乙炔高温裂解的从头算动力学模拟

本文采用了从头算动力学结合量化计算来研究乙炔的热裂解,发现了一条通过连续乙烯基卡宾加成生成苯环的机理,并和与这条路径相竞争的路径进行了对比. 此外,还得到了乙烯基卡宾的寿命.     

Density Functional Theory Study of Mechanism of Cycloaddition Reaction Between Dimethyl-Silylene Carbene and Acetone

用密度泛函理论研究了单重态二甲基亚硅基卡宾与丙酮环加成反应的反应机理,势能面结果表明该反应有两条相互竞争的主反应通道. 反应规律为：二甲基亚硅基卡宾中的π轨道与π键化合物中π轨道的[2+2]环加成作用造成了扭曲四员环中间体和平面四员环产物的形成;平面四员环产物中卡宾C原子的不饱和性,导致了甲基迁移产物和硅杂双环化合物的生成.     

立体拥挤二苯基卡宾分子结构的电子效应

通过对二苯基重氮甲烷的光照射产生了一系列具有对称对位取代基的三线态二 (2 ,6 二甲苯基 )卡宾 .用电子顺磁共振波谱对其进行了研究 .通过对不同粘度的基质 (matrix)中零磁场分裂参数D和E的测定 ,依据电子自旋离域取代基常数σ 对三线态二苯基卡宾的分子结构的取代基效应进行了分析 .并通过对卡宾的热消失温度及其室温脱气苯溶液中寿命的测定 ,对三线态二 (2 ,6 二甲苯基 )卡宾的稳定性进行了定量考察 .结果表明 ,对卡宾中心的自旋电子具有离域效应的取代基使三线态二 (2 ,6 二甲苯基 )卡宾采取低能稳定的直线型结构 ,且显示了更好的热稳定性和更长的寿命 .     

二氯亚锗基卡宾与甲醛生成锗杂双环化合物反应的从头算研究

用CCSD(T)//MP2/6-31G^*方法研究了单重态二氯亚锗基卡宾(Cl₂Ge=C:)与甲醛生成锗杂双环化合物的环加成反应机理,根据该反应的势能面可以预言,该反应有两条相互竞争的主反应通道．该反应所呈现的反应规律为：二氯亚锗基卡宾中C原子的2p空轨道因从氧端插入甲醛的π轨道而造成了中间体的形成;在中间体和两反应物之间,因二氯亚锗基卡宾和甲醛中的两成键π轨道发生了[2+2]环加成作用,从而分别生成了Ge-O对位的和Ge-O顺位的两四元环化合物;由于四元环化合物中卡宾C原子的不饱和性,进一步与甲醛作用,从而生成了两锗杂双环化合物．     

二氯代三环辛烷的合成与表征

以a-蒎烯和氯仿为原料在氢氧化钠作用下.通过二氯卡宾环加成反应合成了二氯代三环辛烷.并对其进行表征.     

三线态二苯基卡宾的动力学稳定效应

通过对二苯基重氮甲烷进行光照射产生了一系列于邻位和对位具有不同大小取代基的三线态二苯基卡宾,用紫外可见光谱对其进行了直接观察,并利用激光闪光光解法测定了三线态二苯基卡宾在室温脱氧苯溶液中的寿命,由此表明在邻位和对位里引入庞大的取代基对三线态二苯基卡宾具有更好的稳定效应。     

苯基与乙炔加成反应动力理论研究

使用RRKM-主方程计算了乙炔加成到苯基上的反应的详细温度压力依赖速率常数,计算结果表明在HACA机理中,乙炔与苯基的加成反应具有强烈的压力依赖效应。在一个大气压或者更低的压力下,当温度高于1800 K时,C8H7自由基如2-苯基乙烯基和2-乙烯基苯基将不能稳定存在。因此在这种条件下,Bittner-Howard HACA路径和改性的Frenklach HACA路径都将不能发生,只有在相对高压或者低温的条件下,这些路径才是可行的。而原始的Frenklach HACA路径除了在高温段具有绝对的优势地位外,在一个大气压或者更低的压力,温度1200 K以上时都具有重要的影响。     

钐(Ⅱ)类卡宾CH3SmCH2X(X=Cl、Br和I)促进乙烯环丙烷化反应途径的理论研究

用密度泛函B3LYP方法研究了过渡金属钐类卡宾与乙烯的环丙烷化反应的机理.对三种不同的钐的SS试剂CH3SmCH2X(其中X=Cl、Br和I)分别和CH2CH2反应的各反应物、中间体、过渡态和产物构型的全部结构几何参数进行了优化,用内禀反应坐标(IRC)计算和频率分析方法,对过渡态进行了验证.结果表明:CH3SmCH2X(其中X=Cl、Br和I)与CH2CH2环丙烷化反应按亚甲基转移通道(通道A)和卡宾金属化通道(通道B)都可以进行,与锂类卡宾的反应机理相同,只是按亚甲基转移通道(通道A)进行反应较容易一些,而且此反应在较低的温度下就可以发生.     

丁酮异构化的势能面分析

用密度泛函理论计算研究了丁酮异构化的势能面. 通过IRC方法确定了丁酮异构化的6个主要反应路径,相应的产物分别为1-丁烯-2-醇、2-丁烯-2-醇、丁醛或1-丁烯-1-醇、丙烯基甲醚、甲基烯丙基醚和乙烯基乙醚. 其中3个路径经过环氧丁烷,表明环氧丁烷是丁酮异构化过程中重要的中间产物. 计算得到的反应物和产物的垂直电离能与现有的实验值吻合得很好. 通过过渡态的相对能量和高能垒的数目比较,认为最可行的丁酮异构化反应路径是丁酮→1-丁烯-2-醇→2-丁烯-2-醇.     

以低聚(芴-亚乙烯基)为官能团的蒽基线型低聚物光学性质的实验和理论研究：π延展的作

通过实验和理论方法系统地研究了以低聚(芴-亚乙烯基)为官能团的蒽基线型低聚物(An-OFV_n (n=1～4)) 的光物理性质. 稳态光谱测量表明：芴-亚乙烯基单元的增加会导致吸收光谱的红移,并抑制低聚物间激基缔合物的形成. 量化计算表明：随着芴-亚乙烯基单元的增加,HOMO,LUMO能级及带隙逐渐趋于常量. 支臂上的电子云分布也逐渐增强,使得低聚物吸收光谱的形状逐步趋向于支臂本身吸收光谱的形状. 时间分辨荧光测试表明,当低聚物中芴-亚乙烯基单元的数目≥2后,激基缔合物的辐射寿命几乎是不变的. 在非线性光学测试中,双光子荧光产率和双光子吸收截面都会随着芴-亚乙烯基单元的增加逐渐增强,并于芴-亚乙烯基单元的数目为4时接近一个极值.     

表面官能化碳纳米管^13C NMR参数的理论研究

碳纳米管表面化学修饰是当前研究的一大热点,修饰后由于极性基团的存在,碳纳米管在极性溶液环境中的分散度得到明显改善,这在很大程度上扩展了纳米管研究的应用范围.本文采用C80H20模型来表示(10,0)碳纳米管,基于此模型计算了一系列氮烯、卡宾和氟化的单壁纳米管的结构、偶极矩,以及核磁共振参数.研究表明高精度的密度泛函理论(DFT)计算能够用来预测纳米管的13C化学位移,理论研究的结果揭示了氮烯、卡宾以及1,2和1,4氟化的单壁纳米管的若干13C信号特征化学位移值,为实验NMR谱图的归属提供了一定的依据,并且可通过与实验相结合来监测表面官能化碳纳米管加成反应是否发生以及确认其加成方式.     

亚锗基卡宾及取代亚锗基卡宾与环氧乙烷抽提反应机理的密度泛函理论研究

采用B3LYP/6-311G(d,p)方法研究了单重态亚锗基卡宾及取代亚锗基卡宾X₂Ge=C:(X=H, F, Cl, CH₃)与环氧乙烷的氧转移反应机理. 结果表明, 由于环氧乙烷中氧上的2p孤对电子向X₂Ge=C:中C上的2p空轨道迁移,形成了p→p授受键,从而生成了各中间体. 随着p→p授受键的不断加强(即C-O键的逐渐缩短),中间体经过渡态生成了抽提产物. 取代基的电负性是影响该类反应的主要因素,取代基的电负性越大,反应的活化能越小     

基于基本不变量神经网络势能面的H+C2D2反应漫游机理研究

基于最近发展的基本不变量神经网络方法构建的精确全维势能面,本文对H+C₂D₂→HD+C₂D/D₂+C₂H反应开展了广泛的准经典轨线计算. 发现了直接抽取反应途径对整体反应性的影响很小,与漫游路径相比可以忽略不计. 乙炔促进的漫游路径在总体反应性中占主导地位,而亚乙烯基促进的漫游路径贡献很小. 结果表明,虽然漫游路径可以通过短寿命或长寿命的复合物形成过程进行,但是产物HD与D₂的分支比与2：1很接近,这意味着漫游动力学主要是由长寿命的复合物形成过程促成的. 并且,这两个产物通道的角分布也完全不同. 这些计算结果为深入了解同位素效应在双分子反应漫游动力学中的重要性提供了有价值的见解.     

最小双氢转移异构体系的精确量子动力学研究

本文对亚乙烯基-乙炔异构化过程开展了高精度量子动力学理论研究. 使用我们建立和发展的高效量子动力学理论方法,进行了大规模的并行计算,其中根据双氢转移的特征定制了高效的基函数. 计算得到了关于A''₁和B''₂对称性的亚乙烯基振动态以及离域态,并与最近的cryo-SEVI实验光谱进行了比对和分析. 计算所得能级与cryo-SEVI光谱实验值吻合很好,两者之间的差异或者与实验测量的误差大小类似,或者不大于30 cm^-1(与亚乙烯基剪形振动模式相关的振动态除外). 本文还揭示和报道了一种特殊的态,称之为异构态,其特征是在亚乙烯基和乙炔区域都有很大的几率分布. 本文首次报道了若干以亚乙烯基特征为主导的振动态,本文的研究将会有助于深入认识双氢转移过程.     

均相条件下NO与CO、NCO的反应机理研究

基于量子化学密度泛函理论研究了NO与CO、NCO在均相条件下的反应机理并进行了动力学和平衡常数的分析. CO与NO的均相反应存在两条反应路径：两者首先反应形成中间体CNO₂,CNO₂不易稳定存在,其继续与CO、NO反应分别生成NCO、N₂O. NCO的生成速率大于N₂O,但两条反应路径的反应速率常数都很小.与已发现的反应路径相比,反应中间体CNO₂可以降低均相条件下CO与NO的反应能垒,分析发现CNO₂中的N原子是易发生反应的活性位点. NCO与NO的反应同样存在两条路径,优势反应路径随温度升高而改变,但非优势路径对反应的贡献不能忽略,分析平衡常数可知N₂的存在对反应影响可以忽略,因此燃烧环境中NCO与NO的反应既生成N₂O和CO,也生成N₂和CO₂.     

吡喃木糖热裂解机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论理论方法 M062X/6-311++G(d,p),对吡喃木糖的热解反应机理进行了理论计算分析.针对吡喃木糖热解可能发生的化学反应共设计了九条可能的热解路径,并对各路径中的反应物、中间体和过渡态的几何结构进行了能量梯度全优化,并在梯度全优化的基础上计算了各热解反应路径的热力学和动力学参数.文中以两大类方式来设计反应路径:1)木糖首先经过过渡态TS1发生开环反应生成链状中间体2,该步的反应能垒为188.7 kJ/mol,对于中间体2共设计了五种可能的热解反应路径;2)考虑双键同时断裂的情况,木糖先发生脱水反应,接着按C-C和C-O键同时断裂的情况发生开环反应,针于这种情况共设计了四条可能的热解路径.计算结果表明,吡喃木糖热解的主要反应产物有乙醇、乙醛、糠醛、丙酮、酸类、CO_2和CO等小分子化合物.     

不同位置取代的三氰基乙烯基蒽的含时密度泛函研究

运用密度泛函理论(DFT)RB3LYP方法和ab initio HF单激发态相互作用(CIS)法分别优化了2-三氰基乙烯基蒽(2-TCVA)和9-三氰基乙烯基蒽(9-TCVA)分子的基态及最低激发单重态几何结构.系统分析了前线分子轨道特征,并探索了电子跃迁机理.应用含时密度泛函理论计算了分子的电子光谱,计算结果与实验值符合得较好.     

钐(Ⅱ)类卡宾CH_3SmCH_2X(X=Cl、Br和Ⅰ)促进乙烯环丙烷化反应途径的理论研究(英文)

用密度泛函B3LYP方法研究了过渡金属钐类卡宾与乙烯的环丙烷化反应的机理。对三种不同的钐的SS试剂CH_3SmCH_2X(其中X=Cl、Br和Ⅰ)分别和CH_2CH_2反应的各反应物、中间体、过渡态和产物构型的全部结构几何参数进行了优化,用内禀反应坐标(IRC)计算和频率分析方法,对过渡态进行了验证。结果表明：CH_3SmCH_2X(其中X=Cl、Br和Ⅰ)与CH_2CH_2环丙烷化反应按亚甲基转移通道(通道A)和卡宾金属化通道(通道B)都可以进行,与锂类卡宾的反应机理相同,只是按亚甲基转移通道(通道A)进行反应较容易一些,而且此反应在较低的温度下就可以发生。     

表面官能化碳纳米管13C NMR参数的理论研究

碳纳米管表面化学修饰是当前研究的一大热点,修饰后由于极性基团的存在,碳纳米管在极性溶液环境中的分散度得到明显改善,这在很大程度上扩展了纳米管研究的应用范围. 本文采用C₈₀ H₂₀模型来表示（10,0）碳纳米管,基于此模型计算了一系列氮烯、卡宾和氟化的单壁纳米管的结构、偶极矩,以及核磁共振参数. 研究表明高精度的密度泛函理论（DFT）计算能够用来预测纳米管的¹³C化学位移,理论研究的结果揭示了氮烯、卡宾以及1,2和1,4氟化的单壁纳米管的若干¹³C信号特征化学位移值,为实验NMR谱图的归属提供了一定的依据,并且可通过与实验相结合来监测表面官能化碳纳米管加成反应是否发生以及确认其加成方式.     

孤立条件下布洛芬分子手性转变过程的理论研究

基于密度泛函理论的B3LYP方法,采用6-31+g(d,p)基组,对孤立条件下布洛芬分子的手性转变过程进行研究.通过寻找反应过程中包括过渡态和中间体的各极值点结构,绘制了布洛芬分子手性转变路径反应势能面,分析了各极值点的几何和电子结构特性.结果表明:布洛芬实现从S型到R型手性转变的反应路径有两条.路径1包括三个过渡态和两个中间体,路径2包括四个过渡态和三个中间体.反应路径上最大的能垒是73.54 Kcal/mol,来源于手性碳上的氢向羧基上的氧转移.这一研究为进一步实现一些有重要应用价值的点手性分子手性转变反应调控提供了理论参考.