气相中的自由基转移反应——S_H2取代反应

自由基转移反应或称自由基取代反应,是指自由基从一中性分子中攫取一个原子(通常是H原子),生成一个新的自由基和一个新的稳定分子的反应: X. R—H→H—X R.在机理上,这一基元过程称为均裂型双分子取代,即S_H2反应。本报告准备就控制这类反应的几种因素进行探讨。表1中所列的是各种不同的原子或自由基从烷烃中攫取氢原子的相对选择性。自由基与烷烃反应,攫取伯碳、仲碳或叔碳原子上的H     

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).     

卤代烷第一电离能的变化规律研究

卤代烷RX的第一电离能[WTBX]Ip的变化规律可用如下方程表示：Ip(eV)=3.3380+0.7344Ep(X)+2.7424[(1/ax)qx-1.4302PEI其中,Ep(X)、x分别为卤素原子最外层P电子的电离能和原子极化度,qx是卤代烷RX分子中卤原子X所带的部分电荷,PEI是RX分子中烷基R的极化效应指数。研究结果表明用上式估算卤代烷的第一电离能与实验值符合的比较好。     

硅苯和锗苯与2,3-二甲基丁二烯杂Diels-Alder反应的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法在B3LYP/6-311G(d,p)水平上研究了硅苯和锗苯与2,3-二甲基丁二烯的两类杂Diels-Alder反应的微观机理、势能剖面、取代基效应和溶剂效应.计算结果表明,所研究反应均以协同非同步的方式进行,且C—Si或C—Ge键总是先于C—C键形成.在硅苯或锗苯分子作为杂亲二烯体的[2+4]反应中,endo进攻方式的非同步性比exo进攻稍大一些,而后者比前者一般要稍稍有利一些.在硅苯或锗苯分子作为杂二烯烃的[4+2]反应中,反应非同步性的大小与产物中不对称的亲二烯体上的取代基与硅或锗原子之间的相对位置有关,且在动力学上总是非同步性较大的反应更容易进行一些.硅或锗原子上的CCl3或NH2取代基在热力学和动力学上一般有利于反应的进行,而C(CH3)3取代基的影响则相反.[2+4]反应在热力学和动力学上均远比相应的[4+2]反应容易进行,这与实验完全一致.苯和甲醇溶剂对所研究反应的势能剖面影响较小.     

单取代烷烃液相生成焓估算新方法

根据烷基R和取代基X(Cl、Br、I、OH、SH、NO2、CN、NH2、CHO和COOH等)本身的电子效应, 应用烷基R的极化效应指数PEI和取代基X的电负性χX定量描述单取代烷烃RX中R和X间的相互作用, 再结合已提出的C—C键和C—H键的键连接矩阵的特征根, 建立了一个估算单取代烷烃RX液相生成焓的方程： ΔfH0(RX, l)＝－39.5001ΣX1CC＋33.5508NCC－0.0789ΣX1CH－25.7087NCH＋0.1557ΣSij＋0.9976H(X)－ 27.6642 PEI(R)×χX＋31.5043χX 此方程用于估算RX的生成焓, 不仅结果非常令人满意(其相关系数R达到0.9999, 标准偏差SD仅为2.87 kJ•mol^-1), 而且方程中各项参数的物理意义也非常明确, 便于人们深入地理解分子结构与性能的关系. 应用去一法(leave-one-out)对以上方程进行交叉验证分析表明该方程具有较好的稳定性和较强的预测能力. 研究发现, 著名的Luo氏方程是上述方程的一种特殊形式, 上述方程是对Luo氏方程的一个较大扩展. 该方法为研究更复杂体系内基团之间的相互作用提供了一种新的方法和思路.     

CH_2=CClF→(hv) ·CH=CClF+H光解反应的理论研究

采用UHF,CIS和CASSCF方法,在aug-cc-pvdz基组水平上对CH2=CClF?h?v→?CH=CClF+H的光解反应通道及其后续反应作了研究.计算表明:分子吸收一个光子后,在第一电子激发态(S1)经过一个过渡态解离与Cl原子同侧的C—H键,这与用CIS方法计算垂直激发得到的π→σ*C-H跃迁及其对Frank-Condon点的计算中分子的单占轨道和键电荷密度变化所预测的结果是一致的.光解产物?CH=CClF(基态)还可再发生反应,经过渡态解离C—Cl键或是C—F键.     

自由基分解反应活化能的快速估算

自由基分解反应R'→R+M的活化能可按如下经验公式快速估算: E_d,R=E_d^o-V(R)式中E_d^o是一个只和产物分子M的类型有关的常数,V(R)是原子团变更能。本方法的误差为±1～2 kcal/mol。     

杂氮硅三环类化合物的X-射线光电子能谱(XPS)和EHMO计算研究

本文用X-射线光电子能谱(XPS)研究了二十种硅上带有不同取代基(R)的杂氮硅三环类化合物,并对其中R为F,Cl,Br,I,CH_3,H,CH=CH_2,CH_2Cl,CHCl_2等九种该类化合物做了EHMO(广义Hückel分子轨道法)理论计算处理。从杂氮硅三环类化合物各组成元素的XPS谱,不但再次证明了这类化合物分子中N→Si配位键的存在,并得到不同取代基(R)对N→Si配位键强度的影响。EHMO计算求得的原子净电荷(Q)与不同取代基(R)所引起的N_(1s)和Si_(2p)结合能位移有线性关系。而计算的键序能很好地预言实验中取代基(R)的改变对N→Si配位键强度的影响。同时计算表明,在该类化合物中,其N→Si配位键的强度约为相应的Si—O共价键平均键强的一半。     

CH2=CCIFhv→·CH=CCIF+H光解反应的理论研究

采用UHF,CIS和CASSCF方法,在aug-cc-pvdz基组水平上对CH2=CCIFhv→·CH=CClF+H的光解反应通道及其后续反应作了研究.计算表明:分子吸收一个光子后,在第一电子激发态(S1)经过一个过渡态解离与Cl原子同侧的C-H键,这与用CIS方法计算垂直激发得到的π→σ*C-H跃迁及其对Frank-Condon点的计算中分子的单占轨道和键电荷密度变化所预测的结果是一致的.光解产物·CH=CCIF(基态)还可再发生反应,经过渡态解离C-Cl键或是C-F键.     

卤代硅烷(R3SiX)与NR’3形成五配位硅化合物的加成反应

对R3SiX(R=H、CH3; X=F、Cl、Br、I)与NR’3 (R’=H、CH3)的加成物用量子化学密度泛函方法在B3LYP/6-31g(d,p)基组下(X原子采用cep-121g基组)进行了两种加成方式的研究. 一种是NR’3沿Si—X键轴向位置的加成, 另一种是NR’3沿Si—X键侧向接近的加成. 计算结果表明, 前者更稳定且更容易形成加成物; Si上斥电子基团不利于Si—N键的形成, 而N上斥电子基团则有利于Si—N键的形成; NH3-H3SiX系列和N(CH3)3-H3SiX系列均能以两种方式进行加成, NH3-H2(CH3)SiX系列仅能沿Si—X键轴向进行加成, 而NH3-H(CH3)2SiX和NH3-(CH3)3SiX 系列两种方式都不能进行加成; 在同系列加成产物中, 以X=Cl时所得加成物最稳定. 讨论了所有加成物中各键的性能、NBO电荷变化、取代基对加成物结构和稳定性的影响, 并对H3SiX(X=F、Cl、Br、I)与NH3及N(CH3)3加成物在有机溶剂中导电的可能性进行了讨论.     

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）.     

邻基参与作用

分子是一个整体,分子中的每一个原子或原子团总是相互影响、相互制约的。取代基对分子反应中心的影响除了通过熟知的电子效应和立体效应以外,还能发生直接的作用。即某些取代基可以部分地或完全地与反应中心成     

烷基极化效应与X=O键伸缩振动频率

烷基取代物R'X=O的X=O键伸缩振动频率ν与烷基R的极化效应指PEI(R)的关系可表示为:ν=a+bPEI(R)。研究结果表明,烷基的极化效应使X=O键的伸缩振动频率降低。     

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。     

含硫氮杂环卡宾铁羰基簇合物的合成和结构

Fe~3(CO)~1~2与4个S,N取代的杂环硫代酰胺配前体[SCSC(SR)NNPh(SL~n),其中SL~1:R=Me;SL~2:R=Et;SL~3:R=n-Pr;SL~4:R=i-Bu]反应,合成得到含硫氮杂环卡宾配体的通式为[Fe~3(CO)~8(μ~3-S)~2L]的4个新羰合铁簇合物(1～4)。其配体S原子和杂环卡宾L皆来自配前体SL的劈开。对它们进行了元素分析,IR,^1HNMR和MS表征,并用X射线衍射测定了2的晶体分子结构,表明含硫氮杂环分子片CSC(SR)NNPh(L)的卡宾碳具有sp^2成键特征,其C~卡~宾键长为0.1960nm。2的分子几何构型维持母体物[Fe~3(CO)~9(μ~3-S)~2]的形状,其中卡宾基取代四方锥分子骨架Fe~3S~2基底平面Fe(1)S(1)Fe(3)S(2)的Fe(3)原子上径向位置的一个端羰基CO。     

过渡金属M (M=Cu,Ag, Au)对X…Cl (X = F,Cl, Br)卤键相互作用强度的影响

采用量子化学方法,通过MCH2X…ClF(M=Cu,Ag,Au;X=F,Cl,Br)和CH3X…ClF两类复合物的对比,探讨了过渡金属对卤键相互作用强度的影响.CH3X…ClF复合物只有卤键相互作用,而优化MCH2X…ClF复合物除了得到一种只含有卤键相互作用的构型外,还得到一种含有过渡金属和Cl原子相互作用的稳定构型.含有过渡金属的复合物稳定性明显增加,Ag取代的复合物稳定性增加最为明显,Cu次之,Au最不明显.X原子最负分子表面静电势(MEP)减小是复合物稳定性增加的根本原因.利用自然键轨道(NBO)及分子中原子(AIM)分析进一步对体系的分子间相互作用进行了探讨.二阶稳定化能与键鞍点处拓扑性质的计算结果与相互作用能符合得很好.     

基于缺陷曲率对含有V_1～V_4空位(5,5)单壁碳纳米管[1+1]和[2+1]加成反应的第一性原理研究

本工作使用GGA-PBE方法研究了H和O在含有V_1~V_4空位(5,5)单壁碳纳米管[1+1](H/[1+1])和[2+1](O/[2+1])加成反应的结合能、几何和电子结构.基于方向曲率理论提出的缺陷曲率包括原子曲率(KM-def)和键曲率(K_(D-def))预测了空位缺陷区不同原子和键的加成反应活性.计算结果表明,不管是[1+1]还是[2+1]加成,V_1和V_3空位缺陷中含有悬空键的C原子化学活性最强,且在[2+1]加成反应中C与O原子形成了羰基;对空位缺陷区其它原子或键,H与(5,5)管V_1~V_4空位缺陷区的原子结合能随K_(M-def)的增大而增大;O加成在大K_(D-def)的C—C键时,C—C键易被打断,形成C—O—C产物结构,且相应的结合能较大;O加成在小K_(D-def)的C—C键时,C—C键未被打断,形成三元环产物结构.H/[1+1]和O/[2+1]加成反应结合能除了主要受曲率的影响,还受到参与反应的C原子在(5,5)管最高占据分子轨道的电荷密度以及分波态密度的影响.这些研究将为含有空位缺陷碳纳米管的表面修饰提供理论依据.     

钼铁混合金属原子簇的研究——Ⅰ.(η~5-C_5H_5)_2Mo_2Fe_2(μ_4-Te)(μ_3-Te)_2(CO)_6的合成和结构表征

本文用Fe_3(μ_3-Te)_2(CO)_9同Mo_2(CO)_6(η~5-C_5H_5)_2反应合成出标题化合物。结晶学参数如下:空间群Imm2,620个I≥2σ(I)的独立衍射参加最小二乘法修正结构,最终R因子值为0.022。X射线分析表明Mo_2Fe_2形成一蝴蝶型结构,其中两钼原子占据两蝴蝶翼的交界处,Mo—Mo=2.819。两个铁则处于蝴蝶翼的顶端,Mo—Fe=2.932(2)。每个钼原子与一个环成二烯基键联,三个羰基配体以端基的形式与每个铁原子键联。一碲原子处在蝴蝶型开口的上方键联四个金属原子,Mo—Te(μ_4)=2.625(2),Fe—Te(μ_4)=2.713(2)。两个μ_3-碲原子处在μ_4-Te原子的对面,分别处在二个FeMo_2三角面上,Mo—Te(μ_3)=2.678(1),Fe—Te(μ_3)=2.513(3)。整个分子具有严格的C_2v对称性,整个簇骼结构可看成双帽三角双锥构型。     

双二硫代乙酰丙酮二羰基铁的合成、晶体结构和分子结构

Fe(SacSac)_2(CO)_2晶体结构已用X射线衍射法测定,对于143t个I≥3σ(I)的衍射点最后偏离因子R=0.0056,R_w=0.058。分子结构基本特征是两个二硫代乙酰丙酮基及两个羰基成顺式构型,围绕Fe原子配位的4个S原子和2个C原子基本上成八面体。分子中的两个(SacSac)-配位基均是平面状的,C-C键长与通常的取代苯C-C键十分类似,均在1.37-1.38(?)之间。     

对苯二胺功能化还原氧化石墨烯的结构和官能团变化

采用一步水热回流法,选取对苯二胺(PPD)对氧化石墨烯(GO)进行还原与改性处理,制备了功能化还原氧化石墨烯(GOP-X).采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)及X射线衍射(XRD)等研究了PPD与GO的反应作用类型及结构变化.结果表明,随着PPD与GO质量比的增加,GOP-X层间距(d值)先增大后减小,GOP-X共轭结构逐渐恢复,与溶剂分子作用时,层间距增幅呈减小趋势,并最终趋于恒定.PPD单体与GO反应时存在3种键合类型:(1)GO含氧官能团和PPD分子之间的氢键作用(C—OH…H2N—X);(2)质子化PPD与弱酸性GO带负电位置之间的离子键作用(—COO-H3+N—X);(3)PPD中氨基(NH2)与GO含氧官能团之间形成的共价键作用.与GO中羧基(COOH)的酰胺化反应将先于与环氧基(C—O—C)的亲核取代反应.提出了相应的作用机理.