CH3SO+HO2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.     

HO2+HONO及其异构体抽氢反应机理

本文在CCSD(T)/aug-cc-pVTZ//M06-2X/6-311+G(3d,2p)水平上构建了HO_2与HONO及其异构体的反应势能剖面,并对各通道的速率常数进行了计算。结果表明,HONO存在cis-HONO、trans-HONO、HNO_2三种不同的异构体,其中HNO_2是最稳定的构型。HNO_2+HO_2反应(R3)能垒比其他两个反应(R1(cisHONO+HO_2)和R2(trans-HONO+HO_2))的能垒降低了8. 2～13. 8 kcal·mol~(-1)。采用传统过渡态理论结合Wigner校正对各反应在240～425 K范围内的速率常数进行了计算。结果表明,反应R3的速率常数比R1和R2的对应值大4～9个数量级,表明HO_2+HONO及其异构体的抽氢反应的速率主要取决于HNO_2+HO_2反应。     

CH3CH2O+HCHO反应机理及主通道速率常数

采用CCSD(T)/cc-pVDZ//B3LYP/6-311++G(d,p)双水平计算方法研究了CH₃CH₂O+HCHO反应的微观反应机理. 结果表明, 标题反应主要存在5个抽氢和3个氢迁移异构化反应通道, 其中抽氢通道R→ IMa(CH₃CH₂O…CH₂O)→TS1→ IM1b→P1(CH₃CH₂OH+CHO)为优势通道, 其表观活化能为14.65 kJ/mol. 利用变分过渡态理论(CVT)并结合小曲率隧道效应模型计算了主通道R1在275~1000 K温度范围内的速率常数k^TST, k^CVT和k^CVT/SCT, 在此温度区间内表观反应速率常数三参数表达式为k^CVT/SCT=2.26×10^-17 T^0.57 exp(-1004/T), 显示具有正温度系数效应.     

HS和HOO抽氢反应机理的研究

在B3LYP/6-311+G(3df,2p)水平上对HS和HOO反应中的所有物种进行了几何构型优化和频率计算,采用QCISD(T)/6-311+G(3df,2p)方法获得了各物种的单点能,构建了HS和HOO反应在单、三重态势能剖面.结果表明,HS与HOO反应体系中存在2种不同的抽氢通道,在单、三重态势能面上生成的产物分别为[1P1(H2O2+1S),1P2(H2S+1 O2)]和[3P1(H2O2+3S),3P2(H2S+3O2)].标题反应主要发生在三重态势能面上,优势通道[R→3 TS2→3P2(H2S+3O2)]的活化能为9.99kJ·mol-1.此结果对认识大气硫迁移转变规律具有实际意义.     

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...     

HO_2+NO气相反应机理及主通道速率常数的理论研究

采用CCSD(T)/aug-cc-p VTZ//MP2/aug-cc-p VTZ方法构建了HO_2+NO反应的单、三重态反应势能剖面.研究结果表明,标题反应在单、三重态均存在3条反应通道,分别经抽氧、加成和抽氢反应生成产物NO_2+OH、HNO_3和HNO+O_2.其中抽氧、加成反应的优势通道发生在单重态势能面上(通道R1和R2),而抽氢的优势通道则发生在三重态势能面上(通道R6).利用经典过渡态理论(TST)并结合Wigner矫正模型在200K~1500K温度范围内计算了优势通道R1,R2和R6的速率常数kTST/W.结果显示,在计算温度范围内抽氧、加成反应的通道R1和R2始终存在竞争,且抽氢反应通道R6在高温区500K~1500K竞争作用也逐渐显现,但抽氧通道R1分支比始终大于81%,具有绝对优势.     

三氯乙烷与氟原子的反应机理研究和速率常数计算

采用双水平直接动力学方法研究了反应CH3CCl3+F→CH2CCl3+HF的反应机理和动力学性质;在MPW1K/6-311+G(d,p)水平上优化了所有稳定点的几何构型,并通过频率分析进行了验证;随后在MCG3-MPWPW91//MPW1K水平上进行了能量校正,并利用变分过渡态理论,在MCG3-MPWPW91//MPW1K/6-311+G(d,p)水平上计算了反应在200～2 000K温度区间内的速率常数.结果表明,反应物CH3CCl3属于Cs点群,-CH3基团上的3个H原子等同,反应存在单个氢迁移反应通道.     

燃烧反应机理构建的双参数速率常数方法

采用Arrhenius方程的双参数形式描述反应的速率常数对温度的依赖关系, 解决了三参数(A, n, E)过拟合造成的复杂燃烧机理参数缺乏通用性等问题. 在不改变物种数和基元反应数条件下, 将UCSD核心机理进行双参数处理, 并应用于小分子体系的动力学模拟, 得到的模拟结果与三参数机理基本相符. 双参数机理恢复了Arrhenius活化能的物理意义, 可实现机理的参数比较和迁移, 缩小了机理整体优化的变量空间, 为燃烧机理参数的统一奠定了基础.     

N-甲硝胺异构化和分解反应机理和动力学的理论研究

The complex potential energy surface and reaction mechanisms for the unimolecular isomerization and decomposition of methyl-nitramine (CH3NHNO2) were theoretically probed at the QCISD(T)/6-311+G*//B3LYP/6-311+G* level of theory. The results demonstrated that there are four low-lying energy channels: (i) the NN bond fission pathway; (ii) a sequence of isomerization reactions via CH3NN(OH)O; (IS2a); (iii) the HONO elimination pathway; (iv) the isomerization and the dissociation reactions via CH3NHONO (IS3). The rate constants of each initial step (rate-determining step) for these channels were calculated using the canonical transition state theory. The Arrhenius expressions of the channels over the temperature range 298-2000 K are k6(T)=1014:8e-46:0=RT , k7(T)=1013:7e-42:1=RT , k8(T)=1013:6e-51:8=RT and k9(T)=1015:6e-54:3=RT s-1, respectively. The calculated overall rate constants is 6.9￡10-4 at 543 K, which is in good agreement with the experimental data. Based on the analysis of the rate constants, the dominant pathway is the isomerization reaction to form CH3NN(OH)O at low temperatures, while the NN bond fission and the isomerization reaction to produce CH3NHONO are expected to be competitive with the isomerization reaction to form CH3NN(OH)O at high temperatures.     

n(H_2O)(n=1,2)在HO_2+NO→HNO_3反应中的催化机制研究

采用CCSD(T)/aug-cc-p VTZ//B3LYP/6-311+G(2df,2p)方法对n(H_2O)(n=0,1,2)参与HO_2+NO→HNO_3反应的微观机理和速率常数进行了研究.结果表明,由于水分子与HO_2形成的复合物(H_2O…HO_2,HO_2…H_2O)结合NO与水分子形成的复合物(NO…H_2O,ON…H_2O)的反应方式具有较高能垒和较低有效速率,其对HO_2+NO→HNO_3反应的影响远小于双体水(H_2O)2与HO_2(或NO)形成复合物然后再与另一分子反应物NO(或HO_2)的反应方式,因此n(H_2O)(n=1,2)催化HO_2+NO→HNO_3反应主要经历了HO_2…(H_2O)_n(n=1,2)+NO和NO…(H_2O)_n(n=1,2)+HO_22种反应类型.由于HO_2…(H_2O)_n(n=1,2)+NO反应的低能垒和高速率,HO_2…(H_2O)_n(n=1,2)+NO反应优于NO…(H_2O)_n(n=1,2)+HO_2反应.与此同时,由于计算温度范围内HO_2…H_2O+NO反应的有效速率常数比HO_2…(H_2O)2+NO反应对应的有效速率常数大了10~12数量级,可推测(H_2O)_n(n=1,2)催化HO_2+NO→HNO_3反应主要来自于单个水分子.此外,在216.7~298.6 K范围内水分子对HO_2+NO→HNO_3反应起显著的正催化作用,且随温度的升高有明显增大的趋势,在298.2 K时增强因子k'RW1/ktotal达到67.93%,表明在实际大气环境中水蒸气对HO_2+NO→HNO_3反应具有显著影响.     

NO2和HSO反应的机理及动力学研究

本文采用CCSD(T)/aug-cc-pVTZ//B3LYP/aug-cc-pVTZ方法构建了NO2 + HSO反应的单、三重态势能面,并对主通道速率常数进行了计算。研究结果表明,该反应在单[R1(HN(O)O + 1SO)、R2(cis-HONO + 1SO)和R3 (trans-HONO + 1SO)]、三重态[R6(HN(O)O + 3SO)、R7(cis-HONO + 3SO)和R8(trans-HONO + 3SO)]均存在3条抽氢反应通道,在单[R4(NO + HS(O)O)和R5(H + SO2 + NO)]、三重态[R9(HS(O)O + NO)和R10(H + SO2 + NO)]均存在两条抽氧通道,其中单重态抽氢通道R2 (cis-HONO + 1SO)是NO2 + HSO反应主通道。利用传统过渡态理论(TST)并结合Wigner校正,计算了上述10条通道在200 ~ 1000 K温度范围内的速率常数。计算结果表明,NO2 + HSO反应主通道在298 K时的速率常数(7.78×10-13cm3?molecule-1?s-1)与实验值(9.6×10-12 cm3?molecule-1?s-1)相吻合。此外,水分子影响主通道R2(cis-HONO + 1SO)经历了NO2 + H2O…HSO和 NO2 + H2O…HSO(HSO + NO2…H2O)两条反应通道,且两条通道的能垒分别比R2升高了49.97和20.43 kcal?mol-1,说明在实际大气环境中水分子对NO2 + HSO反应几乎没有影响。     

单个水分子对HO2+H2S反应主通道影响的理论研究

采用CCSD(T)/aug-cc-pVTZ//B3LYP/6-311+G(2df,2p)方法对HO2+H2S反应及单分子水参与其主通道的微观机理和速率常数进行了研究.结果表明,HO2+H2S反应主通道为生成产物为H2O2+HS的通道,其表观活化能为14.94 kJ/mol.考虑单分子水对主产物通道的影响发现,所得的势能面比无水参与的反应复杂得多,经历了H2O…HO2+H2S(RW1),HO2…H2O+H2S(RW2)和H2O…H2S+HO2(RW3)3个通道,RW1~RW6共6个路径.其中通道RW1是水分子参与HO2+H2S反应主通道的优势通道.在216.7~298.2K温度范围内通道RW1的有效速率常数呈现出正温度系数效应,在298 K时,k’RW 1/ktotal达到54.2%,表明在实际大气环境中水分子对HO2+H2S反应的主通道具有明显影响.     

Reaction Mechanism and Product Branching Ratios of OH+C2H3F Reaction: A Theoretical Study

Ab initio CCSD(T)/CBS//B3LYP/6-311G(d, p) calculations of the potential energy surface for possible dissociation channels of HOC\begin{document}$_2$\end{document}H\begin{document}$_3$\end{document}F, as well as Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus (RRKM) calculations of rate constants, were carried out, in order to predict statistical product branching ratios in dissociation of HOC\begin{document}$_2$\end{document}H\begin{document}$_3$\end{document}F at various internal energies. The most favorable reaction pathway leading to the major CH\begin{document}$_2$\end{document}CHO+HF products is as the following: OH+C\begin{document}$_2$\end{document}H\begin{document}$_3$\end{document}F\begin{document}$\rightarrow$\end{document}i2\begin{document}$\rightarrow$\end{document}TS14\begin{document}$\rightarrow$\end{document}i6\begin{document}$\rightarrow$\end{document}TS9\begin{document}$\rightarrow$\end{document}i3\begin{document}$\rightarrow$\end{document}TS3\begin{document}$\rightarrow$\end{document}CH\begin{document}$_2$\end{document}CHO+HF, where the rate-determining step is HF elimination from the CO bridging position via TS11, lying above the reactants by 3.8 kcal/mol. The CH\begin{document}$_2$\end{document}O+CH\begin{document}$_2$\end{document}F products can be formed by F atom migration from C\begin{document}$_\beta$\end{document} to C\begin{document}$_\alpha$\end{document} position via TS14, then H migration from O to C\begin{document}$_\alpha$\end{document} position via TS16, and C-C breaking to form the products via TS5, which is 1.8 kcal/mol lower in energy than the reactants, and 4.0 kcal/mol lower than TS11.     

NCO自由基与O和N反应的理论研究

采用密度泛函和量子化学从头算方法, 对NCO自由基和O, N原子反应的势能面进行了理论研究, 讨论了主要的反应通道. 这两种自由基反应的机理比较类似, 初始都有两种进攻方式. NCO与O的主反应通道是O原子从N端无势垒加合, 经过一低垒过渡态, 得到稳定产物P1(CO+NO), 而对NCO与N反应得到了一完整反应通道和无垒加合产物.     

CH3CF2O2与HO2自由基反应机理的理论研究

用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法，在6-311G、6-311+G(d)、6-311++G(d, p) 基组水平上研究了CH₃CF₂O₂与HO₂自由基反应机理. 结果表明, CH3CF₂O₂与HO₂自由基反应存在两条可行的通道. 通道CH3CF₂O₂＋HO₂→IM1→TS1→CH₃CF₂OOH＋O₂的活化能为77.21 kJ•mol^－1，活化能较低，为主要反应通道，其产物是O₂和CH₃CF₂OOH. 这与实验结果是一致的；而通道CH₃CF₂O₂＋HO₂→IM2→TS2→IM3→TS3→IM4＋IM5→IM4＋TS4→IM4＋OH＋O₂→TS5＋OH＋O₂→CH₃＋CF₂O＋OH＋O₂→CH₃OH＋CF₂O＋O₂的控制步骤活化能为93.42 kJ•mol^－1，其产物是CH₃OH、CF₂O和O₂. 结果表明这条通道也能发生，这与前人的实验结果一致.     

Theoretical Investigations on Photodissociation Dynamics of Deuterated Alkyl Halides CD3CH2F

The product branching ratio between different products in multichannel reactions is as important as the overall rate of reaction, both in terms of practical applications (\emph{e.g}. models of combustion or atmosphere chemistry) in understanding the fundamental mechanisms of such chemical reactions. A global ground state potential energy surface for the dissociation reaction of deuterated alkyl halide CD\begin{document}$ _3 $\end{document}CH\begin{document}$ _2 $\end{document}F was computed at the CCSD(T)/CBS//B3LYP/aug-cc-pVDZ level of theory for all species. The decomposition of CD\begin{document}$ _3 $\end{document}CH\begin{document}$ _2 $\end{document}F is controversial concerning C\begin{document}$ - $\end{document}F bond dissociation reaction and molecular (HF, DF, H\begin{document}$ _2 $\end{document}, D\begin{document}$ _2 $\end{document}, HD) elimination reaction. Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus (RRKM) calculations were applied to compute the rate constants for individual reaction steps and the relative product branching ratios for the dissociation products were calculated using the steady-state approach. At the different energies studied, the RRKM method predicts that the main channel for DF or HF elimination from 1, 2-elimination of CD\begin{document}$ _3 $\end{document}CH\begin{document}$ _2 $\end{document}F is through a four-center transition state, whereas D\begin{document}$ _2 $\end{document} or H\begin{document}$ _2 $\end{document} elimination from 1, 1-elimination of CD\begin{document}$ _3 $\end{document}CH\begin{document}$ _2 $\end{document}F occurs through a direct three-center elimination. At 266, 248, and 193 nm photodissociation, the main product CD\begin{document}$ _2 $\end{document}CH\begin{document}$ _2 $\end{document}+DF branching ratios are computed to be 96.57%, 91.47%, and 48.52%, respectively; however, at 157 nm photodissociation, the product branching ratio is computed to be 16.11%. Based on these transition state structures and energies, the following photodissociation mechanisms are suggested: at 266, 248, 193 nm, CD\begin{document}$ _3 $\end{document}CH\begin{document}$ _2 $\end{document}F\begin{document}$ \rightarrow $\end{document}absorption of a photon\begin{document}$ \rightarrow $\end{document}TS5\begin{document}$ \rightarrow $\end{document}the formation of the major product CD\begin{document}$ _2 $\end{document}CH\begin{document}$ _2 $\end{document}+DF; at 157 nm, CD\begin{document}$ _3 $\end{document}CH\begin{document}$ _2 $\end{document}F\begin{document}$ \rightarrow $\end{document}absorption of a photon\begin{document}$ \rightarrow $\end{document}D/F interchange of TS1\begin{document}$ \rightarrow $\end{document}CDH\begin{document}$ _2 $\end{document}CDF\begin{document}$ \rightarrow $\end{document}H/F interchange of TS2\begin{document}$ \rightarrow $\end{document}CHD\begin{document}$ _2 $\end{document}CHDF\begin{document}$ \rightarrow $\end{document}the formation of the major product CHD\begin{document}$ _2 $\end{document}+CHDF.     

自由基HO2与C2H2反应势能面的理论研究

应用量子化学从头计算和密度泛函理论(DFT)对HO2+C2H2反应体系的反应机理进行了研究.在B3LYP/6-311G**和CCSD(T)/6-311G**水平上计算了HO2+ C2H2反应的二重态反应势能面.计算结果表明,主要反应方式为自由基HO2的H原子和C2H2分子中的C原子结合,经过一系列异构化,最后分解得到主要产物P1 (CH2O+ HCO).此反应是放热反应,化学反应热为-321.99 kJ·mol-1.次要产物为P2 (CO2 +CH3),也是放热反应.