CH_3SH+CN微观反应机理的理论研究

采用BMC-CCSD//B3LYP/6-311G(d,p)方法对CH3SH+CN反应机理进行了详细的理论研究.反应中涉及的各稳定点的构型、振动频率和零点能在B3LYP/6-311G(d,p)水平下计算得到,计算结果表明,该反应存在两种反应机理,5条可能的反应通道.SN2机理由于能垒太高,与直接氢抽提机理相比可以忽略.该反应的最可行通道为CN中的C原子进攻SH中的H原子经由一个前期和一个后期分子络合物生成产物CH3S和HCN.计算得到的反应焓变与已有实验值非常吻合.     

CH_3自由基与C_2H_5CN高温反应机理的理论研究

用G3(MP2)//B3PW91/6-311G(d,p)双级别方法研究了CH_3自由基与C_2H5_CN的反应机理和动力学性质.计算表明反应存在抽氢、加成-消除和取代3种机理7条反应通道.用CVT方法计算了所有反应通道在1 000K~3 000K温度范围内的速率常数,结果表明计算值与实验值符合得很好.     

CHF_3与O(~3P)反应机理的理论研究

采用从头算MP2/6-311G(d,p)方法研究了CHF3与O(3 P)的反应机理,优化了所有反应物、产物和过渡态的几何构型,并通过振动频率分析和内禀反应坐标(IRC)方法确证了过渡态的真实性.在QCISD(T)/6-311++G(d,p)水平上精确计算了各反应物种的单点能.结果表明,标题反应共存在4类反应,分别为抽提氢反应(R1)、抽提氟反应(R2),消氟化氢反应(R3)和消氢反应(R4),在QCISD(T)/6-311++G(d,p)//MP2/6-311G(d,p)水平上,R1,R2,R3和R4反应的能垒分别为70.7,378.7,294.7和307.2kJ·mol-1,抽提氢反应为主反应通道.     

氢抽提反应CHBr2+HBr→CH2Br2+Br的直接动力学研究

采用直接动力学方法,对CHBr2+HBr→CH2Br2+Br反应通道进行了理论研究,在B3LYP/6-311+G(d,p)水平下获得了优化几何构型、频率以及最小能量路径,更精确的单点能在B3LYP/6-311++G(3df,2pd)水平下完成.利用正则变分过渡态理论,结合小曲率隧道效应校正方法计算了反应通道在220 K～2 000 K温度范围内的速率常数.在整个反应区间,隧道效应对反应的影响比较大;变分效应在低温时有一定的影响,在高温区间的影响很小可以忽略.计算得到的速率常数和已有实验值很好地吻合.     

CH3SH与NO2的反应机理及动力学

在G3B3,CCSD(T)/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-311++G(d,p)水平上详细研究了CH3SH与基态NO2的微观反应机理.在B3LYP/6-311++G(d,p)水平得到了反应势能面上所有反应物、过渡态和产物的优化构型,通过振动频率分析和内禀反应坐标(IRC)跟踪验证了过渡态与反应物和产物的连接关系.在CCSD(T)/6-311++G(d,p)和G3B3水平计算了各物种的能量,得到了反应势能面.利用经典过渡态理论(TST)与变分过渡态理论(CVT)并结合小曲率隧道效应模型(SCT),分别计算了在200～3000K温度范围内的速率常数kTST,kCVT和kCVT/SCT.研究结果表明,该反应体系共存在5个反应通道,其中N进攻巯基上H原子生成CH3S+HNO2的通道活化势垒较低,为主要反应通道.动力学数据也表明,该通道在200～3000K计算温度范围内占绝对优势,拟合得到的速率常数表达式为k1CVT/SCT=1.93×10-16T0.21exp(-558.2/T)cm3·molecule-1·s-1.     

CH_2CO+CH_2的多通道反应的理论研究

利用密度泛函(DFT)和自然键轨道理论(NBO)及高级电子耦合簇[CCSD(T)]和电子密度拓扑(AIM)方法,对单重态和三重态CH2与CH2CO反应的微观机理进行了研究.在B3LYP/6-311+G(d,p)水平上优化了反应通道各驻点的几何构型.在CCSD(T)/6-311+G(d,p)水平上计算了各物种的单点能量,并对总能量进行了校正.计算表明,单重态CH2与CH2CO的C-H键可发生插入反应,与C=C、C=O可发生加成反应,存在三条反应通道,产物为CO和C2H4,从能量变化和反应速控步骤能垒两方面考虑,反应II更容易发生.对反应通道中的关键点进行了自然键轨道及电子密度拓扑分析.三重态CH2与CH2CO的反应存在三条反应通道,一条是与C-H键的插入反应,另一条是三重态CH2与C=C发生加成反应,产物为CO和三重态C2H4,通道II势垒较低,更容易发生.最后一条涉及双自由基的反应活化能最大,最难发生.     

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.     

Br+活化甲烷C-H键反应机理的理论研究

使用量子化学从头算方法和密度泛函理论对溴正离子活化甲烷分C-H键的反应机理进行了理论研究,以探讨溴正离了成为一种活化甲烷催化剂的可能性.在B3LYP/6-311 G(3df,3p)和MP2/6-311 G(3df,3p)水平下优化了反应通道上各驻点(反应物、中间体、过渡态和产物)的儿何构型.在G2M( )水平下计算了各物种的能量.研究结果表明:CH4与Br (3P)反应存在三条不同的吸热反应途径,与Br (1D)反应存在二条不同的放热反应通道.反应更易于通过单重态反应通道进行.理论结果不仅较好地解释了实验事实,还说明Br 有可能成为一种活化甲烷的催化剂.     

过氧氢自由基HO_2与CH_2S的反应机理及动力学

采用密度泛函理论B3LYP方法,在6-311＋＋G（d,p）基组水平研究了HO2与CH2S的微观反应机理.在CCSD（T）/6-311＋＋G（d,p）//B3LYP/6-311＋＋G（d,p）水平上获得了势能面.利用经典过渡态理论（TST）与变分过渡态理论（CVT）并结合小曲率隧道效应模型（SCT）,计算了反应通道在2...     

CH3SH与NO2的反应机理及动力学

在G3B3, CCSD(T)/6-311＋＋G(d,p)//B3LYP/6-311＋＋G(d,p)水平上详细研究了CH3SH与基态NO2的微观反应机理. 在B3LYP/6-311＋＋G(d,p)水平得到了反应势能面上所有反应物、过渡态和产物的优化构型, 通过振动频率分析和内禀反应坐标(IRC)跟踪验证了过渡态与反应物和产物的连接关系. 在CCSD(T)/6-311＋＋G(d,p)和G3B3水平计算了各物种的能量, 得到了反应势能面. 利用经典过渡态理论(TST)与变分过渡态理论(CVT)并结合小曲率隧道效应模型(SCT), 分别计算了在200～3000 K温度范围内的速率常数kTST, kCVT和kCVT/SCT. 研究结果表明, 该反应体系共存在5个反应通道, 其中N进攻巯基上H原子生成CH3S＋HNO2的通道活化势垒较低, 为主要反应通道. 动力学数据也表明, 该通道在200～3000 K计算温度范围内占绝对优势, 拟合得到的速率常数表达式为k1CVT/SCT＝1.93×10－16T0.21exp(－558.2/T) cm3&;#8226;molecule－1&;#8226;s－1.     

HNCO + CN反应途径的从头计算

在6-311G(d, p)基组水平上, 采用全电子的UMP2方法对HNCO和CN自由基的反应途径进行了研究, 结果表明, 反应存在如下两条反应通道: HNCO + CN→NCO + HCN (1); HNCO + CN→HNCN + CO (2). 其中反应(1)是吸氢反应, 氢转移过程在分子间以协同方式进行, UMP2(full)/6-311G(d, p)计算位垒是 20.80 kJ/mol, 在反应的温度区间(1000~2100 K), 传统过渡态理论得出的速率常数值范围是0.32×10^−11~6.9×10^−11 cm³·mol^−1·s^−1, 支持了实验预测结果. 反应(2)是分步反应, 在反应途径上存在分子中间体, UMP2(full)/6-311G(d, p)计算位垒为83.42 kJ/mol. 反应通道(2)的位垒大于反应通道(1).     

CH3SH与CN·自由基的反应机理及电子密度拓扑分析

在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上研究了CH3SH与CN·自由基的反应机理.找到了三个可能的反应通道.得到了各反应通道的反应物、中间体、过渡态和产物的优化构型、谐振频率.通过内禀反应坐标(IRC)跟踪确认了稳定点与过渡态的连接关系.在CCSD/6-311++G(d,p)水平上进行能量校正,成功地解释了Brian等的实验结论.通过对反应进程中一些重要点的电子密度拓扑分析,讨论了反应进程中化学键的变化规律,发现了六元环状过渡结构.     

CH3SH与CN·自由基的反应机理及电子密度拓扑分析

在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上研究了CH3SH与CN·自由基的反应机理. 找到了三个可能的反应通道, 得到了各反应通道的反应物、中间体、过渡态和产物的优化构型、谐振频率. 通过内禀反应坐标(IRC)跟踪确认了稳定点与过渡态的连接关系. 在CCSD/6-311++G(d,p)水平上进行能量校正, 成功地解释了Brian等的实验结论. 通过对反应进程中一些重要点的电子密度拓扑分析, 讨论了反应进程中化学键的变化规律, 发现了六元环状过渡结构.     

几种含芯电子相关能修正的G2和G2(ACI)方法

针对冻结芯电子近似,在MP2/6-311G(d,p)级别上对G2、MP2/6-311G(d)和MP2/6-311G(d,p)级别上对G2(QCI)方法进一步考虑了芯电子相关能修正,尝试建立了G2(fu2)、G2(QCI/ful)和G2(QCI/fu2)方法。G2-l test set 的反应能量计算结果表明,这些方法进一步减小了经验修正量;G2(QCI/ful)和G2(QCI/fu2)也比G2(QCI)的总体精度有所提高;但G2(fu2)在G2基础上,总体精度没有改善。G2(fu2)、G2(QCI/ful)和G2(QCI/fu2)计算G2-l test set反应能量的平均绝对偏差分别为5.11、4.74和4.81kJ mol-1,G2和G2(QCI)分别为5.09和4.97kJ mol-1.     

CH_3SO+HO_2气相反应机理与主通道速率常数

在MPW1PW91/6-311G(d,p)水平上优化了标题反应各驻点物种的几何构型,并在相同水平上通过频率计算和内禀反应坐标(IRC)分析对过渡态结构及连接性进行了验证.采用QCISD(T)/6-311G(d,p)方法对所有驻点及反应路径的部分选择点进行单点能校正,分别构建了CH3SO+HO2反应体系的单、三重态反应势能剖面.研究结果表明,CH3SO+HO2反应体系存在6条反应通道7条路径,优势通道(1)R→3IM→P1(CH3SOH+3O2)发生在三重态势能面上,此通道包含两条路径,其表观活化能分别为12.01和-30.04kJ?mol-1,主路径(2)R→3IM→3TS2→P1(CH3SOH+3O2)是一个无势垒氢迁移过程.利用经典过渡态理论(TST)与变分过渡态理论(CVT)并结合小曲率隧道效应模型(SCT),分别计算了主路径(2)在200～2500K温度范围内的速率常数kTST,kCVT和kCVT/SCT,在此温度区间内的表观反应速率常数三参数表达式为kCVT/SCT=4.08×10-24T3.13exp(8012.2/T)cm3imolecule-1is-1,具有负温度系数效应.速率常数计算结果显示,变分效应在计算温度段内影响较小,而量子力学隧道效应在低温段有显著影响.     

CH3F与C2H3反应机理的理论研究

采用密度泛函B3LYP/6-311G(d,p)方法对CH3F与C2H3的反应体系进行了理论研究,获得了反应的势能面信息及可能的微观机理.在QCISD(T)/6-311++G(d,p)水平上精确计算了各反应物种的单点能.结果表明,除抽提氢反应外,标题反应还存在抽提氟(R1)、消氟化氢(R2)、消氢(R3)和自由基形成(R4)四类反应.在QCISD(T)/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-311G(d,p)水平上,R1,R2,R3和R4反应的能垒分别是163.9,152.2,209.8和224.2kJ·mol-1,相应反应能为-56.6,-164.3,-2.7和-156.0kJ·mol-1,所有反应均放热,为热力学允许的反应.     

HOSO+NO反应的机理及动力学

在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上研究了HOSO+NO的反应机理. 优化得到了反应势能面上各驻点的几何构型, 通过内禀反应坐标(IRC)确认了反应物、中间体、过渡态和产物的相关性. 在CCSD(T)/6-311++G(d,p)水平上对计算得到的构型进行了能量校正. 应用经典过渡态理论(TST)与变分过渡态理论(CVT), 并结合小曲率隧道(SCT)效应模型校正的方法计算了标题反应在200-3000 K温度范围内的速率常数k^TST、k^CVT和k^CVT/SCT. 计算结果表明: HOSO+NO反应在单重态和三重态条件下均可发生, 其中单重态反应为主反应通道, HNO+SO₂为主产物. 并利用电子密度拓扑分析方法研究主反应通道反应过程中的化学键变化.     

C4H（2Σ+）+H2反应机理的直接动力学研究

贫氢分子CnH是燃烧火焰、行星大气中的重要的中间体.这些分子与其它一些分子或自由基的反应在星际化学中起着非常重要的作用.虽然这些分子的电子结构和光谱性质已经进行了广泛的研究,但是研究这些反应的机理和动力学性质也是亟需的.因此,我们采用直接动力学方法对线性分子丁二炔自由基C4H(CCCCH)夺氢气(H2)分子中HAT的反应的微观机理和动力学性质进行了理论研究.本研究分别在BB1K/6-311+G(2d,2p),B3LYP/6-311+G(2d,2p)和M06-2x/6-311+G(2d,2p)水平上优化得到了各稳定点的结构及振动频率.为了得到更为可靠的反应能量和势能面信息,在BB1K/6-311+G(2d,2p)优化结构的基础上用CCSD(T)/aug-cc-pVTZ水平进行了单点能量校正.对于此反应研究了两条不同的氢吸附通道,C4H(C1C2C3C4H)中的C1和C4分别吸氢,即通道1(R1)和通道2(R2).计算得出:通道1和通道2的能垒分别为3.58 kcal/mol和26.56 kcal/mol,结果表明C4H中C1端吸氢是主要通道.反应过程中的电子转移可以为理解氢原子转移(HAT)提供重要的线索,因此,我们利用NBO对反应过程中的电子转移行为进行了详细的分析.本工作运用经典过渡态理论(VTST)与变分过渡态理论(CVT)和变分过渡态理论结合小曲率隧道效应校正(CVT/SCT)的方法计算了该反应在40～1000 K温度区间的速率常数.除对于最低频率的配分函数采用了阻尼内转动近似外,其它频率都采用谐振子模型处理.计算得到的总的CVT/SCT反应速率常数与已有的实验值符合得很好.我们还提供了40～1000K温度范围内的三参数Arrhenius表达式.这些公式有利于今后在较宽的温度范围内迄今没有实验数据的反应的研究.     

高级量子化学从头计算法研究N2和H2O分子间相互作用

在MP2/6-311++G(3d,3p)电子相关校正水平上,对N₂和H₂O分子间可能存在的氢键复合物进行全自由度能量梯度优化,发现了一个接近于直线的弱氢键总能量极小结构(1),进一步在高级电子相关校正的MP4SDTQ和CCSD(T)水平,用6-311++G(3d,3p)基组加上(3s3p2d1f)键函数,用MP4和CCSD(T)计算的结构1的结合能分别为-5.061kJ/mol和-4.715kJ/mol.     

GeH4与HX(X＝F,Cl,Br)间二氢键复合物的理论研究

对GeH4与HX形成的二氢键复合物的结构特征及本质进行了探讨.在MP2/6-311 ++G(3 d,3p)水平优化、频率验证得到复合物的分子结构,通过分子的几何参数及电子密度拓扑分析,确认GeH4与卤化氢已形成了二氢键复合物.MP2/6-311 ++ G(3d,3p)水平下进行BSSE校正后的结合能为3.281到4.5...