NAMI-A乙基取代衍生物水解机理的DFT研究

采用密度泛函理论(DFT)方法,并结合导体极化连续模型(CPCM)研究了[(N-EtIm)H][trans-RuⅢCl4(DMSO)(N-EtIm)](N-EtIm=N-乙基咪唑)分别在中性及酸性条件下的水解反应过程.同时,为提高溶剂化能的精确度,在中性条件下水解反应的计算中采用3个水分子的溶剂化模型.计算得到水解反应过程中相应的结构特征和详细的热力学能量及速率常数.首先,在中性条件下,对于第一步水解,液相中配合物的活化能垒为109.9kJ/mol,速率常数为3.3×10-7 s-1,与实验中测得的第一步水解反应的速率常数(4.4×10-7 s-1)一致.对于第二步水解,反应的活化能垒为117.9kJ/mol,这符合实验中观察到的第二步水解比第一步水解反应慢的现象.其次,计算结果表明,酸性条件下,DMSO基团易于水解,Cl-水解困难,这也与实验结果相吻合.     

Theoretical study on the reaction of N-(4-dehydrophenyi)pyridinium ion with nitroxides within the steric effects

应用量子化学密度泛函理论(DFT),在B3LYP/cc-pVDZ基组水平上,对N-(4-脱氢苯基)吡啶离子与不同结构的氮氧自由基反应进行了热动力学研究.优化了反应通道上反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型并计算出它们的零点振动能( Ezpv)和焓值,分析数据研究位阻效应对反应的影响.研究表明3类氮氧自由基均与N-(4-脱氢苯基)吡啶离子自由基反应经过1个无位垒的放热过程生成1个中间体,然后发生自由基的重排,开环的氮氧自由基DTBN相较于闭合的氮氧自由基TMIO和TEMPO化学性质活泼、反应过程复杂.表明反应物本身的位阻效应为此类自由基反应的主要影响因素.     

MH~+(M=Fe,Co,Ni)催化二氧化碳的氢化反应

在密度泛函理论的B3LYP水平下计算了MH~+(M=Fe,Co,Ni)催化二氧化碳的氢化反应.研究表明,氢转移至C上要比转移至O上容易得多.探讨不同泛函方法对反应的影响,从CCSD(T)的计算结果可见,与Co H~+和Ni H~+相比,Fe H~+对H转移至C上的活性较高.电子结构分析表明,反应过程中氢转移为氢负离子转移.     

丙三醇脱水反应机理的密度泛函理论研究

为了理解纤维素热解初期的脱水反应机理, 采用Gaussian 03程序中的密度泛函理论UB3LYP/6-31＋＋G(d,p) 方法, 对模型化合物丙三醇脱水反应机理进行了量子化学理论研究. 设计了6种可能的脱水反应途径, 对各种反应的反应物、产物和过渡态的结构进行了能量梯度全优化, 计算了不同温度下各反应途径的标准热力学和动力学参数. 计算结果表明: 除了形成中间体IM_a和IM_b的反应外, 其它反应均为吸热反应; 温度高于400 K时, 丙三醇开始发生脱水反应; 与1-2-脱水反应相比, 1-3-脱水反应的反应势垒更低, 其活化能为233.75 kJ/mol; 当反应加入金属离子Li^＋时, 有利于脱水反应的发生, 这时1-2-脱水反应的活化能为201.95 kJ/mol, 1-3-脱水反应的活化能为202.14 kJ/mol.     

ONIOM 法研究分子筛骨架对噻吩裂解反应的影响

 采用 ONIOM 法研究了分子筛上噻吩的裂解反应, 考察了分子筛骨架环境对反应中各物种的几何构型、电荷分布以及整个反应的影响. 比较了 B3LYP 和 M05-2X 泛函的计算结果. 结果表明, 分子筛骨架可很好地稳定反应带电中间体, 促进了吸附分子的电荷分离, 从而使反应活化能降低. 与现在应用广泛的 B3LYP 泛函相比, 最近开发的 M05-2X 泛函能够更准确地描述反应物分子和分子筛骨架的相互作用, 计算得到的电荷分布和活化能也更为合理. 整个反应的决速步是亲电取代反应, 其活化能为 122.4 kJ/mol, 随后的 C–S 键解离活化能较低, 为 75.5 kJ/mol.     

丁醇醛和丁醇酸热解形成CO和CO2机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论方法B3LYP/cc-pVTZ,对模型化合物2,3,4-羟基丁醛的脱羰基和2,3,4-羟基丁酸的脱羧基反应机理进行了量子化学理论研究。对两种模型化合物分别设计了三种热解反应途径,计算了不同温度下各热解反应途径的标准热力学及动力学参数。计算结果表明,纤维素热解过程中CO₂和CO的逸出分别与脱羧基和脱羰基反应相对应,脱羧基和脱羰基反应均为分子内氢原子转移的协同过程。脱羰基反应是吸热反应,而脱羧基反应是放热反应。饱和丁醇醛的脱羰基反应反应能垒为288.8 kJ/mol,脱水后的不饱和烯醇醛的脱羰基反应能垒增大;饱和丁醇酸的脱羧基反应能垒较高,为303.4 kJ/mol,脱水后的不饱和烯醇酸的脱羧基反应能垒明显减小,这说明脱水有利于CO₂的生成。     

n‐Butane Monomolecular Cracking on Acidic Zeolites: A Density Functional Study

采用5T簇模型,利用密度泛函理论在B3LYP/6-311+G(3df,2p)//B3LYP/6-31G(d)水平下研究正丁烷在酸性分子筛上的单分子催化裂解反应。本文重点详细研究了正丁烷在分子筛表面不同C位的脱氢反应。在B3LYP/6-311+G(3df,2p)//B3LYP/6-31G(d)水平下计算所得第一和第二位C-C键裂解的活化能垒分别为 238、217 kJ/mol。而第一第二序位脱氢反应能垒分别为296、242 kJ/mol。正丁烷不同序位脱氢反应的活化能垒相差54 kJ/mol。从计算结果可以看出,正丁烷在分子筛上催化裂解脱氢反应优先发生在第二位C原子上。此外,本文还讨论了簇模型结构与酸性的关系,结果显示改变封端Si-H键的键长的方法可以用来模拟分子筛酸性变化。最后研究了分子筛酸性变化与正丁烷催化裂解反应能垒的关系。     

基于密度泛函理论的CO2对NO异相还原影响的机理研究

为深入理解CO_2对NO异相还原的影响,本研究基于密度泛函理论,对CO_2参与下的煤焦-NO异相还原反应机理进行研究,并选取armchair苯环模型模拟焦炭表面。结构优化采用B3LYP-D3/6-31G(d)方法,单点能计算采用B3LYPD3/def2-TZVP方法。研究表明,CO_2吸附后形成的羰基与吸附态NO反应生成CO_2,继而CO_2脱附为后续NO吸附及N_2脱附提供邻近的碳活性位点。热力学研究表明,无CO_2参与条件下,反应放热853.9 kJ/mol,决速步能垒为297.0 kJ/mol;CO_2参与条件下,反应放出593.7 kJ/mol的热量,决速步能垒为214.1 kJ/mol。动力学研究表明,在298.15–1800 K的温度下,CO_2参与条件下的反应速率常数大于无CO_2参与条件下的反应速率常数。综合热力学和动力学研究结果发现,CO_2对NO的异相还原反应具有促进作用。     

锰配合物催化CO2加氢生成甲酸的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)对锰配合物催化二氧化碳加氢生成甲酸的反应进行了理论研究. 整个催化循环主要包括氢气活化和二氧化碳氢化2个阶段. 计算结果表明, 甲酸的参与明显降低了氢气活化的反应能垒; 二氧化碳的氢化过程遵循外层机理并且氢转移是分步进行的, 决速步骤为氢负离子的转移过程, 自由能垒为21.0 kJ/mol. 对配合物中硫原子上的取代基R进行了调变, 研究结果表明, 当R为吸电子基团时能降低氢气裂解和二氧化碳氢化过程中质子转移的能垒, 而当R为推电子基团时有利于氢负离子的转移,当R=CF₃时整个反应的能量跨度(80.4 kJ/mol)最小.     

四氯化硅催化氢化合成三氯氢硅机理研究

针对四氯化硅催化氢化过程采用第一性原理机理对其进行模拟研究,结果表明:没有催化剂时,SiCl4与H2反应能垒为464.45 kJ/mol,反应能量为74.94 kJ/mol,与热力学计算结果 71.85 kJ/mol一致.负载在HZSM-5分子筛上的氯化钡可催化四氯化硅氢化反应,其最具催化活性表面为(111)面;H2在BaCl2(111)面上表现排斥性;SiCl4表现为吸附性,可在BaCl2(111)表面稳定吸附并生成.SiCl3自由基,过程吸附能为448.33 kJ/mol;在催化剂BaCl2存在条件下,SiCl4与H2反应为自由基反应,反应步骤能垒为400.23 kJ/mol;氢化过程能垒降为184.97kJ/mol;催化氢化反应过程所需能量为64.20 kJ/mol.催化氢化过程反应条件相对无催化剂过程更为温和.     

吡喃葡萄糖热解机理的量子化学理论研究

采用密度泛函理论方法 B3LYP/6-31G++(d,p),对纤维素的一个循环单体β-D-吡喃葡萄糖的热解反应机理进行了量子化学理论研究。设计了四种可能的热解反应途径,对各种反应的反应物、产物、中间体和过渡态的结构进行了能量梯度全优化,计算了各热解反应途径的标准动力学参数。计算结果表明,反应路径1中速控步的活化能为297.02 kJ.mol,反应路径2中速控步的活化能为284.49 kJ.mol,与反应路径3,4相比,反应路径1,2的反应能垒更低,是主要的热解反应通道,乙醇醛、1-羟基-2-丙酮、5-羟甲基糠醛、CO等小分子产物是热解的主要产物。这与相关实验结果分析是一致的。     

含氮杂环协助的醛胺缩合反应机理的研究

采用密度泛函理论(DFT)方法研究了在酸性条件下对带有氮杂原子的伯胺与醛的缩合反应机理.研究结果表明,在酸性条件下,碱性更强的杂环氮比羰基氧更容易被质子化,杂环氮作为氢质子桥使缩合反应能垒大大降低,计算得到的反应能量跨度为13.08 kcal/mol.同时,将伯胺上含氮杂环上的N原子调变为P, As原子及改变N原子的位置后缩合反应能垒升高,证实了杂环氮原子协助氢转移的重要性,此理论研究为揭示含氮杂环伯胺与醛的缩合反应机理提供了新的思路与理论依据.     

氮氧自由基研究XIII.哌啶氮氧自由基与半胱氨酸在碱性水溶液中的反应动力学和机理

哌啶氮氧自由基与半胱氨酸在碱性水溶液中反应,生成胱氨酸和相应哌啶羟胺。用紫外光谱法测得反应动力学为二级,k=0.,1～1.0M[-1].h[-1],反应活化能Ea=68.2kJ.mol[-1],活化熵△S=-28e.u.,反应速率受介质pH影响较小,反应可能经历环状过渡态,并发生单电子转移反应,准一级动力学方法进一步证明,在介质pH8.6～11.6范围内,反应活化焓和活化熵的变化符合等动力学关系,表明反应机理在所研究的pH范围内一致。TLC和紫外光谱研究表明,哌啶氮氧自由基在碱性和中性水溶液中稳定存在,在酸性水溶液中发生自衰变反应。     

2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基促进的钒基催化剂催化苯直接氧化制苯酚

以钒基化合物为催化剂,在TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基)存在下,能形成快速催化分子氧氧化苯制苯酚的催化体系.在反应过程中,由类似芬顿试剂反应过程生成的羟基自由基亲核进攻苯环,形成羟基环己二烯自由基;该羟基氢可在TEMPO存在的催化体系中消除,同时苯环氢可立即转移至氧原子而生成苯酚.在以[(CH3)...     

镍基上CH_4脱氢与超临界CO_2重整的量化计算

采用密度泛函理论（B3LYP）、从头计算及微扰方法计算了超临界状态下镍基催化剂上甲烷逐步脱氢与超临界CO2重整制合成气的反应机理。计算结果表明,甲烷与CO2的重整反应分为5步进行,其超临界态下各反应的焓变分别为：-86.889、47.453、75.812、54.658和-209.460kJ/mol。各步反应的活化能数据...     

DFT方法研究酸性沸石上苯与乙烯烷基化反应的机理

采用B3LYP/6-31G*水平计算来研究酸性沸石上苯与乙烯的烷基化反应历程,从生成能和反应活化能角度分析并讨论了苯与乙烯的反应机理.选取4T簇模型模拟分子筛的酸性位,使用密度泛函理论对烷基化反应三种不同的反应机理(两个联合反应机理和一个分步反应机理)进行计算分析.结果表明,在联合反应机理中,乙烯的质子化和苯与乙烯间C-C键的形成同时发生;分步反应机理中,首先形成一个稳定的乙醇盐中间物种,然后与苯分子反应形成乙苯.联合机理速控步骤的活化能约为160kJ/mol,分步机理速控步骤的活化能为190.24kJ/mol,因此,酸性沸石上苯与乙烯烷基化反应机理主要以联合机理为主,但分步机理与其有一定程度的竞争。     

乙基曙红碘翁盐的染料再生循环光敏体系

本文设计了染料循环再生的光敏反应体系, 通过对占吨碘翁盐电子反应机制的深入研究, 提出了占吨染料在光敏反应过程中的染料再生循环, 它依次由三个反应过程组成: 在光作用下, 通过电子转移反应, 产生染料氧化褪色体(I); 在H给体存在下, 通过H转移反应, 使产物(I)转化为染料酸式隐色体(II); 在碱作用下, (II)发生去质子反应, 染料再生回复到染料的起始结构。其中光、H给体和碱的作用是再生循环的三个要素, 而控制染料酸式隐色体生成比例是染料再生效率的关键。由乙基曙红碘翁盐/三乙胺组成的染料再生体系的染料敏化效率比单一体系高4倍左右, 同时使活性自由基的数量增殖, 这种体系在实际应用方面具有重要意义。     

乙基曙红碘翁盐的染料再生循环光敏体系

本文设计了染料循环再生的光敏反应体系, 通过对占吨碘翁盐电子反应机制的深入研究, 提出了占吨染料在光敏反应过程中的染料再生循环, 它依次由三个反应过程组成: 在光作用下, 通过电子转移反应, 产生染料氧化褪色体(I); 在H给体存在下, 通过H转移反应, 使产物(I)转化为染料酸式隐色体(II); 在碱作用下, (II)发生去质子反应, 染料再生回复到染料的起始结构。其中光、H给体和碱的作用是再生循环的三个要素, 而控制染料酸式隐色体生成比例是染料再生效率的关键。由乙基曙红碘翁盐/三乙胺组成的染料再生体系的染料敏化效率比单一体系高4倍左右, 同时使活性自由基的数量增殖, 这种体系在实际应用方面具有重要意义。     

含联苯结构环氧树脂体系固化反应动力学研究

用示差扫描量热仪(DSC)对含联苯结构环氧树脂(TMBP)/4,4′-二氨基二苯砜(DDS)固化体系的固化反应过程进行了分析,并用Kissinger和Ozawa方法分别求得体系固化反应的表观活化能ΔE为69.7和74.2kJ/mol,根据Crane理论计算得到该体系的固化反应级数n=0.89及在不同升温速率下的频率因子A,确定了使用DDS作为固化剂的固化反应条件.     

β-1型木质素二聚体高温蒸汽气化机理的理论研究

以β-1型木质素二聚体为研究对象,采用以密度泛函理论B3LYP/6-31G(d,p)为基础的Gaussian工具包对该木质素二聚体的高温纯蒸汽气化反应过程进行了分子动力学模拟研究。结果表明,在木质素二聚体高温蒸汽气化的初反应中,R4和R5的反应焓变较小分别为243.9和323.2 kJ/mol,Cα-Cβ键和Cβ-C1键较易断裂。通过计算次反应路径的势垒,发现R4-1和R5-1反应的势垒较小分别为4.4和24.0 kJ/mol,因此,在该气化过程中会优先选择R4-1和R5-1路径。该反应路径最后得到的产物有甲醇、乙醇、苯酚、对羟基甲苯和对羟基苯甲醛,与实验产物吻合。