亚烷基锗烯与环氧乙烷及环硫乙烷抽提氧和硫反应的量子化学研究

用量子化学密度泛函理论(DFT)的B3LYP和从头算MP2方法在6-311G(d, p)水平上对亚烷基锗烯与环氧乙烷的氧转移及环硫乙烷的硫转移的反应机理进行了系统的研究, 计算了势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量; 并用CCSD(T)/6-311G(d)方法进行了单点能校正. 结果表明, 亚烷基锗烯与环氧乙烷和环硫乙烷抽提氧和硫的反应存在顺反两种反应方式, 分别生成锗杂烯酮(P1)、硫代锗杂烯酮(P4)以及锗杂环氧乙酮(P2)、锗杂环硫乙酮(P5), 环状产物P2和P5能继续与环氧乙烷或环硫乙烷反应, 进一步生成更稳定的产物甲醛(P3-1)、一氧化锗(P3-2)及锗烯的二硫化物(P6), 且反式反应是主要的反应通道. 同时还研究了该反应中环氧乙烷C—O键和环硫乙烷C—S键的解离过程, 并与亚烷基卡宾和环氧乙烷及环硫乙烷的抽提反应进行了比较.     

亚烷基卡宾及取代亚烷基卡宾与环硫乙烷反应的量子化学研究

用量子化学的密度泛函理论(DFT)在6-311G(d, p)水平上对亚烷基卡宾及取代亚烷基卡宾与环硫乙烷的硫转移反应机理进行了系统的研究. 用IRC对过渡态进行了确认. 并用组态混合模型讨论了反应势垒(ΔE^≠)与XYC＝C的单-三态能量差ΔE_ST之间的关系. 结果表明, 取代基的电负性是控制反应的主要因素, 取代基的电负性越大, 取代基越多, π电子给予体越多, 单-三态能量差ΔE_ST就越小, 该反应的活化能就越小, 反应越容易发生. 同时还讨论了该反应中环硫乙烷的C—S键的解离过程. 并与标题化合物和环氧乙烷的氧转移反应进行了比较.     

亚烷基卡宾及取代亚烷基卡宾与环氧乙烷反应的量子化学研究

用量子化学的密度泛函理论(DFT)在6-311G(d,p)水平上对亚烷基卡宾及取代亚烷基卡宾与环氧乙烷的氧转移反应机理进行了系统的研究. 用IRC对过渡态进行了确认. 并用组态混合模型讨论了反应势垒(ΔE^≠)与XYC＝C:的单-三态能量差ΔE_ST之间的关系, 结果表明, 取代基的电负性是控制反应的主要因素, 取代基的电负性越大, 取代基越多, π电子给予体越多, 单-三态能量差ΔE_ST就越小, 该反应的活化能就越小, 反应越容易发生. 同时还研究了该反应中环氧乙烷中C—O键的解离过程. 发现两个C—O键解离是一个不同步的协同过程.     

锗烯X2Ge与环硫乙烷硫转移反应的密度泛函研究

利用量子化学密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 在6-311++G(d, p)的水平上对锗烯X2Ge(X=H、CH3、F、Cl、Br、OH、OCH3)与SC2H4的硫转移反应进行了计算研究. 结果表明, 锗烯的基态是单重态, 取代基的电负性越强, 单-三态的能量差越大; 反应的活化能越高, 放热越少; 控制反应的因素是电子效应, 而不是立体效应; 该硫转移反应由两步组成, 第一步生成中间配合物, 是一个无势垒的放热过程, 第二步经过渡态生成产物. 并用组态混合模型对反应机理和势垒进行了解释. 同时讨论了该反应中环硫乙烷的C—S键解离过程.     

锗烯与异硫氰酸反应机理的量子化学研究

采用密度泛函理论B3LYP方法研究了GeH2自由基与HNCS的反应机理,并在B3LYP/6-311++G**水平上对反应物,中间体,过渡态进行了全几何参数优化,通过频率分析和IRC确定中间体和过渡态。为了得到更精确的能量值,用QCISD(T)/6-311++G**方法计算了各个驻点的单点能,计算结果表明单重态的锗烯与异硫氰酸的反应有抽提硫、插入N-H键、抽提亚氨基的路径,而经由三元环中间体的抽提硫反应GeH2+HNCS→IM3→TS2→IM4→TS3→IM5→GeH2S+HNC(P1),反应能垒最低,为主反应通道,甲锗硫醛和异氰氢酸为主产物。锗烯经由四元环中间体抽提硫的反应为竞争反应通道。     

环氧乙烷与胺基负离子反应过渡态的量子化学研究

本文用SCF MO ab initio法研究了环氧乙烷与NH~2^-的亲核置换反应.用能量梯度优化方法(辅以可变尺度法)优化出了反应物与产物的平衡几何构型,与实验对应较好.用Powell的对梯度的Euclidean范数σ求极小的方法优化出了过渡几何构型,并从过波态的力常数矩阵求得了相应于反应坐标的频率为821icm^-1,从而对求出的过渡态进行了确证.用STO-3G基组求出该反应的活化能为44.50kJ.mol^-1,由过渡态和产物的几何构型得出NH~2^-基本上沿环氧乙烷的"弯键"方向进攻.将过渡态看成由变形后的反应物分子与进攻试剂形成的"超分子",用Morokuma的能量分解方案对它们之间的相互作用能进行分解,得出了电荷迁移相互作用和静电相互作用在反应中都起重要作用的结论.     

亚烷基锡烯与乙烯环加成反应机理的理论研究

The mechanism of a cycloaddition reaction between singlet alkylidenestannylene and ethylene has been investigated with MP2/3-21 G^* and B3LYP/3-21 G* methods, including geometry optimization and vibrational analysis for the involved stationary points on the potential energy surface. Energies for the involved conformations were calculated by CCSD(T)//MP2/3-2 IG^* and CCSD(T)//B3LYP/3-21G^* methods, respectively. The results show that the dominant reaction pathway of the cycloaddition is that an intermediate (INT) is firstly formed between the two reactants through a barrier-free exothermic reaction of 39.7 kJ/mol, and the intermediate then isomerizes to a four-membered ring product (P2.1) via a transition state TS2.1 with a barrier of 66.8 kJ/mol.     

二氯亚甲基锗烯与乙烯环加成反应机理的理论研究

The mechanism of a cycloaddition reaction between singlet dichloromethylene germylene and ethylene has been investigated with B3LYP/6-31G＊ method, including geometry optimization and vibrational analysis for the involved stationary points on the potential energy surface. Energies for the involved conformations were calculated by CCSD（T）//B3LYP/6-31G＊ method. On the basis of the surface energy profile obtained with CCSD（T）// B3LYP/6-31G＊ method for the cycloaddition reaction between singlet dichloromethylene germylene and ethylene, it can be predicted that the dominant reaction pathway is that an intermediate INT1 is firstly formed between the two reactants through a barrier-free exothermic reaction of 61.7 kJ/mol, and the intermediate INT1 then isomerizes to an active four-membered ring product P2.1 via a transition state TS2, an intermediate INT2 and a transition state TS2.1, in which energy barriers are 57.7 and 42.2 kJ/mol, respectively.     

二氯乙烯锗烯与甲硫醛环加成的反应机理

利用MP2/6-311+G*方法计算了单线态二氯乙烯锗烯与甲硫醛的各种反应机理. 计算结果表明两者之间的环加成反应具有很好的选择性, 优势反应路径分为三步: 首先两种反应物经过无能垒的放热反应形成中间体INT, 然后INT经历过渡态TS3异构化为P31, 最后P31继续与甲硫醛反应形成二环杂环化合物P33. 其中第一步反应放热103.4 kJ·mol-1, 后两步反应能垒分别为0.7 和32.3 kJ·mol-1.     

锗烯与甲醛环加成反应的理论研究

用从头算方法研究了单重态锗烯与甲醛环加成反应的机理,找到了反应的中间配合物和过渡态,并讨论了反应机理.在从头算的基础上,用统计热力学方法和过渡态理论计算了该反应在不同温度下的热力学函数的变化和动力学性质.结果表明,此反应由两步组成:(1)锗烯与甲醛反应生成了一中间配合物,是一无势垒的放热反应;(2)中间配合物异构化得到产物锗杂环氧甲烷,此步势垒经零点能校正后只有69.6kJ/mol(MP2/3-21G//3-21G).从热力学和动力学角度综合考虑,该反应在400～500K温度下进行为宜,此时,反应既有较大的自发趋势和平衡常数,又具有较快的反应速率.     

锗烯与乙烯环加成反应的理论研究

用RHF/6-31G^*解析梯度方法研究了单重态锗烯与乙烯环加成反应的机理,用二级微扰方法对各构型的能量进行了相关能校正,并用统计热力学方法和过渡态理论计算了该反应在不同温度下的热力学函数的变化和动力学性质。结果表明,此反应历程由两步组成:1)锗烯与乙烯生成了一中间配合物,是一无势垒的放热反应,2)中间配合物异构化为产物锗杂环丙烷,此步势垒经零点能校正后为26.9kJ.mol^-^1(MP2/6-31G^*//6-31G^*);从热力学和动力学的综合角度考虑,该反应在200-300K温度下进行为宜,如此,反应既有较大的自发趋势和平衡常数,又具有较快的反应速率。     

硅烯及取代硅烯与饱和键插入反应的量子化学研究

用量子化学的密度泛函理论(DFT)在6-311G水平上对硅烯及其取代物与甲烷的C-H键进行插入反应的势能面进行了系统地研究。用IRC方法对过渡态进行了验证。并用组态混合模型讨论了反应势垒(△E^≠)和反应热(△H)与SiXY的单-三态激发能△Est的关系。我们发现,硅烯SiXY的△Est是控制反应的主要因素,取代基的电负性越大,取代基越多,π电子给予越强,SiXY的△Est就越大,插入反应的活化能就越大,放热就越小。     

四氢噻唑-2-硫酮和环氧乙烷间的硫氧交换反应

将2-巯基-△²-噻唑啉(Ⅰ,R=H)(即四氢噻唑-2-硫酮)和环氧乙烷在二氧六环溶液中作用,希望得到2-β-羟乙基硫化-△²-噻唑啉(Ⅱ,R=H)。但实际生成四氢噻唑-2-酮(Ⅲ,R=H)和环硫乙烷,与按Crawhall等方法制得的样品,各种物理性质完全相同,混合熔点不降。改将2-巯基-△²-噻唑啉在碱性溶液中与氯乙醇反应,仍然得到四氢噻唑-2-酮。     

非对称环硫乙烷的区域选择性亲核开环反应

环硫乙烷与它的氧类似物环氧乙烷和氮类似物氮杂环丙烷一样,是一类重要的有机合成中间体,在医药和农用化学品工业领域也得到广泛应用。通过开环和异构化反应,还广泛用于制备硫醇和硫醚等含硫化合物。本文总结了常用亲核试剂对非对称环硫乙烷的亲核开环反应及其区域选择性。环硫乙烷的亲核开环反应通常只受空间效应影响,亲核试剂进攻非对称环硫乙烷位阻小的碳原子,对于烯基取代的环硫乙烷有时可以进攻烯基的β碳原子发生SN2’开环反应。强亲核性的亲核试剂容易致使环硫乙烷脱硫生成烯烃,而亲核性相对较弱的亲核试剂容易发生多聚反应生成多硫醚。在Lewis酸存在下,电子效应会对开环反应的区域选择性产生影响,甚至起主导作用。虽然烷基取代环硫乙烷在Lewis酸存在下的开环仍然主要发生在其取代基少的碳原子上(位阻控制),但受电子效应影响,芳基和烯基取代环硫乙烷的亲核开环,其亲核试剂一般倾向于进攻环硫乙烷的芳甲位和烯丙位碳原子(电子效应控制)。     

二氯卡宾与甲醇及甲硫醇插入与氢抽提反应的量子化学计算

利用密度泛函和自然键轨道理论及电子密度拓扑分析方法，对单、三重态CCl2与CH3MH（M=O，S）中C—H和M—H键的插入反应及抽提氢反应进行了研究．在B3LYP／6-311G（d，p）水平上优化了势能面上构型，并以频率分析和内禀反应坐标法进行了确认．计算了各物种的CCSD（T）／6-211G（d，p）能量．结果表明，主反应通道主要发生在单重态势能面中，单重态CCl2既可以与C-H及M—H键发生插入反应，存在四条主反应通道，分别生成P1[CH3OCHCl2，反应Ⅰ（1）]，P3[Cl2HCCH2OH，反应Ⅰ（2）]和PS[CH3SCHCl2，反应Ⅱ（1）]，P7[Cl2HCCH2SH，反应Ⅱ（2）]，也可以与CH3MH发生抽提氢反应，分别生成P4[CH2O＋CH2Cl2，反应Ⅰ（3）]和P8[CH2S＋CH2Cl2，反应Ⅱ（3）]．同时，存在三重态CCl2与CH3SH插入生成^3P4[CH3SCHCl＋Cl]的反应通道．进一步对反应通道上的关键点进行了自然键轨道和电子密度拓扑分析．     

天然气和氧偶联制环氧乙烷催化剂的反应性能

研制了天然气和氧经偶联反应制环氧乙烷的Ａｇ－Ｂａ－Ｃｓ／Ａｌ２Ｏ３催化剂（ＮＥＯ－１）。用Ｎ２＋Ｏ２＋Ｃ２Ｈ４和偶联产物气加氧作原料气，在２５０℃，空速２５００ｈ＾－１时，乙烯转化率和ＥＯ选择性分别达到了３０％和８０％，ＮＥＯ－１催化具有适宜的比表面和孔结构，用ＸＰＳ分析发现，与新鲜的催化相比，经活化和反应后的催化剂表面的Ｂａ，Ｃｓ原子浓度增高，并具有较多的吸附氧物种。     

亚烷基卡宾与丙烯环加成反应机理的理论研究

用二阶微扰理论研究了单重态亚烷基卡宾与丙烯环加成反应的机理，采用 MP2/6-31G~*方法计算了势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量。根据所得 势能面上的能量数据可以预言，反应（1）的a途径和反应（2）的b途径将是单重态 亚烷基卡宾与丙烯环加成反应的两条相互竞争的主反应通道，两反应途径均由两步 组成，(I)两反应物分别生成了富能中间体INT1a和INT2b，它们均是无势垒的放热 反应，放出的能量分别为60.28和26.33kJ·mol~(-1).(II)中间体INT1a和INT2b分 别通过过渡态TS1a和TS2b异构化为三元环产物P1和四元环产物P2，其势垒分别为 16.43和12.73kJ·mol~(-1)。     

过氧酸与丙烯及衍生物环氧化反应的机理研究

本文在M06-2X(SMD,H_2O)/6-31++G(d,p)水平下研究了水溶液中过氧甲酸与CH_2XCHCHY(Y=H,X=H,CH_3,Cl及X=H,Y=CH_3,Cl)以及丙烯与ZCOOOH(Z=CF3和CH_3)的环氧化反应。热力学数据表明该环氧化反应是可能的。反应为一步协同机理。反应底物分别为丙烯、丁烯、3-氯丙烯、2-丁烯、氯丙烯时,与过氧甲酸环氧化反应所需要的活化能为:129.7、130.6、139.4、121.2和137.9 kJ·mol~(-1)。过氧酸为过氧乙酸和过氧化三氟乙酸时,与丙烯反应的活化能为136.3和116.7 kJ·mol~(-1)。表明反应在动力学上是可行的。同时,烯烃上取代基X,Y为供电子基团时,反应能垒最小,反应最容易进行。过氧酸上连接吸电基时反应的活化能最低。     

亚烷基卡宾与甲醛环加成反应机理的理论研究

用二阶微扰理论研究了单重态亚烷基卡宾与甲醛发生的三种环加成反应的机理 ，采用MP2/6－31G~*方法计算了势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量。根 据能量数据可以预言环加成反应（1）的a途径将是单重态亚烷基卡宾与甲醛环加成 反应的主要反应通道，该反应由两步组成：（I）亚烷基卡宾与甲醛生成了一富能 中间体（INT1a），是一无势垒的放热反应，（II）中间体异构化为产物亚烷基环 乙烷，其势垒为24.1 kJ·mol~(-1)(MP2/6-31G~*)。     

锗苯与亲二烯体的Diels-Alder反应的理论研究

采用密度泛函理论方法在B3LYP/6-311G(d,p)水平上研究了锗苯与一些亲二烯体的Diels-Alder反应的微观机理和势能剖面, 考察了取代基和苯溶剂对反应势能剖面的影响, 探讨了杂Diels-Alder反应中区域选择性的起源. 计算结果表明, 所研究反应均以协同的方式进行. 亲二烯体分子碳原子上的苯基取代基对杂Diels-Alder反应中2个新键形成的非同步性和活化能垒的影响与最终产物中苯基和锗原子间的相对位置有关, 锗苯分子中锗原子上的CCl3取代基在热力学和动力学上均有利于反应的进行. 苯溶剂对所研究反应的势能剖面影响较小. 实验观察到的杂Diels-Alder反应的区域选择性由动力学因素所控制.