从头算分子动力学研究O-与CH_3F反应的产物通道

在B3LYP/6-31+G(d,p)理论水平下采用基于波恩-奥本海默近似的从头算分子动力学方法重新研究了O-与CH3F反应经抽氢生成OH-和生成H2O的两条产物通道.反应轨线从反应初始过渡态开始,采用300K时的热取样确定初始条件,同时为对比不同的初始碰撞平动能条件下产物通道的变化,分别限定过渡矢量上的能量为2.1、36.8及62.8kJ·mol-1进行轨线计算,所有轨线计算的结果表明抽氢生成OH-的过程始终为主要的产物通道.我们的计算不仅进一步证实了以往实验的结论,而且描绘了抽氢生成OH-和生成H2O这两个产物通道在反应出口势能面上的动态反应路径,更为深刻地揭示了该反应的微观机理.     

F+CH3OH碰撞反应机理和反应势能面

在MP2(full)/6-311++g(d,p)水平上详细研究了氟原子与甲醇抽氢反应的多通道反应机理,得到了各条通道中涉及的驻点的构型和振动频率及其能量,给出了两张完整的反应势能面.结果表明,氟原子从C原子上抽氢时有一条明显的最低能量通道,而从氧原子上抽氢时要涉及多条分支通道和多个驻点构型,给出了各分支通道的势能面示意图,结果表明以形成五元环状过渡态通道为优势通道.计算得到经途径1生成CH2OH时反应放热170.62kJ/mol,经分支途径6生成CH3O自由基时反应放热119.41 kJ/mol,此结果与实验值一致.     

OH-与CH2CIF反应的阴离子产物通道

理论研究了羟基负离子(OH-)与氟氯代甲烷(CH2CIF)反应的阴离子产物通道.分别在B3LYP/6-31+G(d,p)和B3LYP/6-311++G(2d,p)水平上得到反应势能面上各关键物种的优化构型,进而计算得到谐振频率和零点能.基于CCSD(T)/6-311+G(3df,3dp)水平的相对能量,描述了由质子转移和双分子亲核取代(SN2)过程生成各阴离子产物的途径.各阴离子产物途径势垒的计算结果表明质子转移过程是实验中的主要产物通道,与以往实验测量的结论相符.此外,计算还显示双分子亲核取代过程得到了非典型的阴离子产物,其中动力学效应可能会导致F-的生成.     

O(3P)与卤代甲基反应的理论研究--Ⅰ.O(3P)+CH2Cl的反应机理

用量子化学从头算法对氧原子与CH2 Cl自由基的反应进行了研究 ,采用G2MP2方法计算了势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量 .给出了O( 3 P)与CH2 Cl反应的明确机理 .反应首先形成富能中间体OCH2 Cl,而后经各种复杂的解离或异构化途径生成产物 .计算的各个通道的反应热与实验结果相符 ,预测H CHClO和Cl CH2 O是反应的主要通道 .根据从头算的结果 ,用过渡态理论计算了反应的总速率常数 .反应速率常数与压力无关 ,在低温下有弱的负温度效应 .计算值与实验值符合很好 .     

羟基负离子与苯分子的反应机理

在G3MP2B3理论水平下研究了羟基负离子和苯的反应机理, 系统地分析了该反应体系中可能存在的主要热力学产物通道. 计算结果证实了前人的实验观测结果, 其主要产物是[C6H6…OH]-络合物, 质子转移和置换氢的产物通道为吸热过程, 在较低实验碰撞能量的情况下难以发生, 而生成氢气的反应通道虽然是强放热过程(-119.5 kJ·mol-1), 但其相应的反应能垒较高而无法发生. 计算对比了羟基负离子和氧负离子、氟负离子抽取苯分子中质子的机理所存在的差异, 并结合Mulliken电荷布居分析研究了其中涉及的电子交换过程. 此外, 还对比分析了羟基负离子、羟基自由基与苯反应不同的机理.     

F+CH_3OH碰撞反应机机理和反应势能面

以MP2（full）/6-311 + +g(d,p)水平上详细研究了氟原子与甲醇抽氢反应的 多通道反应机理，得到了各条通道中涉及的驻点的构型和振动频率及其能量，给出 了两张完整的反应势能面，结果表明，氟原子从C原子上抽氢时有一条明显的最低 能量通道，而从氧原子上抽氢时要涉及多条分支通道和多个驻点构型，给出了各分 支通道势能面示意图，结果表明以形成五元环状过渡态通道为优势通道，计算得到 经途径1生成CH_2OH时反应放热170.62kJ/mol，经分支途径6生成CH_3O自由基时反 应放热119.4 kJ/mol，此结果与实验值一致。     

F+CH_3OH碰撞反应机机理和反应势能面

以MP2（full）/6-311 + +g(d,p)水平上详细研究了氟原子与甲醇抽氢反应的 多通道反应机理，得到了各条通道中涉及的驻点的构型和振动频率及其能量，给出 了两张完整的反应势能面，结果表明，氟原子从C原子上抽氢时有一条明显的最低 能量通道，而从氧原子上抽氢时要涉及多条分支通道和多个驻点构型，给出了各分 支通道势能面示意图，结果表明以形成五元环状过渡态通道为优势通道，计算得到 经途径1生成CH_2OH时反应放热170.62kJ/mol，经分支途径6生成CH_3O自由基时反 应放热119.4 kJ/mol，此结果与实验值一致。     

CH自由基和NO2反应研究Ⅱ.反应的动力学计算

采用MP2(FULL)/6-31G(d)方法从动力学计算上探讨了CH自由基与NO2反应的可能途径,找到了反应物,中间体及产物之间的能量通道和过渡态,报道了它们的构型、电子态及能量.并通过频率分析和IRC方法对所有的过渡态进行了验证.在此基础上求出了各步反应的活化能.在以前热力学研究的基础上,对于可能的反应通道进一步作了动力学分析,找到了反应主产物通道的分支比,与实验得到的分支比基本吻合.     

OH-与CH2ClF反应的阴离子产物通道

理论研究了羟基负离子(OH^-)与氟氯代甲烷(CH₂ClF)反应的阴离子产物通道. 分别在B3LYP/6-31+G(d,p)和B3LYP/6-311++G(2d,p)水平上得到反应势能面上各关键物种的优化构型, 进而计算得到谐振频率和零点能. 基于CCSD(T)/6-311+G(3df,3dp)水平的相对能量, 描述了由质子转移和双分子亲核取代(S_N2)过程生成各阴离子产物的途径. 各阴离子产物途径势垒的计算结果表明质子转移过程是实验中的主要产物通道, 与以往实验测量的结论相符. 此外, 计算还显示双分子亲核取代过程得到了非典型的阴离子产物, 其中动力学效应可能会导致F^-的生成.     

乙醇醛光解离机理的理论研究

采用多参考态方法, 在CASPT2//CASSCF/6-311+G(2df, 2p) 水平上计算了乙醇醛(HOCH2CHO)分子在三个最低电子态(S0、S1和T1)上驻点的电子结构和解离势能面。结合势能面交叉点,探讨了HOCH2CHO与波长有关的光解离机理,分析了可能的光解离产物。结果表明, 在实验光解波长240 – 400 nm的激发下,HOCH2CHO分子主要发生S1态上的解离反应或通过S0和S1态之间的振动相互作用驰豫到基态,随之发生基态解离反应。C-C键断裂生成基态光解产物HOCH2 (2A′)+ HCO (2A′)是最主要的反应途径;而在一定波长下,生成CH3OH + CO的基态协同反应、脱醛基氢及脱羟基通道都是能量上可行的反应途径。本文的计算结果和实验观察一致。     

Mechanistic Investigation on the Reaction of O- with CH3CN Using Density Functional Theory

The potential energy profile of the reaction between the atomic oxygen radical anion and acetonitrile has been mapped at the G3MP2B3 level of theory. Geometries of the reactants, products, intermediate complexes, and transition states involved in this reaction have been optimized at the (U)B3LYP/6-31+G(d,p) level, and then their accurate relative energies have been improved using the G3MP2B3 method. The potential energy profile is confirmed via intrinsic reaction coordinate calculations of transition states. Four possible production channels are examined respectively, as H⁺ transfer, H-atom transfer, H²⁺ transfer, and bi-molecular nucleophilic substitution (S_N2) reaction pathways. Based on present calculations, the H²⁺ transfer reaction is major among these four channels, which agrees with previous experimental conclusions     

2-羟基-1-氧基乙烯自由基(C2H3O2)的分子内质子转移反应的理论研究

用量子化学从头计算方法研究了2-羟基-1-氧基乙烯自由基的质子转移反应。首先, 在UHF/3-21G的水平上, 采用能量梯度法优化了反应物和过渡态的几何构型, 然后利用这两个优化的构型做了振动分析, 找出相应的振动频率和模式, 从而得到质子转移反应的活化熵值。此外, 又做了内禀反应坐标途径(IRC)。为了求得比较准确的反应势能剖面, 以便进行隧道效应校正, 用多体微扰法(二级微扰)同时在参加转移的氢原子上附加了扩散函数p(UMP_2/3-21G~+)在IRC的各点上进行能量校正。根据从以上计算结果拟合的抛物线势, 求出质子转移的隧道效应校正系数为19.9, 然后由过渡状态理论计算了此反应的比速常数为7.4×10~(11)s~(-1)。此外, 还得到了该自由基的分子内氢键键能和键长分别为19.2 kJ mol~(-1)和0.2057 nm(UMP_2/3-21G~+结果)。     

2-羟基吡啶质子转移过程的理论研究

采用量子化学中的密度泛函理论,在B3LYP/6-31G(d)基组水平上,计算并考察了2-羟基吡啶分子醇式结构和酮式结构进行结构互变的质子转移过程中的4种可能途径:(a)分子内质子转移,(b)水助催化质子转移,(c)同种二聚体双质子转移和(d)异种二聚体间双质子转移.计算结果表明,途经c所需要的活化能最小(2.6 kJ•mol－1,逆反应则为27.1 kJ•mol－1),而过程a所需要的活化能最大(137.2 kJ•mol－1),途径b和d的活化能居中间(分别为38.7和17.3 kJ•mol－1).研究还表明,氢键在降低反应活化能方面起着重要的作用.     

H原子和(CH3)2SiH2抽提反应的理论研究

采用UMP2/6-31G(d)理论水平优化了H原子和(CH3)2SiH2抽提反应势能面上的所有驻点,并在此水平基础上进行了内禀反应坐标(IRC)的计算,得到该反应的反应途径(MEP)。应用变分过渡态理论及最小能量途径半经典绝热基态隧道效应校正(MEPSAG)、小曲率半经典绝热基态隧道效应校正(SCSAG)等方法对上述反应进行了动力学研究,期望从理论上提供一套温度范围较宽、精度较高的动力学数据,为阐明反应机理和解释实验结果提供理论依据。     

硝酸乙酯分子间相互作用的ab initio研究

在abinitio-HF/6-31G水平上求得硝酸乙酯二聚体势能面上的四种优化构型和电子结构。经MP2电子相关校正和基组叠加误差(BSSE)以及零点能(ZPE)校正，求得二聚体的最大结合能为11.46kJ.mol^-^1，还进行HF/6-311G和HF/6-311++G水平的总能量比较计算，发现6-31G基组对计算结合能比较适合，二子体系间的电荷转移很少，对优化构型进行振动分析，并基于统计热力学求得从单体形成二聚体的热力学性质变化。     

Mechanism and kinetics properties for the reaction: Chloroethane with atomic O (P)

In this paper, we present direct dynamics calculations for the multiple-channel reaction of CH₃CH₂Cl with atomic O (³P) in a wide temperature range (200–3000 K), based on canonical variational transition state theory including small curvature corrections. Four distinct saddle points, one for α-abstraction and three for β-abstraction, have been located for this reaction. The potential energy surface information has been calculated at the MP2/6-311G(d,p) level. The energies along the minimum energy path have been further improved by single-point energy calculations at the G3MP2 level. In the β-abstraction channel, Jahn–Teller effect has been found. Changes of geometries, generalized normal-mode vibrational frequencies, and potential energies along the reaction paths for all channels have been discussed and compared. The calculated total rate constants match the available experimental values reasonable well over the measured temperature range. The results show the variational effect can be negligible and the small curvature tunneling contribution plays an important role for the calculation of the rate constant. At low temperature α-abstraction may be the major reaction channel, while β-abstraction will have more contribution to the whole reaction rate as the temperature increase.     

C_2h_3自由基与O_2反应机理的量子化学研究

用量子化学从头计算中UMP2(full)方法优化了C_2H_3自由基与O_2反应通道上 驻点（反应物、中间体、过渡态和产物）的几何构型，在Gaussian-3(G3)水平上计 算了它们的能量。在此基础上计算了该反应通道上各基元反应的反应活化能。通过 我们的研究发现，C_2H_3自由基与氧气反应存在着三元环、四元环和五元环反应机 理，且分别生成不同的产物，从反应活化能的计算结果扯CH_2O和CHO是反应的主要 产物，其次还可能生成CH_3 + CO_2, CH_2CO_2 + H, C_2H_2 + O_2H和COHCOH + H等产物，且它们生成几率逐渐减少，我们对生成产物CH_2O + CHO, CH_3 + CO_2, C_2H_2 + O_2H和COHCOH + H四条反应通道化学反应热的计算结果与实验吻 合较好。     

Ab initio direct dynamics studies on the reaction of H atom with CH3CH2Cl

The multiple channel reaction H + CH(3)CH(2)Cl --> products has been studied by the ab initio direct dynamics method. The potential energy surface information is calculated at the MP2/6-311G(d,p) level of theory. The energies along the minimum energy path are further improved by single-point energy calculations at the PMP4(SDTQ)/6-311+G(3df,2p) level of theory. For the reaction, four reaction channels (one chlorine abstraction, one alpha-hydrogen abstraction, and two beta-hydrogen abstractions) have been identified. The rate constants for each reaction channel are calculated by using canonical variational transition state theory incorporating the small-curvature tunneling correction in the temperature range 298-5000 K. The total rate constants, which are calculated from the sum of the individual rate constants, are in good agreement with the experimental data. The calculated temperature dependence of the branching fractions indicates that for the title reaction, H-abstraction reaction is the major reaction channel in the whole temperature range 298-5000 K.     

H2CCF自由基与HNCO反应机理的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法, 在6-311＋＋G(d,p)基组水平上研究了H₂CCF自由基与HNCO的微观反应机理, 优化了反应过程中的反应物、中间体、过渡态和产物, 为了获得更精确的能量信息, 还在QCISD(T)/6-311＋＋G(d,p)基组水平上计算了各物质的能量．振动分析结果和IRC分析结果证实了中间体和过渡态的真实性, 计算所得的成键临界点电荷密度的变化也确认了反应过程．对于H₂CCF自由基与HNCO反应, 我们找到了六条可行的反应通道, 结果分析表明通道H₂CCF＋HNCO→IM3→TS5→H₂CCFH＋NCO控制步骤活化能最低, 是该反应的主要通道, 在此反应过程中有稳定的氢键复合物IM3生成, 还表现出氢原子迁移的反应特征．     

CH3CHF自由基与HNCO反应机理的理论

采用密度泛函理论的B3LYP方法, 在6- 311++G(d, p)基组水平上研究了CH3CHF自由基与HNCO的微观反应机理, 优化了反应过程中的反应物、中间体、过渡态和产物, 在QCISD(T)/6- 311++G(d, p)水平上计算体系在反应通道各驻点的能量. 振动分析结果和IRC分析结果证实了中间体和过渡态的真实性, 计算所得的成键临界点电荷密度变化也确认了该反应过程, 并找到了七条反应通道. 其中生成氟代烷基酰亚胺稳定分子的通道活化能垒最低, 在该反应体系中是与氢迁移平行竞争较易发生的一条反应通道.