的系列化合物中（例如R—Me,R—CH==CH2,R—C≡≡CH,R—CN等）,1,3成对排斥减少R—X的BDE,R—C键能变化趋势依R=Me,Et,i-Pr,t-Bu次序减小;对于X原子电负性小于C原子的R—X系列化合物（例如R—H,R—BH2,和R—SiH2等）,上述两个因素均减小R—X的BDE,因而R—X键能变化趋势依R=Me,Et,i-Pr,t-Bu次序减小;对于X原子电负性大于C原子的R—X系列化合物（例如R—F,R—OH,R—Cl,R—Br,R—I,和R—NH2等）,1,3成对排斥减少R—X的BDE,而分子内电荷-诱导偶极则增加R—X的BDE,于是R—X键能变化趋势取决于两者的竞争,结果表现为：（1）有的系列R—X键能变化依R=Me,Et,i-Pr,t-Bu次序增大（如R—F,R—OH等）;（2）有的系列R—X键能变化依R=Me,Et,i-Pr,t-Bu次序减小（如R—I）;（3）有的系列R—X键能变化依R=Me,Et,i-Pr,t-Bu次序变化很小（如R—Br）.     

(CH2)2N和(CH3)2NH+的密度泛函理论计算

用密度泛函理论UB3LYP／6-31G（d,p）方法研究了二甲胺自由基（CH3）2N及其质子化离子（CH3）2NH 的构象和超精细结构．在由构象研究得到的两种自由基的最稳定结构上,用密度泛函的UB3LYP和UB3PW91方法及从头计算的UHF、UMP2（FULL）方法计算了α-质子、β-质子和N核上的超精细偶合常数A（Hα）、A（Hβ）和A（N）结果表明：两种自由基中甲基内旋转的位垒均很低,分别为0．46kJ·mol-1（（CH3）2NH ）和2．6kJ·mol-1（（CH3）2N）．UB3LYP／6-31G（d,p）和UB3PW91／6-31G（d,p）计算的A（Hα）、A（Hβ）和A（N）与ESR实验结果符合得很好,UMP2／6-31G（d,p）方法的计算值与实验值符合得也较好．     

靛蓝及其取代物的密度泛函理论研究

运用量子化学中密度泛函理论(DFT)方法,在B3LYP／6-31G^ 水平上对靛蓝及其芳环4,4′-,5,5′-,6,6′-,7,7′-取代衍生物进行理论计算．探讨了F,Cl,Br,NO2,CH3O,CH3在不同位置的取代对分子的几何构型、电子结构和电子光谱的影响,获得与实验结果相一致的结论．还用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法在相同水平计算其电子光谱．结果表明靛蓝及其芳环取代衍生物的最低激发单重态(S1)均源自HOMO-LUMO(π-π^*)跃迁．