休克尔分子轨道法处理萘的π键键级的释疑

一般来说,共轭体系的π键键级越大则其键长越短.然而,休克尔分子轨道(HMO)法计算出部分萘的π键键级与实验测得的键长数值并不相符,因此不少同学质疑HMO法计算的准确性.本文运用从头算Hartree-Fock(HF)方法和尝试加入校正因子的HMO法得到了更合理的萘等并环π键键级,并通过比较使学生进一步理解HMO法的误差来源.     

乙硼烷离子和自由基结构的量子化学研究

用B₃LYP/6-311G(d,p)密度泛函方法对B₂H₅⁺阳离子和B₂H₅^·自由基的几何异构体的空间构型进行了优化,并在此基础上用QCISD(T)/6-311++G(3df,2p)偶合簇法进行了单点能计算和零点能校正.结果表明,B₂H₅⁺单态有2种稳定的几何构型(D_3h,C₁),其中C₁构型是新发现的.B₂H₅⁺三重态阳离子除已知C_s构型外,又发现两种稳定构型(C₁).对于B₂H₅^·自由基体系,共有4种异构体(包括两种新发现的构型C_s),其中,具有单桥结构的C_2v最稳定.用二级多体微扰理论和密度泛函方法对前人所认为稳定的B₂H₅⁺单态的C_2v构型进行了全优化,结果发现该构型始终具有一个虚频,不是稳定构型.对B₂H₅^-阴离子体系的单态和三重态进行的全优化,理论上得出单态时具有C_2v和C_s两种稳定构型,而三重态只有C_2v一种稳定构型.     

基于炔丙基与丁二炔生成第一个碳环的反应机理研究

第一碳环的形成是多环芳烃(PAHs)生成的关键速率控制步，探明第一碳环的生成机理对抑制PAHs生成至关重要。为探究第一碳环的生长过程，本研究利用平均局部离子化能(ALIE)和静电势(ESP)预测反应发生的位点，基于密度泛函(DFT)方法和过渡态理论(TST)，计算炔丙基(C₃H₃)+丁二炔(C₄H₂)生成第一碳环的反应路径与化学动力学参数。结果表明，C₃H₃与C₄H₂加成反应形成五、六和七元环分子，其中，五元环形成速率最快，六元环最慢。在第一碳环的生成过程中，H转移和闭环反应所需的活化能较大、反应速率缓慢，其决定了第一碳环的生长速率。各碳环上的H转移反应速率取决于碳环上的C原子数量，其中，五元环最快，六元环最慢。本研究完善了碳氢燃料燃烧过程中第一碳环生成的反应动力学和热力学数据，可为PAHs的生成及预测提供有力的理论依据。     

多环芳烃与不饱和自由基氢提取反应类的动力学研究

对2~6个环的多环芳烃的氢提取反应类进行了系统研究, 提取氢原子的不饱和自由基包括丙炔基自由基（C₃H₃）、 烯丙基自由基（C₃H₅）、 丁二烯基自由基（nC₄H₅, iC₄H₅）、 环戊二烯基自由基（C₅H₅）以及苯基自由基（C₆H₅）. 采用M06-2X/cc-pVTZ方法得到了多环芳烃的电子结构信息, 利用过渡态理论并结合Eckart隧道校正, 计算了所有反应在500~2500 K范围内的反应速率常数.考察了多环芳烃的大小、 结构对反应速率常数的影响, 对比了不同氢提取自由基及不同氢提取反应类型的速率常数. 结果表明, 多环芳烃的大小对反应速率常数影响不大, 但是多环芳烃的环结构对反应速率常数影响较大. 将不同的氢提取反应类简化为发生在五元环上的C₅类和发生在六元环上的C₆类两类, 结果表明, C₆类的反应活性高于C₅类. 研究了nC₄H₅, iC₄H₅以及C₆H₅自由基与多环芳烃的氢提取反应, 它们的氢提取反应活性大小顺序为C₆H₅>nC₄H₅>iC₄H₅. 通过对每类典型反应的速率常数取平均值, 总结出相应类型的速率规则, 可用于构建多环芳烃和碳烟机理.     

C4H6O,C4H6S与XF (X＝F,Cl, Br)分子间卤键的电子密度拓扑研究

运用MP2/aug-cc-pVDZ方法对2,5-二氢呋喃, 2,5-二氢噻吩与XF (X＝F, Cl, Br)之间的卤键作用进行了理论研究. 研究发现: C₄H₆O, C₄H₆S与XF之间不仅存在O(S)…XF n型卤键, C＝C双键与XF分子亦可形成π型卤键|对于C₄H₆O与XF之间的n型和π型卤键以及C₄H₆S与XF之间的π型卤键, 卤键键能ΔE、键鞍点处的电子密度ρ(r_c)以及电子给体到受体之间的电子转移数Δq(XF)均按B…F₂＜B…ClF＜B…BrF (B＝C₄H₆O, C₄H₆S)的顺序依次增大|对于卤键键能较大的体系C₄H₆O…BrF(n), C₄H₆O…BrF(π), C₄H₆S…F₂(n), C₄H₆S…ClF(n), C₄H₆S…BrF(n), C₄H₆S…BrF(π), 卤键作用介于离子键和共价键之间|而对于其它的卤键键能较小的体系, 卤键作用为闭壳层静电作用.     

噻吩光解反应机理的理论研究

使用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法, 采用6-31G**和6-31＋＋G**基组, 对噻吩的光解反应进行了理论研究. 对照实验结果, 我们研究了五个光解通道, 包括生成C₄H₄＋S, C₂H₂＋C₂H₂S和CS＋C₃H₄的三个闭壳层分子解离通道与生成HCS＋C₃H₃和HS＋C₄H₃的自由基解离通道. 各个可能的反应通道的产物碎片的具体形式得到了确认. 研究发现在基态生成C₂H₂＋C₂H₂S和在最低三态生成C₄H₄＋S的反应从能量上考虑最为有利, 而实验上观测到的主要产物C₂H₂＋C₂H₂S主要是在基态上产生的. 通过对比实验结果与计算结果, 我们认为噻吩光解反应机理与所用激发光波长有关.     

UTSA-280的氨改性以及C2H4/C2H6分离性能研究

炼厂干气中回收乙烯是扩宽C₂H₄来源的有效途径,但C₂H₄和C₂H₆物理性质和分子尺寸非常接近,分离困难.金属有机骨架材料(MOFs)近年来在低碳烃分离领域展现出广阔的前景.本工作采用氨吸附改性调节UTSA-280的结构,通过一维直孔道大小的调节实现C₂H₄/C₂H₆的高效分离.改性后的UTSA-280具有独特的超微孔结构能提升C₂H₄的吸附,而完全不吸附稍大的C₂H₆,实现理想的C₂H₄/C₂H₆吸附选择性(>1000).结果表明,改性后的UTSA-280的C₂H₄吸附量可提高至2.83 mmol/g,与未改性的材料相比增加29%,并且能阻挡C<...     

杂原子掺杂的素馨烯与Li+@C60之间弱相互作用的理论研究

采用密度泛函M06-2X方法,对C₆₀和包裹了Li⁺的C₆₀与巴氏碗(素馨烯)及其同系物的弱相互作用进行了系统的研究.在优化的几何构型基础上,对4种化合物进行了前线分子轨道成分分析;在考虑基组重叠误差下,对相互作用能进行分析,并利用约化梯度模型得到了它们的约化梯度密度散点图.结果表明4种化合物的弱相互作用强弱顺序为：C₁₈O₃H₆/Li⁺@C₆₀21H₁₂@C₆₀18N₃H₆/Li⁺@C₆₀21H₁₂/Li⁺@C₆₀.巴氏碗碗沿的—CH₂基团被—NH和O原子取代后,掺杂了杂原子的素馨烯导致分子间的静电相...     

H2,C2H4在铂及铂锡合金上化学吸附的量子化学计算

本文详尽地分析了推广的休克尔分子轨道理论方法(EHMO)中参量化过程。借助于计算双原子体系选择出合理的经验参数和近似方式,引进了过渡金属内层原子轨道排斥作用项。分别计算了H,H₂,C₂H₄和C₂H₃在铂及铂锡合金上化学吸附键能,计算结果表明,同铂金属比较,在铂锡合金上H原子,C₂H₄分子的化学吸附键变弱在锡富集的铂锡合金上单个的铂原子不能解离吸附H₂分子,在铂锡合金上C₂H₄脱氢反应较难进行。     

CO2/C2H4耦合制备丙烯酸及其衍生物的研究进展

二氧化碳(CO₂)不仅仅是一种温室气体,更是一种重要的、有效的碳一资源,其来源丰富、无毒、无污染、不易燃烧,可用于生产有机化学品、材料、糖类等.由于CO₂分子中的碳处于最高氧化态,且其分子具有热力学和动力学惰性,因此人们不断探索新型反应途径,以及新型的催化体系来有效资源化利用CO₂.近年来,利用各种不饱和烃类,在过渡金属催化剂协助下催化CO₂与烯烃生成不饱和羧酸及其衍生物引起了极大关注.其中,催化CO₂/C₂H₄耦合反应制备丙烯酸及其衍生物因其原子经济性而备受瞩目.以镍系催化体系为主的过渡金属催化CO₂/C₂H₄偶联反应是CO₂化学转化与高值利用非常重要的研究热点之一.综述了近年来CO₂/C₂H₄偶联反应的最新进展,对相应的催化反应机理进行了评述.从多个角度对各位学者的研究进行分析比...     

阴离子插层镁铝水滑石结构及相互作用的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)计算了MgAl-LDHs层板与无机阴离子(F^-、Cl^-、NO₃^-、CO₃^2-、SO₄^2-)和有机阴离子(水杨酸根离子([HO(C₆H₄)COO]^-)、苯甲酸根离子([(C₆H₅)COO]^-)、对二甲氨基苯甲酸根离子([p-(CH₃)₂N(C₆H₄)COO]^-)、十二烷基磺酸根离子[C₁₂H₂₅SO₃]^-、己烷基磺酸根离子[C₆H₁₃SO₃]^-、丙烷基磺酸根离子[C₃H₇SO₃]^-)间的相互作用,获得稳定超分子几何结构及相互作用能。层板主体与客体间存在较强的超分子作用,包括主客体间静电作用和氢键等。主、客体间相互作用能数值大小顺序为CO₃^2- > SO₄^2- > F^-> Cl^-> NO₃^-;[p-(CH₃)₂N(C₆H₄)COO]^-> [(C₆H₅)COO]^-> [HO(C₆H₄)COO]^-和[C₁₂H₂₅SO₃]^-> [C₆H₁₃SO₃]^- > [C₃H₇SO₃]^-。另外,还采用自然键轨道(NBO)计算和分析了LDHs 层板与阴离子间作用机理,从二阶微扰理论计算得到的稳定化能变化趋势与相互作用能数据基本吻合。     

基于碗烯的多环芳烃及自组装研究进展

碗烯(corannulene, C₂₀H₁₀)是一种由5个六元环围绕着一个中心五元环构成的呈碗状芳香结构的多环芳烃分子.碗烯可以翻转、接受电子以及形成主-客体络合物.由于这些独特性质,碗烯成为构筑有机功能材料的一种十分特殊的原料,并且基于碗烯的有机功能材料已经展现出了独特的性质和广阔的应用前景.本文概述了过去20年来,碗烯在多环芳烃和自组装等领域的研究进展,重点介绍了融合的平面和螺旋分子片段及空间几何结构等因素对这类非平面共轭多环芳烃分子的性质产生的影响.     

Al+与乙硫醇团簇的气相化学反应的实验和理论研究

利用激光溅射-分子束的方法研究了Al⁺和乙硫醇的气相化学反应,结果观察到了Al⁺与1～6个乙硫醇分子形成的团簇离子. 对团簇离子进行了密度泛函理论计算,找到了两种类型的异构体Al⁺(C₂H₅SH)_n和HAl⁺SC₂H₅(C₂H₅SH)_n-1,计算得到了相应的稳定结构和能量.分析质谱信号强度,结合理论计算结果,可推测出实验得到的n=1的产物离子是Al⁺(C₂H₅SH). n=2和3时产物离子开始转变为HAl⁺SC₂H₅(C₂H₅SH)_n-1, n=4时,HAl⁺SC₂H₅(C₂H₅SH)₃和Al⁺(C₂H₅SH)₄两种产物离子都存在,n≥5以后,团簇离子Al⁺(C₂H₅SH)_n开始成为主要的产物离子.     

CO2/C3H6O在金属氧化物耦合吡咯氮生物炭表面的共/竞吸附机理研究

本研究采用密度泛函理论,通过比较吸附量、吸附能以及态密度和电荷差分密度的分析,探究了不同金属氧化物耦合吡咯氮生物炭(CN5@MO_x,MO_x=ZnO、CaO、Na₂O)表面CO₂与C₃H₆O(CO₂&C₃H₆O)的吸附机理。首先从CO₂/C₃H₆O单组分方面计算了其在CN5@MO_x表面吸附量和吸附能,计算结果表明,在333 K、100 kPa时CN5@Na₂O表面对CO₂/C₃H₆O单组分吸附量分别为3.65、15.34 mmol/g,吸附能分别为-145.86、-132.47 kJ/mol,均高于CO₂/C₃H₆O单组分在CN5@CaO及CN5@...     

有玻璃态和液晶态的胆甾烯基苯并菲的合成及介晶性

将盘状液晶基元苯并菲与手性向列型液晶基元胆甾烯基结合的化合物, 可望出现全新的性质. 合成了含有胆甾烯基的苯并菲化合物C₁₈H₆(OC₅H₁₁)₅(OC₅H₁₀COOCh) (2), 2,7-C₁₈H₆(OC₅H₁₁)₄(OC₅H₁₀COOCh)₂ (4), C₁₈H₆(OR)₃(OC_nH_{2nCOO- Ch)3 (R＝C5H11, C7H15, C9H19, C11H23, n＝1, 5, 10) (6a～6f), C18H6(OC5H10COOCh)6 (Ch: cholesteryl) (8). 偏光显微镜和差示扫描量热法对这些化合物的热致介晶性研究结果显示, 化合物 4, 6a～6e具有手性盘状向列相和玻璃态, 8呈现近晶B相(SB)和玻璃态. 随间隔基长度n和烷基链R碳原子数的增加, 化合物玻璃化温度和清亮点呈下降趋势. 随着胆甾烯基数目减少, 化合物的玻璃化温度和清亮点降低.}     

B3N3H6…CO复合物中弱相互作用竞争的理论研究

本文在MP2/aug-cc-pVTZ水平下对一氧化碳(CO)和环硼氮烷(B₃N₃H₆)之间的弱相互作用进行理论研究，得到6种稳定的B₃N₃H₆…CO复合物结构。B₃N₃H₆…CO复合物中存在N—H…C/O氢键以及π…π、lp…π相互作用，其中含N—H…C氢键复合物的相互作用能(ΔE)最大，为-1.42 kcal·mol^-1。系统的理论计算结果表明π…π相互作用和N—H…C/O氢键可以成功地与lp…π相互作用竞争。取代基效应结果显示，B₃N₃X₃H₃(X=-NH₂)…CO、B₃N₃H₆…CO、B₃N₃X₃H₃(X...     

C59(C6H4OCH3)N的结构、光谱和二阶非线性光学性质的理论研究

用INDO系列方法对由(C₅₉N)₂和苯甲醚合成的衍生物C₅₉(C₆H₄OCH₃)N进行了理论研究,得到了分子的稳定构型.结果表明,C₅₉(C₆H₄OCH₃)N具有C_s对称性.以优化构型为基础讨论了分子的UV-Vis光谱、NMR谱线数,结果与实验符合得很好.本文还计算了C₅₉(C₆H₄OCH₃)N的二阶非线性光学系数β_μ,结果表明这种物质具有较大的二阶非线性光学系数.     

大环炔基噻吩衍生物的结构和UV-Vis光谱的理论研究

用DFT 和TDDFT方法对大环炔基噻吩衍生物的结构和UV-Vis光谱进行了理论研究. 对分子不同的对称性结构(C₁, C₅, C_5v)进行了优化, 得到了稳定的几何构型.以优化构型为基础计算了分子的UV-Vis光谱, 结果表明, C₅,C_5v对称性下丁基取代的分子构型(C[3T_DA]₅-Bu)都是较稳定的; 当分子构型具有C₅对称性时, 得到的光谱数据与实验值符合的较好. 对于大环噻吩C[3T_DA]₅衍生物, 性质相同取代基的体积大小及分子对称性都将影响结构的稳定性.     

A robust ethane-trapping metal-organic framework for efficient purification of ethylene

Owing to the similar physicochemical properties between ethane(C₂H₆)and ethylene(C₂H₄),obtaining polymerization-grade C₂H₄(≥99.95%pure)is still a tricky problem in the petrochemical industry.Here,we report a robust scandium-based metalorganic framework(Sc BPDC),which is connected by oxygen-rich phenyl ligand with exceptionally high thermal stability(up to873 K)and capacity of C₂H₆(4.94 mmol/g at 100 k Pa and 283 K),exhibiting superior separation performance of C₂H₆/C₂H₄ mixture(the IAST selectivity is up to 1.7 at 283 K).Importantly,Sc BPDC can produce 8.96 L/kg C₂H₄ with≥99.99%purity while the C₂H₄/C₂H₆(50:50,v/v)as the mixture injection and the low isosteric heat of Sc BPDC(16.4 k J/mol for C₂H₆)validates the facility of adsorbent regeneration.Furthermore,theoretical calculations demonstrate the C₂H₆ molecules are trapped in the nonpolar pore surface via C–H···πand C–H···O interactions between multiple hydrogen atoms of C₂H₆ and the host framework.     

碳氟表面活性剂与碳氢表面活性剂混合水溶液的表面吸附与胶团形成(Ⅳ)——非离子-非离子体系

测定了25℃不同比例的C₁₀F₁₉O(C₂H₄O)₉H与C₈H₁₇C₆H₄O(C₂H₄O)₁₀H混合水溶液的表面张力,研究混合水溶液的表面性质与胶团形成。用两种不同方法计算在表面上的表面成份、分子之间相互作用参数(β_σ)。结果表明,在非离子型碳氟和碳氢表面活性剂混合水溶液中,两种表面活性剂基本上各自形成胶团;表面分子相互作用参数皆为正值;表明此混合体系中碳氟链与碳氢链之间互疏作用的存在。