气相离子对SN2反应LiY+CH3Cl→CH3Y+LiCl(Y=F～I) 的密度泛函理论研究

在双分子亲核取代反应中,常见的亲核试剂是各种阴离子或中性分子.当亲核试剂是中性的离子化合物时,就有可能发生离子对SN2反应.尽管关于这种离子对SN2反应已有一些实验结果[1,2],但相应的理论研究报道仅限于少量的对称取代反应[3].本文采用密度泛函理论,在B3LYP/6-311+G(d,p)水平上对离子对SN2反应LiY+CH3Cl→CH3Y+LiCl(Y=F,Cl,Br,I)进行了计算研究,并与相应的阴离子SN2反应Y-+CH3Cl→CH3Y+Cl-(Y=F,Cl,Br,I)进行了比较,得到了一些有价值的结论,这些结论能帮助我们更深入地了解离子对SN2反应所遵循的规律.     

化学反应过程中分子中1个电子所受到的作用势与力常数的理论研究

通过典型的双分子亲核取代和烯烃亲电加成反应,讨论了反应过程中,化学键伸缩振动力常数和分子中1个电子所受到的作用势(D_(pb))之间的关联.研究表明分子中1个电子所受到的作用势能够很好地描述反应中键形成和断裂时的化学键强度.     

用分子束研究.F(^2P)与CH3F和CH3Cl的化学反应

近年来, 我们在研究含氟烯烃和烷烃的红外激光诱导氧化和氯化反应的基础上, 深入研究了红外激光诱导卤代烷烃的脱卤化氢并生成: CF2卡宾和:CFCF3卡宾的反应[1-4]以往的研究往往是根据反应产物推论反应机理, 认为在反应过程中存在着卡宾中间体,但在实验中未能直接检测到. Kakimoto[5,6]曾报道过在流动体系中测到了.F+CH3F和.F+CH3Cl反应中:CHF和:CHCl的激光荧光激发谱, 但没有讨论卡宾形成的机理.Hirota[7]在讨论.F+CH3F反应时, 认为:CHF可能由攫氢过程产生而对于.F+CH3Cl反应同时生成:CHF和:CHCl未做说明. 本实验中用扩散分子束代替了流动反应体系, 从而大大减少了产物和反应物气体分子间的猝灭过程, 获得了信噪比大而清晰的图谱, 由此确证了:CHF和:CHCl的存在, 说明了.F+CH3Cl反应中自由基攫氢过程和偶合反应过程共存的反应历程. 这一结论对红外激光诱导一碳卤代宾化学反应机理研究有重要参考意义.     

NCO/NCS自由基与XY（X=H,Cl;Y=F,Cl,Br）间σ-型弱作用的理论研究

NCO和NCS是大气化学中非常引人关注的自由基,它们均有三个原子并且两个端基原子均可作为电子给体形成σ-型氢/卤键.本文在MP2/aug-cc-pVDZ水平上研究了NCO/NCS...XY（X=H,Cl;Y=F,Cl,Br）体系中的弱化学键.计算结果表明,氢/卤原子与N原子相连形成的复合物比与O/S原子相连形成的复合物稳定;氢/卤键的稳定性由分子静电势决定,而非原子电负性;对相同的电子给体B（B=N,O/S）和相同的卤原子来说,化学键的强度按Y=F,Cl,Br的顺序逐渐减弱.在氢/卤键形成过程中,自旋电子密度在电子给体和电子受体间的转移较少,但它在自由基内部发生重排,就本文研究的所有复合物而言,自旋电子密度均转移向XY分子的相反位置.     

CH3NO2异构化反应的理论研究

利用密度泛函和电子密度拓扑分析方法对CH3NO2 (NM)的异构化反应进行了研究。 找到了九种可能的异构体和八个反应通道。通过内禀反应坐标(IRC)分析确认了过渡态与异构体之间的连接关系。计算结果表明,在CH3NO2→CH3ONOt反应过程中,过渡态为紧密结构(在整个反应过程中CH3NO2没有分解为CH3 和NO2 ),与Arenass等人的结论一致。在CH3NOOc→CH2NOOH反应过程中,存在有一个含有四元环→五元环→四元环→五元环变化过程的结构过渡区,这也是在反应过程中首次发现五元环状过渡结构。     

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.     

(CH2)2O, (CH2)2S与双卤分子间卤键的理论研究

运用量子化学密度泛函B3LYP方法, 采用6-311＋＋G(d,p)及aug-cc-pVDZ基组, 通过CP校正的几何梯度优化对(CH2)2O和(CH2)2S与双卤分子XY (XY＝Cl2, Br2, ClF, BrF, BrCl)形成的卤键复合物的几何构型、振动频率和相互作用能等进行了研究. 利用电子密度拓扑分析理论方法对卤键复合物的拓扑性质进行了分析研究, 探讨了该类分子间卤键的作用本质. 结果表明, (CH2)2O和(CH2)2S与双卤分子间的卤键介于共价键与离子键之间, 偏于静电作用成分为主. 形成卤键后, 双卤分子的键长增加, 振动频率减小, 原子积分性质发生改变. 卤键键长的变化、键能的强弱、键鞍点处的电子密度值与双卤分子的电负性有关.     

CH3SS与XO (X＝F,Cl, Br)反应过程的电子密度拓扑研究

利用MP2/6-311＋＋G(d,p)//B3LYP/6-311＋＋G(d,p)对CH3SS与XO (X＝F, Cl, Br)的反应机理进行了研究. 着重从电子密度拓扑分析角度讨论了化学键的生成和断裂. 计算结果表明单线态反应为主要反应通道, 且由于该通道的反应能垒低、放热明显, 说明CH3SS与XO在大气中比较容易进行. 电子密度拓扑分析表明, 在单线态抽氢反应通道中存在着四元环状过渡结构, 随着反应进行, 此四元环状过渡结构通过一个T-型结构变为三元环状过渡结构, 最后环状结构消失得到产物.     

硫原子上亲核取代反应的密度泛函理论研究

在B3LYP/6-311 G(2df,p)的水平上,对反应X- CH3SCl(X=F,Cl,Br,I)进行了理论研究.计算结果表明:X-(X=Cl,Br,I)与CH3SCl作用时,实际发生的是在硫原子上而不是在碳原子上的亲核取代反应,而且属于加成-消去机理.但是F-与CH3SCl作用则容易发生脱质子反应.     

反常蓝移单电子锂键Y…Li-CH3[Y=CH3, CH2CH3, CH(CH3)2, C(CH3)3]体系的结构与性质

在密度泛函理论B3LYP/6-311++G(d,p)及MP2/6-311++G(d,p)水平上研究了单电子锂键复合物Y…Li—CH3[Y=CH3, CH2CH3, CH(CH3)2, C(CH3)3]的结构与性质. 结果表明, 三种单电子锂键复合物H3CH2C…Li—CH3(II), (H3C)2HC…Li—CH3(III)和(H3C)3C…Li—CH3(IV)单电子锂键强度依II(-26.7 kJ·mol-1)相似文献   

CH3＋HNCO反应机理的理论研究

在6-311＋＋G**基组水平上,采用UMP2方法对自由基CH3与HNCO反应机理进行了研究，全参数优化了反应通道上各驻点的几何构型.结果表明, 自由基CH3与HNCO分子间反应有三条反应通道,第一为CH3与HNCO分子间经过生成一个稳定化能为4.56 kJ•mol－1的含氢键的分子复合物M后，经过渡态TS生成另一个产物复合物M′，然后分解为甲烷和NCO自由基；第二是CH3与HNCO分子间通过生成稳定反式中间体trans-int，其经过渡态trans-ts分解成产物CH3NH和CO；第三是CH3与HNCO分子间通过生成稳定顺式中间体cis-int，其经过渡态cis-ts分解成产物CH3NH和CO.比较三条反应通道的反应活化能，表明CH3与HNCO反应较易生成CH4＋NCO.     

用分子形貌理论探讨杂环化合物的键长、极化率和芳香性

本文使用MELD精密从头计算中的CISD/3-21+G(d,p)方法,计算杂环化合物的单电子所受到的作用势(PAEM)和分子形貌(MF),探讨这些分子的化学键的单电子势垒(Dpb)与各自相应的化学键键长的关系,得出化学键的单电子势垒可以用来表征化学键的强弱;探讨这些分子的杂环内的单电子势垒(Dpr)与分子极化率的关系,可知该势垒可以描述分子的变形性;绘出杂环化合物的分子形貌,计算垂直于分子平面方向上的边界轮廓界面的电子密度,探讨该分子界面电子密度的均匀度与杂环化合物芳香性的关系,进而为杂环芳香化合物的芳香性提出一个定量的标度.     

C6F5X＋（X=Cl,Br,I,CH3）离子的理论研究

用DFT B3LYP方法及6-311G（d,p）,6-311＋G（d,p）和LanL2dz基组,对C6F5X＋（X=Cl,Br,I,CH3）阳离子做了理论研究,优化了它们的电子基态的构型,计算了对应分子的垂直电离势（VIP）和绝热电离势（AIP）.结果表明四种离子的构型的对称点群和对应分子相同,但构型参数有明显差别.B...     

CH2NH与O(3P)反应的量子化学及电子密度拓扑研究

采用B3LYP、MP2(full)和 QCISD 三种方法在6-311G(d, p)和aug-cc-pVDZ基组水平上对三线态O(3P)原子与CH2NH(s)的反应进行了详细的理论研究. 采用B3LYP和MP2(full)方法对反应势能面上的各驻点进行了几何构型优化, 通过振动频率分析证实了过渡态的真实性, 内禀反应坐标(IRC)跟踪验证了过渡态与反应物和产物的连接关系, 用上述三种方法计算得到了各反应通道的反应势垒. 对反应过程中的一些重要点进行了电子密度拓扑分析研究. 研究结果表明, O(3P)原子进攻CH2NH(s)中的N2原子和C1原子生成CH2NHO(t)和OCH2NH(t), CH2NHO(t)中N2上的H5可迁移到C1上异构化为CH3NO(t).     

Cl+CH3OCl反应机理的理论研究

采用从头算方法,对多通道反应体系Cl+CH3OCl的反应机理进行了理论研究.在MP2/6-31+G(d,p)水平下优化了反应物、络合物、产物和过渡态的几何构型,并对得到的平衡几何构型进行了简谐振动频率分析.在相同水平下以过渡态为出发点,通过内禀反应坐标(IRC)理论计算了反应的最小能量路径.并且在MC-QCISD(T)/6-31G(d)高水平下进行了单点能量校正.研究结果表明,该反应存在4条可行的反应通道,其中生成HCl和CH2OCl的通道为主反应通道,其他反应通道为次反应通道.     

三接触弯曲构型的蓝移氢键CH3…Y的理论研究

运用量子化学从头算方法, 在MP2/6-311＋＋G(d,p), MP2/6-311＋＋G(2df,2p), MP2/6-311＋＋G(3df,3pd)和QCISD/6-311＋＋G(d,p)水平上, 研究了CH₃F, CH₃Cl和CH₃Br作为质子给体与Cl^－, Br^－作为质子接受体形成的氢键CH₃…Y. 计算结果表明: 6种复合物中C—H键收缩, 伸缩振动频率增大, 形成蓝移氢键. 分子中原子(Atoms in Molecules, AIM)分析表明, 这些复合物的电子密度拓扑性质与普通氢键有着本质的不同, 在Y…H之间不存在键临界点, 而在Y与C之间存在键临界点, 因此这些相互作用严格地不能称为氢键. 自然键轨道(Natural bond orbital, NBO)分析表明, 在这些复合物中弯曲的CH…Y的特殊结构使得分子间超共轭n(Y)®σ*(C—H)减小到可以忽略; 质子接受体的电子密度没有转移到σ*(C—H)上, 而是转移到了σ*(C—X) (X＝F, Cl, Br)上; 存在一定程度的重杂化; 分子内超共轭相互作用减小使得σ*(C—H)的电子密度减少. 这些因素共同导致C—H伸缩振动频率的蓝移.     

三接触弯曲构型的蓝移氢键CH3…Y的理论研究

运用量子化学从头算方法, 在MP2/6-311＋＋G(d,p), MP2/6-311＋＋G(2df,2p), MP2/6-311＋＋G(3df,3pd)和QCISD/6-311＋＋G(d,p)水平上, 研究了CH₃F, CH₃Cl和CH₃Br作为质子给体与Cl^－, Br^－作为质子接受体形成的氢键CH₃…Y. 计算结果表明: 6种复合物中C—H键收缩, 伸缩振动频率增大, 形成蓝移氢键. 分子中原子(Atoms in Molecules, AIM)分析表明, 这些复合物的电子密度拓扑性质与普通氢键有着本质的不同, 在Y…H之间不存在键临界点, 而在Y与C之间存在键临界点, 因此这些相互作用严格地不能称为氢键. 自然键轨道(Natural bond orbital, NBO)分析表明, 在这些复合物中弯曲的CH…Y的特殊结构使得分子间超共轭n(Y)®σ*(C—H)减小到可以忽略; 质子接受体的电子密度没有转移到σ*(C—H)上, 而是转移到了σ*(C—X) (X＝F, Cl, Br)上; 存在一定程度的重杂化; 分子内超共轭相互作用减小使得σ*(C—H)的电子密度减少. 这些因素共同导致C—H伸缩振动频率的蓝移.     

(H)FNO~+异构体的结构及异构化反应的量子化学研究

在CCSD(T)/6-311+G(2d,2p)//B3LYP/6-311+G(2d,2p)水平上对八种(H)FNO+异构体的结构和异构化机理进行了研究.用分子生成密度差结合电子密度拓扑分析方法讨论了FNO质子化过程中的电子转移,结果显示FNO质子化过程中除HFNO+中电荷由N,O原子向H,F原子转移外,其他七种异构体中均是H原子上电荷增加,F原子上电荷减小,说明电子由F向H转移.在八种(H)FNO+异构体中,HFNO+,FNOH-cis,FN(H)O+和FNOH+-trans能量较低,较稳定;异构体间通过H原子迁移、F原子迁移、分子内化学键转动及化学键的相对振动四种过程实现异构化,其中原子迁移过程的反应能垒很高,反应不容易进行.用电子定域函数(ELF)理论讨论了反应过程中化学键的变化.     

双接触弯曲蓝移氢键CH2…Y的理论研究

用量子化学从头算方法在MP2／6-311＋＋G（d,p）与MP2／6—311＋＋G（2df,2p）两个理论级别上研究了双接触弯曲氢键Y…H2CZ（z=O,S,Se）和Y…H2CZ2（Z=F,Cl,Br）（Y=Clˉ,Br-）．计算表明,在这些复合物中都存在两个等价的Y…H—C蓝移氢键;相互作用能和蓝移都比较大,每个Y…H—C氢键的能量为15～27kJ／mol,CH键长变化为-0．1～-0．5pm,CH伸缩振动频率位移为30—80cm^-1．自然键轨道分析表明,3个因素导致了这些蓝移氢键的形成：（1）存在较大的重杂化;（2）弯曲的氢键构型使得分子间直接超共轭相互作用比较小,而存在相当的分子间间接超共轭相互作用;（3）质子给体的分子内超共轭相互作用较大地减小．电子密度拓扑性质的研究表明,在这些氢键复合物中都存在3个分子间临界点：在接受体原子Y与每个H原子之间存在一个键临界点,也存在相应的键径和原子间界面;在YHCH四边形内部存在一个环临界点．因此这些分子间相互作用可以严格地看作氢键．     

范德华复合物C6H5CH3…N2的共振双光子电离光谱

由复合物C6H5CH3…N2共振双光子电离光谱获得了复合物分子间范德华振动模式和N2的内转动的大量信息.通过对比同位素分子C6D5CD3…N2的光谱，我们合理地归属了所观察到的C6H5CH3…N2复合物的所有谱线.由光解离碎片的机理分析，推得复合物C6H5CH3…N2的激发态和基态的键能大约是494和474 cm－1，与理论计算值非常接近.