苯甲酰甲酸热分解分应机理的理论研究

本文用ＡＭ１方法研究了苯甲酰甲酸热分解反应，计算所得活化势垒为１７８．３２９ｋＪ／ｍｏｌ，这与实验值一致。     

双自由基CH燃烧反应机理的研究

应用量子理论从头算和密度泛函理论(DFT)对双自由基CH(X2Π)与O2(X3∑g-)的反应机理进行了研究.在B3PW91/6-311G**水平上优化了反应通道上各驻点(反应物、中间体、过渡态和产物)的几何构型,并计算了零点能和过渡态的虚频率.并由B3PW91/6-311G**给出了各物种的总能量.计算表明,反应物中自由基CH与O2反应主要在二重态势能面上进行,CH中的C原子可以插在O2分子中两个氧原子中间形成中间体1(2HCO2),中间体1(2HCO2)可以经过不同的反应通道形成不同的产物P1(1CO2 2H)和P2(1CO 2OH),各反应通道的反应热的计算与实验值吻合较好.     

基于ReaxFF模拟的正戊烷热分解机理研究

采用密度泛函理论和ReaxFF力场对正戊烷的热分解机理进行研究,分析了热分解的起始反应路径、温度对热分解的影响,并对正戊烷热分解进行了一级动力学研究。结果表明正戊烷热分解的起始反应主要分为两类:一类为碳碳单键断裂,另一类为碳氢键断裂,其中C2-C3键断裂是主要的起始反应路径。正戊烷热分解的主要产物为氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷和丙烯。经过一级动力学计算得到表观活化能和指前因子分别为224.4 kJ·mol^-1和3.1324×10^14 s^-1。     

OH+C2H3F的反应机理及产物支化比反应的理论研究

本文对HOC₂H₃F可能解离通道的势能面进行从头算CCSD(T)/CBS//B3LYP/6-311G(d,p)计算,同时对速率常数进行Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus计算. 生成主要产物CH₂CHO+HF最有利的反应途径是OHC₂H₃F→i2→TS14→i6→TS9→i3→TS3→CH₂CHO+HF,其中速率决定步骤是HF通过TS11从CO桥接位置解离,能量比反应物高3.8 kcal/mol. 借助中间态TS14,F原子从C_α迁移到C_β位置生成CH₂O+CH₂F,然后通过中间态TS16,H从O迁移到C_α位置;通过中间态TS5,C-C键断裂生成产物,其能量比反应物低1.8 kcal/mol,比TS11低4.0 kcal/mol.     

HCFC-22热分解动力学的研究

本文讨论了HCFC-22热分解特.性,并研究了HCFC-22初始浓度和反应温度对HCFC-22分解率的影响.实验结果表明,HCFC-22初浓度越低,反应温度越高,HCFC-22分解率越高.根据Arrhenius方程计算, 500～800℃范围内,HCFC-22在氮气和空气气氛下热分解反应的活化能(Eα)分别为248.21、288.89 kJ·mol-1,其相应的指前因子(A)为3.26×1013、3.26×1016s-1.     

离子液体热分解机理的原位变温多核核磁共振研究

利用原位变温核磁共振氢谱（¹H NMR）、核磁共振氟谱（¹⁹F NMR）和核磁共振磷谱（³¹P NMR）等NMR技术研究特定温度下离子液体的热分解机理．在温度低至80℃时,1-丁基-3-甲基咪唑阳离子（C₄mim⁺）和六氟磷酸根阴离子（PF₅-）组成的离子液体[C₄mim][PF₅]呈现1个缓慢但明显的分解过程．无水[C₄mim][PF₅]在温度高于80℃时开始分解,生成少量的五氟化磷（PF₅）和氟化氢（HF）,氟化氢中的氢原子来自于1-丁基-3-甲基咪唑环2位上的氢原子．在丢掉这个氢原子后,阳离子成环形成一个卡宾,并与PF₅形成卡宾/PF₅复合物．定量NMR分析显示在分解反应达到平衡状态时,自由态PF₅和卡宾/PF₅复合物的比例为7∶3．     

CH2Cl与OH自由基反应机理的理论研究

用量子化学从头算方法对CH2 Cl与OH自由基反应生成HCCl+H2 O、HCOCl+H2 和H2 CO +HCl的机理进行了研究 .在UMP2 (FC) / 6 311++G 水平上计算出了各物种的优化构型、振动频率 ;并在Gaussian 3(G3)水平上计算了他们的零点能 (ZPE)、相对能量及总能量 .结果表明 ,CH2 Cl和OH自由基反应首先经无垒过程生成一个富能中间体CH2 ClOH ,中间体再经过一系列原子转移、基团旋转和键断裂分别生成产物HCCl+H2 O、HCOCl+H2 和H2 CO +HCl;三者均为放热反应 ,放热量分别为 72 .81、338.5 4和 35 4 .0 8kJ/mol;生成H2 CO +HCl放出的热量比生成HCCl+H2 O放出的热量多 2 81.2 7kJ/mol,与实验结果吻合 .     

高压下L-丝氨酸的拉曼光谱研究

压力可以引起蛋白折叠与变性。作为蛋白质的基本构成单位,氨基酸在高压下的变化近来年备受关注。在常见的20种氨基酸中,学者们利用高压拉曼技术已研究了多种氨基酸在高压下的变化,研究的最高压力达到30 GPa。为了探究L-丝氨酸(C₃H₇NO₃)在极高压力下的结构变化情况,采用原位高压拉曼技术在常温下对L-丝氨酸晶体进行研究,最高压力达到22.6 GPa。研究发现,当压力达到2.7 GPa时,在102 cm-1处出现新峰,在1 123 cm-1(NH₃反对称摇摆振动)处的特征峰出现劈裂;当压力达到5.4 GPa时,L-丝氨酸晶体在574 cm-1处出现新峰,同时原来164 cm-1处峰消失;当压力达到6.0 GPa时,位于226,456,770和2 968 cm-1(CH₂伸缩振动)等处出现新峰,877 cm-1处的CC伸缩振动峰发生劈裂,产生894 cm-1新峰;当压力达到7.9 GPa时,在145,151和2 946 cm-1等出现新峰,同时原在CO₂摇摆振动峰的肩峰531 cm-1消失;当压力达到11.0 GPa时,位于249 cm-1处的振动峰开始劈叉,在241 cm-1处形成新峰,位于2 956 cm-1(CH₂伸缩振动)同时原位于391和431 cm-1处的峰消失;当压力达到17.5 GPa时,在200 cm-1处出现新峰。通过进一步分析L-丝氨酸的拉曼波数随压力的变化,发现很多拉曼峰在1.37,2.2,5.3,7.46和11.0 GPa以及15.5 GPa等压力点处都出现了拐点。其结果表明：L-丝氨酸在0.1～22.6 GPa之间共发生7处结构相变,分别位于压力区间0.1~1.37,2.2~2.7,5.3,6.0,7.46~7.9,10.1~11.0和15.5~17.5 GPa之间。而且,在6.0 GPa新的相变点在之前文献中未论述过。由于L-丝氨酸晶体在6.0 GPa时CC伸缩振动峰发生劈裂,这现象可能是由于压力引起L-丝氨酸晶体分子发生重排导致的,同时L-丝氨酸晶体分子重排导致氢键发生重排,使得L-丝氨酸晶体出现新的CH₂伸缩振动峰。L-丝氨酸晶体在10.1~11.0 GPa之间的拉曼光谱变化主要集中在低波数段,该波数段的拉曼振动模式主要与晶体晶格振动等低能量振动有关。同时在高波数段出现新的CH₂峰,由此可推测在10.1~11.0 GPa之间,L-丝氨酸晶体的晶格振动发生变化,产生了新的氢键,从而导致了L-丝氨酸晶体结构的改变。L-丝氨酸晶体在15.5~17.5 GPa之间,由于没有发现直接证据证明其发生结构相变,只是在拉曼波数随压力变化中,发现其在17.5 GPa时出现拐点,因此推测L-丝氨酸晶体在15.5~17.5 GPa之间可能发生结构相变。     

氧原子和甲基自由基反应机理的理论研究

用分子轨道从头算和密度泛函理论（DFT）中的B3LYP方法以及适中基组6－311＋G（2df,2p)对氧原子与甲基CH3反应进行了系统的研究。计算给出了通道上各斑点物种的构型参数、振动频率和能量。结果表明：CH2OH比CH3O稳定,能量约低26．63kJ/mol,且生成氢和甲醛为其最主要反应通道。     

Cr/O2/Ar体系反应机理的量子化学研究

本文用量子化学从头计算法研究了Cr/O2/Ar气相体系所发生的两个反应的机理.在MP2/SDD水平上优化了反应物、过渡态、中间体和产物的几何构型.在同一水平上计算了能量,同时进行零点能校正,并且计算出反应的热效应、熵变、活化能和绝对速率常数,并与文献数据进行了比较.计算结果与文献数据比较吻合,表明量子化学计算是研究铬等痕量元素气相反应机理和计算热力学及动力学参数的一种有效手段.     

NH自由基与臭氧反应机理的理论研究

用量子化学从头计算方法,在HF／6－31＋＋G**水平研究了臭氧与NH三线态活性自由基反应的微观机理,优化得到反应物、过渡态、中间体和产物的几何构型。用MP2／6－31＋＋G**／／HF6－31＋＋G**方法计算能量,同时进行零点能校正。研究结果表明： NH三线态活性自由基与O3反应首先成稳定中间体NHO3,然后中裂解生成HNO和O2。     

苯并氧化呋咱稳定性和异构化的DFT和ab initio研究

运用B3LYP/6-31G(d)密度泛函理论（DFT）方法对苯并氧化呋咱、邻二亚硝基苯及其间的异构化反应进行了计算研究。结果表明,苯并氧化呋咱的分子总能量比邻二亚硝基苯的低;由苯并氧化呋咱异构为邻二亚硝基苯的正向反应活化能（Ea+=51.0kJ/mol）,与文献实测值（58.6kJ/mol）较接近,而其逆向反应活化能（Ea-=4.6kJ/mol）很小,从而揭示了苯并氧化呋咱比邻二亚硝基苯更稳定·此外,进行了HF/3-21G、HF/6-31G(d)和MP2/6-31G(d)//6-31G(d)水平下相应的计算,发现B3LYP-DFT的结果较abinitio为优。谐振动频率的B3LYP/6-31G(d)计算还支持了邻二亚硝基苯为苯并氧化呋咱“自-自”互变重排反应的中间体。     

Transannular additions of selectfluor and xenon difluoride: regioselectivity and mechanism

The addition of 1‐chloromethyl‐4‐fluoro‐1,4‐diazoniabicyclo[2.2.2]octane bis‐tetrafluoroborate (F‐TEDA) to unsaturated systems was modelled computationally at the ab initio levels and studied experimentally. The reaction of olefins with F‐TEDA is driven exclusively by charge transfer and displays the antibonding orbital picture in the transition structure for F‐transfer, similarly to that for the reactions of olefins with F‐radical. In contrast, the electrophilic and concerted fluorinations, respectively with H₂O???F⁺ complex and with F₂, show strong bonding interactions between the fluorine and olefin moieties in the transition structures. The reaction with F‐TEDA involves an initial formation of highly delocalized charge‐transfer complexes in the first step with further low‐barrier (ca 4 kcal) migration of fluorine and is best described as an inner‐sphere electron transfer. This nonelectrophilic mechanism is operative for the transannular addition of F‐TEDA to 3‐methylene‐7‐ethylidenebicyclo[3.3.1]nonane studied experimentally. The addition mode is determined by the formation of a more stable complex via the ethylidene fragment and demonstrates selectivities that differ from conventional electrophilic additions. This mechanistic scenario may be extended to the fluorination with xenon difluoride where similar products are formed in high yields. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

CH3CH2+O(3P)反应机理的理论研究

利用abinitio方法对CH3CH2+O(3P)反应进行了理论研究,在MP2/6311+G(d,p)水平上优化得到了反应途径上的反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型和谐振频率,并在QCISD(T)/6311+G(d,p)水平上进行单点能计算.计算结果表明:CH2O+CH3、CH3CHO+H和CH2CH2+OH是主要反应产物,其中CH2O+CH3主要来自反应通道A1:(R)→IM1→TS3→(A),CH3CHO+H主要来自反应通道B1:(R)→IM1→TS4→(B),CH2CH2+OH主要来自直接抽提反应通道C1和C2:(R)→TS1(TS2)→(C).计算结果同时表明该反应生成CO的通道能垒是非常高的,CO应该不是主要产物.     

CH3CH2+N(4S)反应机理的理论研究

利用abinitio方法对CH3CH2+N(4S)反应进行了理论研究,在MP2/6-311+G(d,p)水平上优化得到了反应途径上的反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型和谐振频率,并在QCISD(T)/6-311+G(d,p)水平上进行单点能计算.计算结果表明,CH2CH2+3NH和H2CN+CH3是此反应主要产物,CH3CHN+H是此反应次要产物.产物CH2CH2+3NH主要来自直接氢抽提反应通道,H2CN+CH3来自加成-解离反应通道,CH3CHN+H来自加成-解离反应通道.     

Ab initio study on the anisotropy of mechanical behavior and deformation mechanism for boron carbide

The mechanical properties and deformation mechanisms of boron carbide under a-axis and c-axis uniaxial compression are investigated by ab initio calculations based on the density functional theory.Strong anisotropy is observed.Under a-axis and c-axis compression,the maximum stresses are 89.0 GPa and 172.2 GPa respectively.Under a-axis compression,the destruction of icosahedra results in the unrecoverable deformation,while under c-axis compression,the main deformation mechanism is the formation of new bonds between the boron atoms in the three-atom chains and the equatorial boron atoms in the neighboring icosahedra.     

Theoretical Study on Mechanism of Reaction of OH with HO2NO2

运用密度泛函的B3LYP方法及CBS-QB3方法对HO2NO2(过氧硝酸,PNA)与OH自由基的反应进行了理论研究. 结果表明, 在计算所得的势能面曲线上存在五个产物通道,分别为H2O+NO2+O2、HOOH+NO3、NO2+HO3H、HO2+HONO2和HO2+HOONO. 对这五个通道分别进行了详细的研究,其中最主要的反应通道为：PNA+OH!M1!TS1!H2O+NO2+O2. 采用了一个准平衡近似的方法并运用CBS-QB3基础上的能量计算得到了300K下此反应路径的速率常数值为1.13 ￡10-1     

Ab initio investigation of the mechanical properties of copper

Employing the ab initio total energy method based on the density functional theory with the generalized gradient approximation, we have systematically investigated the theoretical mechanical properties of copper (Cu). The theoretical tensile strengths are calculated to be 25.3 GPa, 5.9 GPa, and 37.6 GPa for the fcc Cu single crystal in the [001], [110], and [111] directions, respectively. Among the three directions, the [110] direction is the weakest one due to the occurrence of structure transition at the lower strain and the weakest interaction of atoms between the (110) planes, while the [111] direction is the strongest direction because of the strongest interaction of atoms between the (111) planes. In terms of the elastic constants of Cu single crystal, we also estimate some mechanical quantities of polycrystalline Cu, including bulk modulus B, shear modulus G, Young’s modulus E p , and Poisson’s ratio ν.     

Theoretical Studies on Interaction Between Methanol and Functionalized Single-Walled Carbon Nanotubes

We study the adsorption of a methanol molecule on single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) with various diameters and chiral angles by using the density functional theory based calculations. We find that methanol prefers to be adsorbed physically on the exterior surface of chiral nanotubes in comparison to the armchair and zigzag tubes with binding energy of about-2.76 kcal/mol, which is consistent with recent experimental andtheoretical investigation results. We further consider the adsorption of methanol on the exterior surface and edge site of functionalized SWCNTs. The obtained results indicate that the binding energy of methanol is significantly increased for adsorption on the sidewall of functionalized nanotubes. It is also found that the adsorption of methanol at the edge site of both functionalizedand pristine SWCNT is remarkably different (chemisoption process) incomparison to the exterior sidewall of the tubes. Furthermore, the electronic structures and Mulliken charge population of the considered complexes at their ground state are discussed within the context.