FeCH_2+H_2→Fe+CH_4反应机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的UB3LYP方法在6-311 G(2d,2p)水平上研究了五重态和三重态的FeCH2与H2反应的机理,在UB3LYP结构优化的基础上,用耦合簇理论方法UCCSD(T)在相同水平下对各驻点进行了单点能校正.结果表明,该反应在三重态和五重态上的势能面非常相似,存在两个过渡态(TS1、TS2)和两个中间体(M1、M2).反应的第一步是产生分子复合物(H2)FeCH2,其能量分别比反应物低16.6(五重态)和20.3kJ/mol(三重态);第二步是H2的加成形成HFeCH3中间体,第三步是CH4的消除反应.其中CH4的消除为整个反应的速控步骤.H-H键的活化在五重态上是不可逆的,反应将最终形成五重态产物,整个反应可放出能量300.6kJ/mol.     

Cu(Ι)催化合成六氢氮类杂卓衍生物反应机理的研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,研究了Cu(I)催化六氢氮杂卓衍生物偶联反应的微观反应机理.在6-31+G(d)的水平下,对反应路径中的所有反应物、中间物、过渡态和产物进行了构型优化,通过振动频率分析及内禀反应坐标(IRC)计算对过渡态进行了验证,应用自然键轨道理论(NBO)和分子中的原子理论(AIM)分析了这些物质的轨道间相互作用及成键特征.报道了可能的反应通道CuI+R1+R2→IM2→TS1→IM3→TS2→IM4→IM5→TS3→IM6→TS4→IM7→P1→P1+IM8→IM9a→TS5a→IM10a→TS6a→IM11a→IM12→TS7→IM13→TS8→IM14→TS9→IM15→P2活化能相对较低,是主要的反应通道.同时对比研究了在没有Cu(Ι)催化剂时,反应的活化能为199.01kJ/mol,而在Cu(Ι)催化下,反应活化能为176.94kJ/mol,说明了Cu(Ι)催化剂促进了反应的进行.     

1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体的量子化学研究

采用量子化学的从头算(abinitio)和密度泛函(DFT)方法,在6311++G计算水平上研究了离子液体1乙基3甲基咪唑四氟硼酸盐在气相模型下的离子对结构.经振动分析得到了离子对的红外谱,并利用自然键轨道(NBO)分析了阴阳离子与离子对的电荷布居差异.计算结果表明,离子对中存在氢键等弱相互作用.运用Counterpoise方法消除基组重叠误差,得到阴阳离子间的相互作用能为346.78kJ/mol.     

CoCH2+H2反应机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的UB3LYP方法在6-311+G(2d,2p)水平上研究了四重态和二重态的CoCH2与H2反应的机理,在UB3LYP结构优化的基础上用耦合簇理论方法UCCSD(T)在相同水平下对各驻点进行了单点能校正.结果表明,该反应在二重态和四重态上的势能面非常相似,存在两个过渡态(TS1、TS2)和两个中间体(M1、M2),反应的第一步是产生分子复合物(H2)CoCH2,其能量分别比反应物低66.6(四重态)和42.4 kJ/mol(二重态),第二步是H2的加成形成HCoCH3中间体,第三步是CH4的消除反应.其中CH4的消除为整个反应的速控步骤.反应在二重态和四重态势能面上存在四个交叉点,整个反应在二重态势能面和四重态势能面上交替进行.H-H键的活化在四重态上是不可逆的,反应将最终形成四重态产物,整个反应可放出能量222.9kJ/mol.     

HNCO+HCO→NCO+CH2O氢转移反应的从头算及动力学研究

在UMP2 (Full) /6 311G(d ,p)计算水平上 ,优化了标题反应的反应物、过渡态、产物的几何结构 ,沿最小能量途径讨论了异氰酸 (HNCO)和甲酰自由基 (HCO)发生氢转移反应位能面上驻点的结构以及相互作用分子结构变化 .指出该反应是一个N -H键断裂和C -H键生成的协同反应 .进一步采用UQCISD(T ,Full)方法对反应途径上的驻点进行了单点能量校正 ,得出该反应的计算位垒是 91.4 7kJ/mol,与实验值 10 8.92kJ/mol接近 .在5 0 0～ 2 5 0 0K实验温度范围内 ,运用变分过渡态理论 (CVT)计算得到的速率常数与实验观测值进行了比较 .     

2-甲基-1,3-顺丁二烯在Ni(Ⅰ)催化下与苯甲醛反应机理的研究

采用密度泛函理论(DFT)研究了2-甲基-1,3-顺丁二烯在Ni(I)催化下与苯甲醛反应生成高烯丙基醇的反应机理.在B3LYP/6-31+G*水平上对反应过程中所有反应物、过渡态、中间体以及产物的几何构型进行了优化,通过能量和振动分析确认了过渡态的真实性；并且在相同基组水平上应用自然键轨道(NBO)和分子中的原子(AIM)理论分析了这些化合物的成键特征和轨道间的相互作用.研究发现了两条可能的反应通道IA与IB,其控制步骤活化能分别为64.20 kJ·mol-1、51.63 kJ·mol-1,由以上比较结果可以看出,反应通道IA与IB在整个反应过程可能同时发生,但IB通道具有较低的活化能,即IB通道为整个反应的最优反应通道,与实验结果一致.     

Cu(Ι)催化合成六氢氮类杂卓衍生物反应机理的研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,研究了Cu(I)催化六氢氮杂卓衍生物偶联反应的微观反应机理。在6-31+G(d)的水平下,对反应路径中的所有反应物、中间物、过渡态和产物进行了构型优化,通过振动频率分析及内禀反应坐标(IRC)计算对过渡态进行了验证,应用自然键轨道理论(NBO)和分子中的原子理论(AIM)分析了这些物质的轨道间相互作用及成键特征。报道了可能的反应通道CuI+R1+R2→IM2→TS1→IM3→TS2→IM4→IM5→TS3→IM6→TS4→IM7→P1→P1 +IM8→IM9a→TS5a→IM10a→TS6a→IM11a→IM12→TS7→IM13→TS8→IM14→TS9→IM15→P2活化能相对较低,是主要的反应通道。同时对比研究了在没有Cu(Ι)催化剂时,反应的活化能为199.01kJ/mol,而在Cu(Ι)催化下,反应活化能为176.94kJ/mol,说明了Cu(Ι)催化剂促进了反应的进行。     

ClONO2异构化反应和分解反应的理论研究

用B3LYP/6 31+G(d)和MP2 (Full) /6 31+G(d)优化ClONO2 及其分解反应和异构化反应的过渡态和产物的分子结构 .在B3LYP/6 31+G(d)水平上计算了相关分子的振动频率 .ClONO2 的几何结构、振动频率和红外强度与实验测量值符合得很好 .找到了未曾报道的立体异构体 .对这一立体异构体进行了高级别理论方法CCSD(T) /6 311G(d)和QCISD(T) /6 311G(d)的几何结构优化和振动频率计算 ,表明它是一个稳定的立体异构体 .在所研究的几种反应中 ,ClONO2 分解为NO2 +ClO是最容易进行的反应 .而ClONO2 异构为立体异构体的反应是最难进行的反应 .其所需克服的过渡态的能垒为 4 81.5 2kJ/mol,而反应吸收能量为 2 99.85kJ/mol.次难进行的是ClONO2 经TS1到反应中间体M1,再经TS12而分解为ClNO +O2 的反应 .这个反应通道所需克服过渡态的能垒为 4 2 1.5 5kJ/mol,反应吸收能量为 15 7.98kJ/mol.从以上分析可知 ,和ClO +NO2 反应生成ClONO2 比较 ,ClONO2 具有较好的稳定性 .     

2-甲基-1,3-顺丁二烯在Ni (I)催化下与苯甲醛反应机理的研究

采用密度泛函理论（DFT）研究了2-甲基-1,3-顺丁二烯在Ni(I)催化下与苯甲醛反应生成高烯丙基醇的反应机理。在B3LYP/6-31+G*水平上对反应过程中所有反应物、过渡态、中间体以及产物的几何构型进行了优化,通过能量和振动分析确认了过渡态的真实性;并且在相同基组水平上应用自然键轨道(NBO)和分子中的原子(AIM)理论分析了这些化合物的成键特征和轨道间的相互作用。研究发现了两条可能的反应通道IA与IB,其控制步骤活化能分别为64.20 kJ.mol-1、51.63 kJ.mol-1,由以上比较结果可以看出,反应通道IA与IB在整个反应过程可能同时发生,但IB通道具有较低的活化能,即IB通道为整个反应的最优反应通道,与实验结果一致。     

CoCH2+H2反应机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的UB3LYP方法在6-311+G(2d,2p)水平上研究了四重态和二重态的CoCH2与H2反应的机理,在UB3LYP结构优化的基础上用耦合簇理论方法UCCSD（T）在相同水平下对各驻点进行了单点能校正。结果表明,该反应在二重态和四重态上的势能面非常相似,存在两个过渡态(TS1、TS2)和两个中间体(M1、M2),反应的第一步是产生分子复合物(H2) CoCH2,其能量分别比反应物低66.6(四重态)和42.4kJ/mol(二重态),第二步是H2的加成形成HCoCH3中间体,第三步是CH4的消除反应。其中CH4的消除为整个反应的速控步骤。反应在二重态和四重态势能面上存在四个交叉点,整个反应在二重态势能面和四重态势能面上交替进行。H-H键的活化在四重态上是不可逆的,反应将最终形成四重态产物,整个反应可放出能量222.9kJ/mol。     

CX2(X=F, Cl, Br)与CH3CHO中C－C键插入和环加成的理论模拟

采用密度泛函[DFT]和自然键轨道理论[NBO]及高级电子耦合簇[CCSD(T)]和电子密度拓扑分析[AIM]方法, 研究了单重态二卤卡宾CX2(X=F, Cl, Br)与乙醛CH3CHO 中C—C键的插入反应及其环加成的反应机理. 在B3LYP/6-31G(d)水平上优化了各驻点构型, 用频率分析和内禀反应坐标法(IRC)对过渡态进行了验证, 计算了各物种的CCSD(T)/6-31G(d, p)单点能量. 用经Wigner校正的Eyring过渡态理论分别计算了1大气压下主反应通道的热力学与动力学性质, 并对反应通道中构型进行了自然键轨道及电子密度拓扑分析. 结果表明, CF2与CH3CHO反应的主产物是P2F[CH3CF2CHO: 插入CH3CHO中C-C键, 反应I(2)], 而CCl2及CBr2与CH3CHO反应的主产物是P1Cl[Cl2COCHCH3: 成环反应II(1)]及P1Br[Br2COCHCH3: 成环反应III(1)], 1大气压下, 反应I(2)和II(1)及III(1)进行的适宜温度范围分别为400~1300K和400~1000K.     

NH3与MH（M=Li,Na）反应机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法研究了NH₃与MH（M=Li,Na）的放氢反应机理.在6-311G（2d.2p）基组水平上对反应物、中间体、过渡态及产物进行了全几何参数优化.频率分析和内禀反应坐标（IRC）计算证实了中间体和过渡态的正确性和相互连接关系.计算结果表明,NH₂与MH（M=Li,Na）的反应均为单通道的氢取代反应,反应生成LiNH₂（NaNH₂）与H₂.     

NH3与MH(M=Li,Na)反应机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法研究了NH3与MH(M=Li,Na)的放氢反应机理,在6-311G(2d,2p)基组水平上对反应物、中间体、过渡态及产物进行了全几何参数优化,频率分析和内禀反应坐标(IRC)计算证实了中间体和过渡态的正确性和相互连接关系。计算结果表明,NH3与MH(M=Li,Na)的反应均为单通道的氢取代反应,反应生成LiNH2(NaNH2)与H2。     

NH3与MgH2反应机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法研究了NH3与MgH2的放氢反应机理,在6-311G(d, p)基组水平上对反应物、中间体、过渡态及产物进行了全几何参数优化。频率分析和内禀反应坐标(IRC)计算证实了中间体和过渡态的正确性和相互连接关系。计算结果表明。反应分两步单通道的氢取代过程,且反应过程相类似,反应生成Mg(NH2)2和2H2。两步氢取代反应所释放的H2中两个H原子分别来源于NH3和MgH2。反应脱氢的关键在于克服N—H键断裂所需能量。     

NH_3与MgH_2反应机理的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法研究了NH_3与MgH_2的放氢反应机理,在6-311G(d,p)基组水平上对反应物、中间体、过渡态及产物进行了全几何参数优化.频率分析和内禀反应坐标(IRC)计算证实了中间体和过渡态的正确性和相互连接关系.计算结果表明:反应分两步单通道的氢取代过程,且反应过程相类似,反应生成Mg(NH_2)_2和2H_2.两步氢取代反应所释放的H_2中两个H原子分别来源于NH_3和MgH_2.反应脱氢的关键在于克服N—H键断裂所需能量.     

CH3S CH2SH异化反应的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)和从头算(ab initio)研究了CH3S←→CH2SH互异化的反应机理．采用HF、B3LYP、MP2理论水平和中等基组6-31(d)，计算了CH3S、CH2SH及其过渡态的结构参数、谐振频率、零点能(ZPF)、总能量和相对能量，并利用B3LYP／6-31(d)的方法计算了反应的内禀反应坐标(IRC)，给出了分子构型和自旋污染沿反应坐标的变化曲线，以及最小能量曲线(MEP)、绝热能量曲线．此外，利用传统过渡态理论(CTST)研究了该互异化反应的速率常数和平衡常数在200～1000K的变化．     

NH_3与CaH_2反应机理的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论(DFT)当中的B3LYP(杂化密度泛函)方法,于6-311G(d,p)基组水平上对NH_3与CaH_2的反应机理进行了计算分析,对反应过程中的反应物、中间体、过渡态及产物进行了全几何参数优化,得到其构型和基本参数.对得到的中间体和过渡态进行频率分析和内禀反应坐标(IRC)计算,以证实中间体和过渡态的正确性和相互连接关系.使用QCISD方法在6-311G(d,p)基组水平对各驻点的单点能进行计算,给出能量信息.计算结果表明:CaH_2与NH_3主要以摩尔比为1:2进行反应,分两步氢取代过程,生成产物Ca(NH2)2和2H2.反应所释放的H2中两个H原子分别来源于CaH_2和NH_3,反应的关键是脱氢,主要在于克服N—H键断裂所需能量.相比较而言从NH_3中脱氢比从—NH2中脱氢较易.     

Ni+与CH3CH2CH2NH2反应机理的理论研究

用密度泛函方法在UB3LYP/6-311G++(d,p)理论水平上研究了Ni+在基态与CH3CH2CH2NH2的反应机理,全参数优化了[Ni,C3,N,H9]+基态势能面上各驻点的几何构型,并用频率分析方法和内禀反应坐标（IRC）方法对过渡态进行了验证。结果表明第一过渡金属离子Ni+与CH3CH2CH2NH2的反应为插入-消去机理,并计算找到了基态下该反应的最有利通道。     

Understanding the molecular mechanism of the [3 + 2] cycloaddition reaction of benzonitrile oxide toward electron‐rich N‐vinylpyrrole: a DFT study

The [3 + 2] cycloaddition (32CA) reaction of benzonitrile oxide, BNO 2 , with an electron‐rich N‐vinylpyrrole derivative, NVP 3a , in the presence of dichloromethane, has been theoretically studied using density functional theory (DFT) methods at the B3LYP/6‐31G(d) level. This 32CA reaction presents a relatively high activation Gibbs free energy as a result of the low polar character of this zwitterionic‐type (zw‐type) reaction. Analyses of the calculated relative Gibbs free energies and transition state geometries indicate that the studied 32CA reaction, in excellent agreement with experimental outcomes, takes place in a complete regioselective manner as a consequence of the steric repulsions that appear at the most unfavorable transition state. An electron localization function (ELF) topological analysis of the bonding changes along this 32CA reaction supports a non‐concerted two‐stage one‐step molecular mechanism in which the formation of the O3‐ C5 single bond takes place at the end of the reaction after the complete formation of the C1‐C4 one. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

硝酸溴与三重态氧原子反应机理的密度泛函研究

用密度泛函理论方法 (B3LYP) ,在 6 311+G(d ,p)水平上对硝酸溴与三重态氧原子的反应进行了研究 ,计算了反应中各驻点物种的平衡构型、振动频率、总能量和零点能 (ZPE) .对计算得到各可能反应途径的过渡态经内禀反应坐标分析加以了证实 ,对反应途径中的键长和能量的变化作了IRC解析 .在B3LYP优化的基础上利用了耦合簇理论方法 (CCSD(T) )在 6 311+G(d ,p)水平上对各驻点物种的单点能进行了修正 .研究表明 ,存在三种可能的反应途径 ,其产物分别为 :cis BrONO和 3 O2 、trans BrONO和 3 O2 以及BrOO和NO2 .其中第三个通道由于活化能垒较低 ,是主要反应 .