理论研究氧原子与富勒烯C60(Ih)的相互作用

运用密度泛函理论(DFT)方法,研究了异构体C60O[6,6]与C60O[5,6]之间的重排反应机理。结果显示: 它们之间的反应路径是经过一个过渡态没有中间体的一步反应。C60O[6,6] 转化成C60O[5,6]的反应能垒是42.7 kcal*mol-1,在反方向,C60O[5,6]转化成C60O[6,6]的反应能垒是47.3 kcal*mol-1,同时,扫描出氧原子在富勒烯C60(Ih)表面的势能面（PEC）,以详细显示异构体C60O[6,6]与C60O[5,6]之间的重排反应机理。     

理论研究氧原子与富勒烯C60(Ih)的相互作用

运用密度泛函理论(DFT)方法,研究了异构体C60O[6,6]与C60O[5,6]之间的重排反应机理。结果显示: 它们之间的反应路径是经过一个过渡态没有中间体的一步反应。C60O[6,6] 转化成C60O[5,6]的反应能垒是42.7 kcal*mol-1,在反方向,C60O[5,6]转化成C60O[6,6]的反应能垒是47.3 kcal*mol-1,同时,扫描出氧原子在富勒烯C60(Ih)表面的势能面（PEC）,以详细显示异构体C60O[6,6]与C60O[5,6]之间的重排反应机理。     

氧化石墨烯负载的Pt单原子催化硼胺烷水解机理的理论研究（英文）

本文研究了氧化石墨烯负载Pt单原子(Pt_1/Gr-O)催化硼胺烷(NH_3BH_3)全水解反应机理,即一分子的NH_3BH_3生成三分子的氢气(H_2)的过程,在水解路径中,首先吸附的硼胺烷连续断裂两个B-H键生成第一分子的H_2.接着,一个H_2O分子与*BHNH_3基团(*表示吸附态)反应生成*BH(H_2O)NH_3,其中伸长的O-H键断裂后形成*BH(OH)NH_3.然后,第二个H_2O与*BH(OH)NH_3反应生成*BH(OH)(H_2O)NH_3,在指向Pt_1/Gr-O表面的O-H断裂后,生成BH(OH)_2NH_3并脱附到水溶液中,两个水分子脱氢产生的两个H原子脱附生成第二个H_2分子,且Pt_1/Gr-O催化剂恢复.脱附后的BH(OH)_2NH_3在水溶液中水解生成第三个H_2分子.纵观整个水解反应,H_2O分子和*BHNH_3基团的结合是反应速控步,其反应能垒是16.1 kcal/mol.因此,Pt_1/Gr-O有希望成为室温催化NH_3BH_3全水解催化剂.     

CH2和CH3分子在金属团簇Cun(n=1～6)上吸附性质

以σ-羟基环氧化合物作为模型化合物, 利用密度泛函中B3LYP/6-31G(d,p)的方法研究了三乙基铝促进的环氧化合物的重排还原有机串联反应机理. 根据乙烯消去和六元环重排顺序的不同可有两条可能的反应路径,路径I首先进行的是六元环的收缩重排,而且该步即决速步,能垒为116.62 kJ/mol;路径II中首先发生乙烯的消去然后进行六元环开环重排,开环反应步是该反应路径的决速步,相应的能垒为251.38 kJ/mol,如此高的能垒导致后续反应难于进行. 因此,路径I是更有利的反应路径,与实验结果一致.     

AuCl3催化炔酮分子内环化反应的机理

采用密度泛函理论的B3LYP方法研究炔酮发生分子内环化生成菲衍生物的反应机理.结果表明：在无催化剂和AuCl₃催化剂作用下,反应均可通过[2+2]和[6+2]途径生成产物.无催化剂时,两条途径控制步骤的能垒都较高,但是[2+2]途径的能垒比[6+2]途径的低32.01 kJ·mol^-1,故反应主要通过[2+2]途径进行.在AuCl₃催化作用下,反应的优势途径为[2+2]途径,其能垒为137.05 kJ·mol^-1.比较活化能发现,AuCl₃催化剂明显地降低了反应能垒,使反应能够顺利进行.     

Fe2O3上AsH3催化氧化反应机理的理论研究

本文采用密度泛函理论方法研究了Fe₂O₃上AsH₃的催化氧化反应机理.该反应以Fe₂O₃中的两个Fe原子为不同的活性中心进行研究,每个活性中心均设计了3个步骤. AsH₃分子依次与3个O₂分子在催化剂上相互作用分别形成中间体H₃AsO₂、H₃AsO₄及最终产物H₃AsO₆.研究发现,当氧化反应发生在1号铁原子(Fe1)附近,其速度控制步骤活化自由能垒为49.99 kcal/mol;当氧化反应发生在2号铁原子(Fe2)附近,其活化自由能垒为21.20 kcal/mol,与直接氧化(50.14 kcal/mol)相比大大降低.可见AsH₃在Fe₂O₃上的催化氧化反应更易发生在Fe2附近.     

硫酸催化乙二醛气体相水化反应机理和速率常数理论计算研究

采用M06-2X和CCSD(T)高阶量化计算和传统过渡态理论研究硫酸催化乙二醛气体相水化反应.对HCOCHO+H₂O, HCOCHO+H₂O+H₂O, HCOCHO+H₂O+H₂O, HCOCHO+H₂O...H₂SO₄和HCOCHO+H₂O+H₂SO₄五个路径的反应机理和速率常数进行了研究.计算结果表明硫酸具有较强的催化能力,能显著减小乙二醛水化反应的能垒,在CCSD(T)/6-311++G(3df,3pd)//M06-2X/6-311++G(3df,3pd)理论水平,当硫酸分子参与乙二醛水化反应时,反应能垒从37.15 kcal/mol减少至7.08 kcal/mol.在室温条件下,硫酸催化乙二醛水化反应的反应速率1.34×10^-11 cm³/(molecule.s),是等量水分子参与乙二醛水化反应的速率的10¹²倍,大于乙二醛与OH自由基反应的反应速率1.10×10^-11 cm³/(molecule.s).这表明大气条件下,硫酸催化乙二醛水化反应可以发生,同乙二醛与OH自由基反应相竞争.     

DFT Study on the Structure and Racemization Mechanism of 1,1'-Binaphthalene-8,8'-diol

用密度泛函理论研究了1,1'-联萘-8,8'-二酚的基态几何构型和异构化过程．由于OH基取向不同,该分子可以形成三种异构体(ISO1、ISO2和ISO3), 每种OH取向异构体分别有R-和S-对映异构体．研究了各异构体关于萘酚环旋转变形的构像稳定性．由于O-C键单键性质,三种OH取向异构体间的互变反应的能垒较低,表明它们可以很快达到平衡．对于ISO1和ISO2,S-R对映异构反应可以通过绕C1-C10键的反式或顺式旋转途径进行,其中反式途径比顺式途径的能垒分别低87.95 kJ/mol(ISO1)和75.04 kJ/mol(ISO2)．对于ISO3,S-R对映异构反应只能通过反式途径进行．三种OH取向异构体的反式途径对映异构反应的能垒分别为119.61、120.43和121.59 kJ/mol．计算结果认为,1,1'-联萘-8,8'-二酚的消旋机理被归结为三种OH取向异构体的反式途径对映异构反应的平行进行．     

甲基乙烯醚和OH反应机理的理论研究

利用量子化学从头计算的方法对甲基乙烯醚的两个异构体之间的转化,羟基与顺式-甲基乙烯醚和反式-甲基乙烯醚的加成反应,以及羟基提取甲基上的氢原子的反应机理进行了研究.研究结果表明:顺式-甲基乙烯醚比反式-甲基乙烯醚更加稳定,在QCISD/6-31G(d,P)//BHandHLYP/6.311 G(d,P)理论水平下,OH加到顺式-甲基乙烯醚1号住的碳原子上需要跨越的能垒比其它反应通道需要跨越的能垒少7.5～34 KJ/mol,因此是主要的反应通道,而OH加在反式.甲基乙烯醚2号位的碳原子上所需要跨越的能垒比其它反应路径所需要跨越的能垒少8.3～26.7 kJ/mol,因此是主要的反应路径.利用经典过渡态理论计算了总的速率常数     

双金属层状配位聚合物{[ML][FeⅡFeⅢ(ox)3]·1.5H2O}∞的合成和波谱表征

合成和表征了两种新的Schiff碱配合物[NiL(ClO4)*3H2O (1)和CuL(ClO4)*4H2O (2),其中L是由摩尔比为1∶1的水杨醛和二乙撑三胺缩合而成的Schiff碱.1(或2)、FeSO4*7H2O和K3[Fe(ox)3]*3H2O进一步反应,生成了双金属层状配位聚合物{[ML][FeⅡFeⅢ(ox)3] *1.5 H2O}∞,其中M2+ ＝ Ni2+ (3)或Cu2+ (4).红外光谱和Mssbauer谱测定结果表明,3和4具有二维层状结构,其阴离子层由[FeⅡFeⅢ(ox)3]-单元构成.     

(4-溴甲基双环[4.4.1]-1,3,5,7,9-十一碳五烯基-3-)甲醇环氧化反应机理的理论研究

采用量子化学的密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6 31G*水平上研究了(4 溴甲基双环[4. 4. 1] 1, 3, 5,7, 9 十一碳五烯基3 )甲醇环氧化反应机理,在对反应物和产物几何结构优化的基础上,搜索优化了反应的过渡态结构,通过振动分析和内禀反应坐标(IRC)跟踪方法对过渡态及其所处的反应路径进行了确认,并用电荷密度拓扑分析方法考察了反应过程中旧键断裂和新键形成的细节.计算结果表明,该反应中的消除反应和成环反应是协同进行的,溴化氢消除反应中的氢来自与O( 22 )相连的羟基氢,反应的活化势垒为139. 2kJ/mol,反应放热25. 1kJ/mol.     

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 .     

(H_2O)_n(n=1-3)和H_2SO_4作用下H_2CO_3气相分解反应机理的理论研究

本文利用CCSD(T)/6-311++(3df,3pd)//B3LYP-D3/6-311++G(3df,3pd)+0.9686×ZPE理论方法对(H_2O)_n(n=1-3)和H_2SO_4存在与不存在的情况下,H_2CO_3气相分解反应机理进行了理论研究.计算结果表明(H_2O)_n(n=1-3)和H_2SO_4都能使H_2CO_3气相分解反应的能垒显著地降低,其催化能力按由强到弱的顺序是H_2SO_4(H_2O)_2(H_2O)_3H_2O.     

大气中硫酸生成反应势能面的量子化学研究（英文）

本文运用密度泛函理论和高水平分子轨道从头计算理论,研究大气中由OH+SO_2反应生成硫酸的一个新的势能面.新的势能面集中考虑自由基络合物SO_3·HO_2与H_2O直接反应的一个通道,其主要原因是SO3·HO2的高度稳定性,其后续反应的最终结果与文献中流行的反应机理的结果相一致,但避免了产生与释放SO_2.整个反应通道由三个连续的基元反应组成,(1)HOSO_2+O_2→SO_3·HO_2,(2) SO_3·HO_2+H_2O→SO_3·H_20·HO_2,(3)S0_3·H_20·HO_2→H_2SO_4+HO_2.这三个基元反应都只有很小的能垒,小于10 kcal/mol,并且都是放热反应.因此,这一新的反应通道在动力学及热力学上都是可行的.反应(3)是关键的一步,其中H02作为一个桥梁分子促成了低能垒氢迁移过程而使S03水解成为硫酸.这一研究结果主要有两个方面的大气化学意义.第一,大气中OH自由基氧化S02并不产生SO_3.第二,大气中SO_2转化为硫酸受空气湿度的影响较小.     

环戊二烯与二氢呋喃类化合物Diels-Alder反应的理论研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311++G **水平上对环戊二烯与2(5H)-呋喃酮、丁烯二酸酐和2,5-二氢呋喃的Diels-Alder反应机理进行了理论研究,并且考虑了溶剂化效应和取代基效应对反应机理及能垒的影响。结果表明,本文所涉及的环戊二烯与二氢呋喃类化合物的Diels-Alder加成反应是以协同方式进行的;羰基取代基的吸电子作用是造成产物中C(1)-C(2)、C(3)-C(4)键键长增加的主要原因;反应所涉及到的FMO相互作用主要是环戊二烯的HOMO与二氢呋喃类化合物的LUMO之间的相互作用,羰基对反应活化能的影响主要是通过降低呋喃类化合物的LUMO能级,减小与环戊二烯的HOMO的能级差异,从而有利于反应进行的;反应2的活化能垒最低,从动力学的角度考虑在室温下可以进行。     

环戊二烯与二氢呋喃类化合物Diels-Alder反应的理论研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311++G **水平上对环戊二烯与2(5H)-呋喃酮、丁烯二酸酐和2,5-二氢呋喃的Diels-Alder反应机理进行了理论研究,并且考虑了溶剂化效应和取代基效应对反应机理及能垒的影响。结果表明,本文所涉及的环戊二烯与二氢呋喃类化合物的Diels-Alder加成反应是以协同方式进行的;羰基取代基的吸电子作用是造成产物中C(1)-C(2)、C(3)-C(4)键键长增加的主要原因;反应所涉及到的FMO相互作用主要是环戊二烯的HOMO与二氢呋喃类化合物的LUMO之间的相互作用,羰基对反应活化能的影响主要是通过降低呋喃类化合物的LUMO能级,减小与环戊二烯的HOMO的能级差异,从而有利于反应进行的;反应2的活化能垒最低,从动力学的角度考虑在室温下可以进行。     

(H2O)n (n=1-3)和H2SO4作用下H2CO3气相分解反应机理的理论研究

本文利用CCSD(T)/6-311++(3df,3pd)//B3LYP-D3/6-311++G(3df,3pd)+ 0.9686×ZPE理论方法对(H2O)n (n=1-3)和H2SO4存在与不存在的情况下,H2CO3气相分解反应机理进行了理论研究。计算结果表明(H2O)n (n=1-3)和H2SO4都能使H2CO3气相分解反应的能垒显著地降低,其催化能力按由强到弱的顺序是H2SO4>(H2O)2>(H2O)3>H2O。     

C_(60)O_n(n=2,3)异构体的合成和理论计算研究

本文通过臭氧氧化C60得到C60On的混合物,反相高压液相色谱图表明有两种C60O2异构体和两种C60O3异构体,分别标记为C60O2(I)、C60O2(II)和C60O3(I)、C60O3(II),同时得到了它们的UV-vis谱图。为了确定它们的最可能结构,我们对四种最可能的C60O2异构体和九种最可能的C60O3异构体进行了理论计算,从能量、偶极矩、电子光谱方面进行了系统研究,提出了实验得到的C60On(n=2,3)的稳定结构。计算结果与实验吻合良好。     

FeCl_3催化2-(1-丙炔基)-2'-乙酰基联苯环化反应的机理研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法研究了2-(1-丙炔基)-2'-乙酰基联苯分子内环化生成菲衍生物的反应机理.结果表明,该反应在无催化剂和FeCl_3催化下均能通过四元环和八元环路径生成产物,其相应的决速步骤分别为四元环和八元环的生成过程.在无催化剂时,四元环路径和八元环路径的决速步骤的能垒相差仅6.8 kJ·mol~(-1),两条路径为竞争反应.在FeCl_3催化下,四元环路径决速步骤的能垒为137.52 kJ·mol~(-1),比八元环路径的低57.4 kJ·mol~(-1),为优势反应路径.该能垒比没有催化剂时低114.23 kJ·mol~(-1),表明FeCl_3对于该反应具有强的催化作用,能够有效地提高反应速率,使反应在温和的条件下进行.     

二水合丙氨酸复合体内的质子迁移和氢键迁移

采用B3LYP/6-31++G**方法研究了二水合丙氨酸复合体的结构和性质.找到3个质子迁移反应,相应的反应物都比产物稳定.质子迁移方式有"直接式"和"水桥式"两种.由于"直接式"质子迁移的逆反应是无垒过程,所以产物不能稳定存在,即"直接式"质子迁移反应难以发生;"水桥式"质子迁移反应能够存在,正逆反应能垒分别为6.47和1.43kcal·mol-1.体系中存在着水链参与的氢键迁移,正逆反应能垒分别为2.60和1.63kcal·mol-1.