关于键解离能、键能、反应焓变的探讨

键解离能、键能、反应焓变是广泛应用的化学术语,也是中学化学教学中容易混淆的概念。通过探讨3者的联系及区别,以期让教师形成清晰认识,从而在教学实践中加以准确应用。     

分子络合物的键能研究

本文提出一个定量表达分子络合物中给体和受体作用能的计算模式.根据此模式对约350种分子络合物的生成热进行计算,计算值和实验值吻合良好.在此键能计算模式的基础上,还对给体电离势、配位中心和位阻效应等问题展开讨论.     

铁的单核羰基络合物键能和成键特性的研究

通过电荷自洽叠代的ＥＨＭＯ量子化学计算,求得Ｆｅ（ＣＯ）５,ＰＸ５（Ｘ＝Ｆ,Ｃｌ）及Ｆｅ（ＣＯ）４Ｈ２分子的键能ＥＡＢ并分析它与键强度的关系,解释了Ｆｅ（ＣＯ）５分子中键长长的Ｆｅ－Ｃ键其键强度反而比键长短的Ｆｅ－Ｃ键强,Ｆｅ（ＣＯ）５和Ｆｅ（ＣＯ）４Ｈ２中Ｃ－Ｏ键键长相等,但键强度又不一样的“反常”现象     

氯代酚中O—H键解离能的脉冲激光光声微量量热稳定

利用脉冲激光光声微量量热技术测定出二特丁基过氧化物（ｔ－ＢｕＯ）２）光解量子产率Φ，及（ｔ－ＢｕＯ）２与５种氯代酚光化夺氢反应过程的热效应，并结合热力学计算出５种氯代酚中的Ｏ－Ｈ键解离能。     

氯代酚中O—H键解离能的脉冲激光光声微量量热测定

利用脉冲激光光声微量量热技术测定出二特丁基过氧化物［（ｔ＿ＢｕＯ）２］光解量子产率Φ，及（ｔ＿ＢｕＯ）２与５种氯代酚光化夺氢反应过程的热效应，并结合热力学计算出了５种氯代酚中的Ｏ—Ｈ键解离能。     

H+、NH+4对HMX的N—NO2键解离能的影响

采用密度泛函理论的B3P86/6-31G**方法, 优化了β-HMX及其与H⁺、NH^+₄分别形成的复合物的稳定结构, 计算了β-HMX以及复合物中最弱的N—NO₂键解离能. 结果发现, HMX与H⁺、NH^+₄形成复合物后, 使HMX的构型产生较大变化; 与H⁺结合后, HMX的一个N—NO₂键显著伸长, 键级变小; 但与NH^+₄形成复合物后, HMX中键级最小的N—NO₂键长变化不大. 键解离能计算表明, 同β-HMX相比, 与H⁺形成的两种复合物中N—NO₂键解离能分别降低了近20 和82 kJ·mol^-1, 而HMX与NH^+₄形成的复合物中N—NO₂键解离能仅降低了约8 kJ·mol^-1, 表明H⁺对β-HMX的N—NO₂键的初始热裂解反应有促进作用, 而NH^+₄影响不明显.     

金属有机化合物中金属-配体键能的研究进展

介绍了金属有机物质热力学研究的进展,概述了过渡金属-配体键能的基本概念、估测方式、实验和理论研究方法.收集了已测得的第三副族到第八族所有中性金属有机络合物金属-配体σ-单键绝对键焓的实验值.对第三副族及锕系元素,收集了钪-氢、钪-碳、钍-氢、钍-碳、钍-氮、钍-氧、钍-硫、钍-氯、铀-氢、铀-碳、铀-硅、铀-氧、铀-氯、铀-溴、铀-碘、钐-氢、钐-碳、钐-硅、钐-氮、钐-磷、钐-氧、钐-硫、钐-氯、钐-溴和钐-碘键的键焓.对第四副族元素,收集了钛-碳、锆-氢、锆-碳、锆-硅、锆-氮、锆-氧、锆-氯、锆-碘、铪-氢、铪-碳键的键焓.对第五副族元素,收集了钒-氢、钽-碳键的键焓.对第六副族元素,收集了铬-氢、铬-碳、铬-硅、铬-氮、铬-氙、钼-氢、钼-碳、钼-硅、钼-氮、钼-磷、钼-氯、钼-溴、钼-碘、钼-氙、钨-氢、钨-碳、钨-硅、钨-氮、钨-氩、钨-氪、钨-氙键的键焓.对第七副族元素,收集了锰-氢、锰-碳、锰-硅、锰-氧、锰-硫、锰-氯、锰-溴、锰-碘、锝-氯、锝-溴、锝-碘、铼-氢、铼-碳、铼-氯、铼-溴、铼-碘键的键焓.对第八族元素,收集了铁-氢、铁-碳、铁-氮、铁-氩、铁-氪、铁-氙、钌-氢、钌-碳、钌-磷、锇-氢、锇-碳、钴-氢、钴-碳、铑-氢、铑-碳、铱-氢、铱-碳、铱-氯、铱-溴、铱-碘、镍-碳、镍-硫、钯-碳、铂-氢、铂-碳键的键焓.但未包括平均键焓值.此外,还收集了铁-氢、铁-碳、铁-氮、铁-磷、铁-羰基、铁-亚硝基、铁-氧分子、铁-硼、铁-铝、铁-镓、铁-铟、铁-铊键的理论计算值以及金属有机片断和离子的键焓.     

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。     

烷烃中碳氢键离解能的估算及其应用

将烷烃中的C－H键看成氢原子H与烷基Ri相连接而成的Ri－H键，以烷基的 HOMO能级和氢原子的轨道能来关联Ri－H键的离解能BDE。研究表明，烷烃分子中 Ri－H键的离能BDE与烷基Ri的极化效应指数PEI（Ri）有良好的线性关系：BDE＝ c+dPEI(Ri)。所得方程具有良好的估算精度。烷基Ri极化效应指数PEI（Ri）在羟 基自由基与烷烃反应速度常数的定量相关中，也得到良好的应用。     

Murai反应中芳香酮邻位C–H键活化的区域选择性的理论研究

钌催化剂RuH_2(CO)(PPh_3)_3使Murai反应中芳香酮β位C–H键的催化活化反应具有极高的产率与选择性.本文采用密度泛函(DFT)方法研究了钌配合物催化芳香酮邻位C–H键活化的反应机理,剖析了芳香酮C–H键活化反应中产生区域选择性的原因.计算结果表明,C–H键的活化位垒为1.1 kcal/mol,从反应动态学角度很好地解释了该反应的区域选择性.通过路径a与路径b的比较,发现C=C双键更容易插入到Ru–H键而不是Ru–C键中.另外,无论C–C键形成(C–C活化过程)出现在路径a的烯烃插入基元反应,还是出现在路径b的还原消除基元反应,C–C键形成步骤都是整个催化反应的决速步骤.与路径a和b比较,反应路径c中C–C键形成过程的空间位阻较大,能垒也更高.     

键能的分子轨道理论研究 1: 理论公式

从LCAO-MO出发, 给出了一个计算键能的近似方法, 即EAB(i)-∑∑CaiSabCbiεi为第i个占据分子轨道(MO)中的一对电子对A-B键键能的贡献。对所有分子轨道求和即为该键的键能: EAB=∑EAB(i)。按该方法, 不仅可以计算各种不同分子中每两个相键连原子间的键能, 还可以从MO及AO角度分析每一具体键, 如σ, π, δ键的键能以及各AO对键能的贡献。该方法虽有别于求键焓和平衡离解能De, 但计算结果和De的实验值甚相符合。通过对键能的分析研究, 能较好地揭示原子间的相互作用关系及化学键的强弱, 从而可进一步探讨化学反应活性, 反应速率等化学性质。     

键能的分子轨道理论研究 1: 理论公式

从LCAO-MO出发, 给出了一个计算键能的近似方法, 即EAB(i)-∑∑CaiSabCbiεi为第i个占据分子轨道(MO)中的一对电子对A-B键键能的贡献。对所有分子轨道求和即为该键的键能: EAB=∑EAB(i)。按该方法, 不仅可以计算各种不同分子中每两个相键连原子间的键能, 还可以从MO及AO角度分析每一具体键, 如σ, π, δ键的键能以及各AO对键能的贡献。该方法虽有别于求键焓和平衡离解能De, 但计算结果和De的实验值甚相符合。通过对键能的分析研究, 能较好地揭示原子间的相互作用关系及化学键的强弱, 从而可进一步探讨化学反应活性, 反应速率等化学性质。     

键能的分子轨道理论研究2: 键能与Mulliken布居对键强度的 判断的比较

用键能E~A~B和Mulliken布居对化学键强度的判别进行了分析比较。结果表明,键能判据比Mulliken布居判据所得结论更符合实际情况。作为衡量原子间化学键强度的尺度,不仅应考虑原子轨道间的布居因素,还应考虑分子轨道(或原子轨道)的能量因素。     

键能的分子轨道理论研究Ⅱ.键能与Mulliken布居对键强度的判断的比较

用键能EAB和Mulliken布居对化学键强度的判别进行了分析比较.结果表明,键能判据比Mulliken布居判据所得结论更符合实际情况.作为衡量原子间化学键强度的尺度,不仅应考虑原子轨道间的布居因素,还应考虑分子轨道(或原子轨道)的能量因素.     

键能的分子轨道理论研究2: 键能与Mulliken布居对键强度的 判断的比较

用键能E~A~B和Mulliken布居对化学键强度的判别进行了分析比较。结果表明,键能判据比Mulliken布居判据所得结论更符合实际情况。作为衡量原子间化学键强度的尺度,不仅应考虑原子轨道间的布居因素,还应考虑分子轨道(或原子轨道)的能量因素。     

硅胶键合膦的制备及其对铑络合物催化1-辛烯氢甲酰化反应的影响

以硅胶为载体, 采用键合接枝法将2-(二苯膦基)乙基三乙氧基硅烷(DPPES)共价键合于硅胶表面, 制备了性能优良的硅胶键合型膦配体(以SiO₂(PPh₂)表示). 以SiO₂(PPh₂)为配体, Rh(acac)(CO)₂ (acac:乙酰丙酮)为催化前体, 负载铑膦络合物催化剂(SiO₂(PPh₂)/Rh)在1-辛烯氢甲酰化反应中原位生成. 对生成的负载型催化剂和硅胶键合型膦配体进行了傅里叶变换红外(FTIR)光谱表征, 考察了膦/铑摩尔浓度比([P]/[Rh])、温度等因素对铑催化的长链1-辛烯氢甲酰化反应的影响. 结果表明, 膦/铑摩尔浓度比的增加能显著提高反应的成醛选择性, 降低铑的流失. 在[P]/[Rh]=12、363 K、2.0 MPa、1.5 h 的温和反应条件下, 1-辛烯转化率和成醛选择性分别可达98.4%和95.3%, 其催化活性与DPPES或三苯基膦(TPP)作配体时的均相铑催化相近. 催化剂循环4 次后, 反应活性无明显下降, 1-辛烯转化率均在97.0%左右, 经电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)检测,有机相中铑流失低于0.1%.     

H2XP…SHY复合物中磷键与硫键的理论研究

用从头算量子化学方法MP2 与CCSD(T)研究了H₂XP和SHY (X, Y=H, F, Cl, Br)分子的P与S之间形成的磷键X―P…S与硫键Y―S…P的本质与规律以及取代基X与Y对成键的影响. 计算结果表明, 硫键比磷键强, 连接在Lewis 酸上的取代基的电负性增大导致形成的磷键或硫键增强, 键能增大, 对单体的结构和性质的影响也增大; 而连接在Lewis 碱上的取代基效应则相反. 硫键键能为8.37-23.45 kJ·mol^-1, 最强的硫键结构是Y 电负性最大而X 电负性最小的HFS…PH₃, CCSD(T)计算的键能是16.04 kJ·mol^-1; 磷键键能为7.54-14.65 kJ·mol^-1, 最强的磷键结构是X 电负性最大而Y 电负性最小的H₂FP…SH₂, CCSD(T)计算的键能是12.52 kJ·mol^-1. 对磷键与硫键能量贡献较大的是交换与静电作用. 分子间超共轭lp(S)-σ^*(PX)与lp(P)-σ^*(SY)对磷键与硫键的形成起着重要作用, 它导致单体的极化, 其中硫键的极化效应较大, 从而有一定的共价特征.     

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。     

波谱形变定量理论结合核壳型颗粒用于生物样本中6-硫鸟嘌呤的检测

制备了Au-core@4-巯基苯甲酸@Ag-shell核壳型纳米颗粒,结合波谱形变定量分析理论,采用表面增强拉曼光谱(SERS)定量分析了尿液和红细胞样本中6-硫鸟嘌呤(6-TG)。实验结果表明,核壳型纳米颗粒和波谱形变定量分析理论相结合可以有效消除SERS增强基底表面的"热点"数目及其分布等因素的变化对SERS信号的乘子效应影响,从而实现尿液和红细胞样本中6-TG的灵敏、准确定量分析。本方法对6-TG的检出限(3σ)和定量限(10σ)分别为1 nmol/L和3 nmol/L,加标回收率在95.6%～106.7%之间。相较于传统的6-TG分析方法(如高效液相色谱法),本方法具有简单、灵敏、快速等优点,为复杂体系中6-TG的常规定量分析提供了参考。