2-氢吡喃分子光激发开环反应机理的理论研究

用完全活性空间多组态(CASSCF)方法对2-氢吡喃分子光激发开环反应机理进行了研究。利用价键理论(VB)和自然键道分析(NBO)探究了沿能量最低反应途径电子的重新分布情况。计算结果表明从S0-Min p®p*垂直激发到Franck-Condon点后很容易弛豫到S1-Min,经较低的势垒到达圆锥交叉点S1/S0。而S1/S0与S1-Min相比能量低0.63eV。这样体系沿非绝热最低反应途径从激发单重态经交叉点S1/S0很容易得到产物S0-Prod。     

CH_3SH+CN微观反应机理的理论研究

采用BMC-CCSD//B3LYP/6-311G(d,p)方法对CH3SH+CN反应机理进行了详细的理论研究.反应中涉及的各稳定点的构型、振动频率和零点能在B3LYP/6-311G(d,p)水平下计算得到,计算结果表明,该反应存在两种反应机理,5条可能的反应通道.SN2机理由于能垒太高,与直接氢抽提机理相比可以忽略.该反应的最可行通道为CN中的C原子进攻SH中的H原子经由一个前期和一个后期分子络合物生成产物CH3S和HCN.计算得到的反应焓变与已有实验值非常吻合.     

甲醇协助丙交酯开环聚合反应的理论研究

采用密度泛函理论在B3LYP/6-31G(d,p)水平上研究了甲醇协助的丙交酯开环聚合反应, 探讨了1~3个甲醇分子参与的丙交酯聚合反应机理, 考察了溶剂化效应对聚合反应的影响. 结果表明, 甲醇协助的丙交酯开环聚合按加成-消除机理进行; 甲醇分子作为质子给体与受体通过与丙交酯形成环状氢键促进开环聚合, 随着甲醇分子数的增加, 环状氢键的张力逐渐减小, 反应能垒随之降低; 溶剂化效应对反应机理和反应势垒的影响均可忽略不计.     

C_2H_3·与NO反应机理的理论研究

采用密度泛函B3LYP/6-311G**和高级电子相关耦合簇CCSD(T)/6-311G**方法计算研究了C2H3·与NO反应的机理,全参数优化了反应势能面上各物种的几何构型,用内禀反应坐标(IRC)计算和频率分析方法,对过渡态进行了验证.研究结果表明,C2H3·与NO是一多通道多步骤的反应,经过缔合、氢转移和离解等复杂过程,最终得到5种产物(P1～P5).     

过渡金属离子与烷烃反应机理的理论研究──镍离子(2D)与丙烷反应中氢分子的还原消除机理

以Ni⁺与C₃H₈反应作为过渡金属离子与烷烃反应的范例体系,用B₃LYP密度泛函方法计算了[Ni,C₃,H₈]⁺基态势能面上各驻点的构型、频率和能量,结果表明,该反应的H₂分子消除需经历两个基元步骤,即Ni⁺首先插入一级或二级C-H键,然后经H转移过渡态异构化为较稳定的中间体,继而解离产生H₂分子.计算的反应热为142.28kJ/mol,与相应的实验值(127.85kJ/mol)符合较好.     

双官能团硫脲催化丙交酯开环聚合反应的理论研究

用密度泛函理论在B3LYP/6-31G(d)水平上研究了双官能团硫脲催化丙交酯开环聚合反应的微观机理. 讨论了催化聚合反应的两条可能路径: 路径A和路径B. 计算结果表明沿路径A进行的开环聚合反应在能量上是有利的. 从理论上证实了催化剂在聚合反应中所起的双官能团催化作用, 即氨基活化引发剂, 硫脲活化单体, 通过两个基团共同作用, 完成催化开环.     

Ca+催化的N2O+CO反应机理的理论研究

采用B3LYP/cc-pVTZ理论水平系统研究了Ca+离子催化N2O+CO→N2+CO2反应的微观机理.反应分两步进行:第一步Ca+夺取N2O中的O原子有两条反应通道,其中优势通道为Ca+金属离子与N2O分子中O作用,形成线性分子复合物,活化N2O分子中的N-O键,之后的反应路径为O-N键断裂机理;第二步为CaO+金属...     

HCN消除反应机理的理论研究

采用密度泛函理论方法从HCN氧化和水解两个方面研究了HCN消除反应机理,并考虑了HCN的直接消除反应(途径Ⅰ和途径Ⅱ)和CuO上的HCN消除反应(途径Ⅲ和途径Ⅳ)。途径Ⅰ为HCN与2个O2分子生成CO2、NO和H原子;途径Ⅱ为HCN与1个O2分子和1个H2O分子生成 CO2和NH3;途径Ⅲ为CuO上HNCO水解为CO2和NH3;途径Ⅳ为CuO上HCN水解为CO和NH3。研究发现,途径III速控步骤的活化自由能垒为157.32 kJ/mol,比途径Ⅱ中HNCO水解降低12.34 kJ/mol;比途径Ⅳ降低了63.8 kJ/mol。可见,HNCO是HCN净化过程中的重要中间体,CuO的加入降低了反应能垒,促进了HCN消除。     

烯丙醇与臭氧反应机理的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论的MPW1K,BHandHLYP和MPWB1K方法,结合6-31+G(d,p)基组优化了烯丙醇与臭氧反应势能面上各驻点的几何构型,通过同一水平的振动频率分析确认了中间体和过渡态.反应路径上的驻点都在HL理论水平下进行单点能量校正,并进行了MPW1K/6-31+G(d,p)水平下的零点振动能校正(ZPE).对反应机理的详尽分析表明臭氧抽取烯丙醇羟基基团中H的通道的反应势垒比臭氧加合烯丙醇双键基团通道的反应势垒高,臭氧与烯丙醇双键加合生成臭氧化物为最可几反应路径.在加合反应历程中,氢迁移通道需经过氢迁移和离解等复杂过程,最终要产生少量的OH自由基,与烃烯类臭氧化反应产生大量OH自由基的结果相反.     

半茂钛催化乙烯与降冰片烯共聚的理论研究

运用密度泛函方法对含酚-膦配体的半茂钛化合物催化乙烯与降冰片烯共聚合反应的详细机理进行了理论研究。计算结果表明,虽然由于配体的不同,此系列钛化合物具有两种典型结构,但其在助催化剂作用下形成的催化活性种均为相似的P-Ti成键的阳离子物种。在烯烃聚合反应中,烯烃单体的配位插入反应易于从阳离子活性种中氧原子的对位发生。由乙烯及降冰片烯聚合反应各步骤的比较可知,乙烯单体插入Ti-Me结构的初始插入步骤较插入Ti-Et结构困难得多,因而链引发步骤为乙烯均聚的决速步骤。而降冰片烯单体插入Ti-Me结构较之乙烯单体容易得多,但由于降冰片烯单体位阻较大,其连续插入十分困难。在共聚反应过程中,NBE单体的引入可以使得Et插入反应容易越过较难的插入Ti-Me结构步骤,这是NBE与Et共聚反应的反应活性远大于催化Et均聚反应的最主要原因。     

Theoretical Studies on Reaction Mechanisms of HNCS with NH (X3∑)

The reaction mechanisms of HNCS with NH(X3∑) were theoretically investigated. The minimum energy paths (MEP) of the reaction were calculated by using the density functional theory(DFT) at the B3LYP/6-311 G** level. The equilibrium structural parameters, the harmonic vibrational frequencies, the total energies, and the zeropoint energies(ZPE) of all the species were calculated. The single-point energies along the MEP were further refined at the QCISD(T)/6-311 G** level. It was found that the mechanisms of the HNCS NH(X3∑) reaction involve two channels producing the HNC HNS and the N2H2 CS products. Channel 1 plays a dominant role and the HNC HNS are the main products. The reaction is exothermic.     

气相中La催化乙烯脱氢及C-C键耦合的理论研究

采用密度泛函理论中的B3LYP方法研究了气相中过渡金属La在二、四重态势能面上催化C2H4的反应机理。全参数优化了二、四重态势能面上各个驻点的几何构型,同时对过渡态进行了频率分析,使用内禀反应坐标（IRC）方法验证了过渡态的准确性,通过AIM理论和NBO分析方法对主要的驻点进行了键分析,并对2IM1、2IM3进行了态密度分析。结果表明：La与C2H4的反应存在两种可能的路径,反应在二重态势能面上进行且均为放热反应。键分析表明初始复合物中La与C2H4分子之间为共价作用。     

Au(111)面上噻吩加氢脱硫反应机理的理论研究

采用密度泛函理论方法研究了噻吩在Au(111)面上的吸附模式, 并探讨了其在Au(111)面上可能的加氢脱硫反应机理, 对不同机理下各个基元反应的过渡态进行了筛选, 得到了各个步骤的能量变化及所需活化能.计算结果表明, 噻吩在Au(111)面上以S端倾斜吸附在Top位时最稳定.直接脱硫机理表明, 其所需活化能较低, 升高温度有利于提高脱硫反应产率, 但脱硫产物较难控制; 间接脱硫机理表明, 脱硫反应最可能按照加氢异构方式进行, 降低温度有利于脱硫反应产率的提高.随着反应的进行, 噻吩环中的C—S键键长逐渐增大, 键能逐渐减小, 有利于C—S键断裂, 具体步骤为:(1) C₄H₄S+H₂α,α-C₄H₆S; (2) α,α-C₄H₆S+H₂C₄H₈S; (3) C₄H₈S+H₂C₄H₁₀+S, 其中S原子的脱去步骤所需活化能最高, 为反应的限速步骤.     

金催化炔基苯并二𫫇英环化合成8-羟基异香豆素的理论研究

Density functional theory（DFT） calculations were carried out on the gold-catalyzed cyclization of alkynyl benzodioxin to 8-hydroxy-isocoumarin reaction to show the molecular mechanism of the reaction. The conclusions obtained from this work are different from those in the previous experimental study. The results show that water molecule acts as both the reactant and the proton shuttle, and promotes the reaction with gold complexes under mild conditions. The nucleophilic addition site of water on the substrate is the C（sp³） atom on the side of the substrate far away from the oxabenzene ring, resulting in C（sp³）—O bond breaking in the substrate. The formation of new C—O bond and the cleavage of C—O bond in the substrate follow a step-by-step mechanism. The oxygen in the side-product acetone comes from the contribution of water in the reaction system. The regioselectivity of the reaction originates from the polarization of alkynyl π-electrons induced by substituents.     

Theoretical Study on Reaction Mechanism of Aluminum-Water System

A theoretical study on the reaction of aluminum with water in the gas phase was performed using the hybrid density functional B3LYP and QCISD(T) methods with the 6-311+G(d,p) and the 6-311++G(d,p) basis sets. The results show that there are three possible reaction pathways that involve four isomers, seven transition structures, and two possible products for the reaction of aluminum with water. The two most favorable reaction pathways were found, whose intermediates and products agreed quite well with experimental results. The enthalpy and Gibbs free energy change of the reaction between Al and H2O at 298 and 2000 K were calculated. Some results are also in good agreement with the previous calculations or experimental results.     

硫代乙酰胺光化学反应机理的理论研究

用B3LYP, MP2和CASSCF方法, 采用cc-pVDZ和6-31++G**基组, 研究了硫代乙酰胺在基态和最低三态上消除硫化氢以及其它光解离反应, 并考虑了单个溶剂分子参与反应对质子迁移反应的影响, 得到了消除硫化氢反应的反应机理, 计算结果可以很好地解释实验结果. 进而用CASSCF方法计算了第一激发单态上的各驻点, 以及各交叉点. 计算结果表明, 在S1和T1态上发生除分子内转动以外的化学反应的可能性比较小, 当分子被激发到S2态上时, 将通过S2/S1交叉点到S1态, 在S1态上的分子有两条途径去活化, 通过S1/S0交叉点到热基态, 通过S1/T1交叉点系间窜越到T1态. 因而得出CH3CSNH2发生光解离反应的可能性不大. 基于此, 可将硫代酰胺结构引入蛋白或多肽中, 有望在不破坏分子整体结构的情况下对其进行光化学研究.     

ClONO2与H的反应机理

在密度泛函理论B3LYP/6-31G^*基组下,研究ClONO₂+H→HONO₂+Cl和ClONO₂+H→OH+ClONO(cis)及ClONO₂+H→OH+ClONO(trans)的反应机理.计算得到各可能反应途径的过渡态,并经过内禀反应坐标(IRC)分析加以证实.三个反应的活化能垒(分别为19.5,20.0和23.2kJ·mol^-1)相差不大,可认为同时发生.但第一个反应放出的热量较多,可以看成是反应的主通道.     

NO+HCCCO反应势能面的理论研究

在CCSD(T)/6-311G(d,p)//B3LYP/6-311G(d,p)+ZPVE水平下, 对反应NO＋HCCCO进行了研究. 建立了反应势能面, 揭示了该反应的反应机理, 通过O迁移、C—C键或N—O键断裂等多步反应, 得到4种产物, 其中, 最主要产物为P1(HCCO+NCO).     

Cu催化水煤气的变换反应机理

采用密度泛函理论(DFT), 对Cu催化水煤气变换反应三种可能的微观机理进行了理论研究. 在GGA-PW91理论水平下优化了反应通道上各驻点(反应物、中间体、过渡态和产物)的几何构型, 并通过频率分析对过渡态进行了验证. 研究结果表明, 甲酸根机理的可能性最小, 羧基机理与氧化还原机理的可能性较大, 且与氧化还原机理相比, 羧基机理因在反应过程中有中间体COOH(s)生成, 且它与OH(s)发生歧化反应仅需越过3.8 kJ·mol-1的活化能垒, 所以反应更易遵循这条路径进行.     

铁催化芳基格氏试剂的联芳交叉偶联的反应机理

利用密度泛函理论(DFT)计算研究了[Fe(MgBr)₂]催化的邻氯苯乙稀与溴代苯基镁反应生成联芳化合物的交叉偶联反应的机理. 研究了两个机理. 机理A包括三个基本步骤: (I) 氧化[Fe(MgBr)₂]生成[Ar-Fe(MgBr)],(II) 加成产生[Ar-(phenyl)-Fe(MgBr)₂], (III) 还原消除回到[Fe(MgBr)₂]. 机理B不形成[Ar-Fe(MgBr)]. 在第一步,溴代苯基镁在[Cl-Mg-Br]离解形成[Ar-Fe(MgBr)]之前直接进攻氧化加成后的中间体. 考虑溶剂效应后, 机理B优于机理A. 无论机理A还是机理B, 整个催化循环过程的决速步骤都是[Ar-(phenyl)-Fe(MgBr)₂]的还原消除再生催化剂[Fe(MgBr)₂]的步骤, 使用导体极化连续模型(CPCM)方法计算其在四氢呋喃溶剂中的吉布斯自由能(ΔG_sol)是82.98 kJ·mol^-1.