Ru(II)催化有机叠氮与炔反应机理的理论研究

采用密度泛函理论, 对在Ru(II)催化剂存在下, 有机叠氮化合物和末端炔的反应机理作了深入理论研究. 在B3LYP/LANL2DZ水平上, 对该反应体系中势能面各驻点的几何构型进行了全优化计算, 并经振动频率分析确定了过渡态和中间体, 通过内禀反应坐标(IRC)的计算, 确认了反应物、中间体、过渡态和产物的相关性. 对多个反应通道的协同反应以及分步反应进行了研究. 结果表明: 协同反应通道Ic和分步反应通道IIc是反应能垒较低的反应通道, 活化自由能较其它反应通道低, 有利于1,5-二取代1,2,3-三唑的生成, 具有特定的区域选择性, 与实验结果吻合.     

过渡金属催化有机腈和叠氮酸钠反应机理的研究

过渡金属催化有机腈和叠氮酸钠反应机理的研究一直是一个具有挑战性的课题.本工作组合理论和实验方法,对其反应机理作了深入的探讨.基于对两种类型中间体(H₂O)3M…N₃^–和(H₂O)₃M…NCCH₃稳定性的理论分析和中间体Cd₂(μ₃-N₃)(μ₃-OH)(μ₅-CHDA)(1)和Cd(μ₂-N₃)(μ₃-IBA)(2)(H₂CHDA为1,3-环己二酸, HIBA为4’-(咪唑-1-基)苯甲酸)的成功捕获,首次从实验和理论上揭示了过渡金属离子在反应中起活化叠氮酸根的作用.此外,基于中间体(H₂O)₃M…N₃^-和乙腈分子的静电势盆分析的结果,揭示了叠氮酸根未配位的端基N原子可以进攻...     

三种Au(111)催化水煤气变换反应机理的比较

采用密度泛函理论对三种水煤气变换反应(WGSR)机理(氧化还原机理、羧基机理、甲酸基的生成机理)在Au(111)面上的反应历程进行详细讨论.通过对表面吸附物种(H2O、CO、OH、O、H、CO2、COOH、HCOO)的吸附行为进行研究,得到最佳活性吸附中心.对三种机理中的14个基元反应的活化能进行分析,得出WGSR在Au(111)上按照羧基机理和氧化还原机理进行的可能性较大,按照甲酸基的生成机理进行的可能性较小.相比较羧基机理和氧化还原机理,反应更有可能按照羧基机理进行,最佳反应途径为H2O-H→OH+CO→COOH+OH→CO2.     

含噻吩环的吡啶Ru(II)配合物的电子结构和非线性光学性质

采用密度泛函理论(DFT) B3LYP方法对含有噻吩环的吡啶Ru(II)配合物的电子结构和非线性光学(NLO)性质进行理论研究. 结果表明: 配合物[Ru^II(NH₃)₅L]²⁺(L为含噻吩环的有机基团)中, 配位原子与中心金属离子间没有形成稳定的化学键, 但存在较强的供体-受体(D-A)相互作用; NH₃被羰基(CO)取代后, Ru-C间形成了稳定的σ-π配键, 降低了受体的空轨道能级. 噻吩环的增加增大了体系的共轭程度, 有利于分子内电荷转移, 使配合物的极化率α和一阶超极化率β明显增加. 结合配合物的前线分子轨道分析发现, 电荷转移过程中, 对体系二阶NLO系数贡献较大的是配体内电荷转移(ILCT)和配体间电荷转移(LLCT)跃迁, 羰基引入后配体到金属的电荷转移(LMCT)使配合物[Ru^II(CO)₅L]²⁺比对应的配合物[Ru^II(NH₃)₅L]²⁺的β值增大约7倍.     

甲醇在Ru(0001)表面吸附的密度泛函研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,以原子簇Ru15为模拟表面,对甲醇在理想的Ru(0001)面三种吸附位置(top,fcc,hcp)的吸附模型进行了几何构型优化,能量计算,Mu lliken布局分析以及振动频率计算,结果表明顶位为最有利的吸附位.这些变化与实验观察到的甲醇在过渡金属表面解离的结果相一致.同时通过对吸附过程的分析推测其可能的解离途径.     

金催化炔基苯并二(口恶)英环化合成8-羟基异香豆素的理论研究

通过密度泛函理论(DFT)计算对金催化炔基苯并二(口恶)英环化合成8-羟基异香豆素反应进行了研究,探讨了详细的分子机理,获得了一些与实验研究不同的认知.水分子既是反应物又扮演了质子梭的角色,与金络合物协同作用促进反应在温和条件下进行;亲核加成的优势进攻位点为底物远离氧杂苯环一侧的C(sp3)原子,导致底物中C(sp3)—O键断裂;新的C—O键形成与底物中C—O键的断裂遵循分步机制;副产物丙酮中的氧来源于反应体系中水的贡献;反应的区域选择性起源于取代基诱导的炔基π电子极化.     

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.     

(Cl-nacnac)Pt(H)与端炔的反应机理

在Templeton实验(West, N. M.; et al. Organometallics 2008, 27, 5252)的基础上, 利用密度泛函理论研究了(Cl-nacnac)Pt(H)(Cl-nacnac: bis(N-aryl)-β-diiminate)与端炔的主、副反应机理. 结果表明: 叔丁基乙炔以1,2-方式插入到Pt―H键之间生成主产物, C―C键生成为决速步骤; 以2,1-方式插入到Pt―H键之间生成副产物, 炔烃插入为决速步骤. 基于主、副反应机理, 合理地解释了主、副产物生成的原因. 分析表明, 主产物是热力学控制的产物, 而副产物是动力学控制的产物.     

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).     

配位不饱和双核钌羰基化合物Ru2(CO)n(n=7,6)的DFT计算研究

对配位不饱和双核钌羰基化合物Ru2(CO)n(n=7,6)在BP86/DZP++和MPW1PW91/DZP++ 理论水平下进行了量子化学理论计算研究, 优化得到16个单态和三态异构体, 并讨论其键的性质. 得到的n=7,6基态分别是Cs和C2v构型的单态, 均含有2个配位的桥羰基. 对其离解能的计算表明, 相对于断裂金属钌-钌键而生成2个配位不饱和单核羰基化合物都更容易失去一个羰基.     

金(I)配合物催化乙烯加氢的反应机理

采用密度泛函理论B3LYP方法, 对两类金(I)配合物AuX (X=F, Cl, Br, I)和AuPR₃⁺(R=F, Cl, Br, I, H, Me,Ph)催化C₂H₄加氢反应的机理进行了理论研究. 计算显示Au(I)配合物对C₂H₄氢化具有较好的催化效果, 其作用下的加氢反应存在“活化H―H键后再与C₂H₄反应”和“活化C＝C键后再与H₂反应”两种途径, 前者的活化能较后者低90-120 kJ·mol^-1, 因而具有明显的能量优势. 研究表明AuPR₃⁺ 的催化能力明显强于AuX. 此外, X/PR3基团供、吸电子能力的变化对配合物的催化能力也具有较为显著的影响. 电子结构分析显示Au(I)配合物在C₂H₄ 加氢反应中不仅能够削弱H―H、C＝C 键的强度, 还使H₂ σ_H―H^*、C₂H₄ π_C＝C^* 轨道能级下降, 从而缩小了π_C＝C-σ_H―H^*或σ_H―H-π_C＝C^*轨道间的能级差, 促进了C₂H₄-H₂反应中的电子离域, 从而降低禁阻反应发生的难度.σ_H―H^*、π_C＝C^*轨道能级改变量与加氢反应活化能E_a的降低值之间存在较好的一致性关系, 因此使上述轨道能级下降幅度越大的Au(I)配合物可以获得较好的催化效果.     

系列异构配合物Ru(azpy)2Cl)2的结构与抗癌活性

用量子化学密度泛函(DFT)方法, 在B3LYP/LanL2DZ的水平上, 研究了一系列异构配合物α-, β-, γ-, δ-, ε-[Ru(azpy)2Cl2](azpy = 2-phenylazopyridine)(1～5)的电子结构与几何构型, 并着重研究了已报道具有优良抗癌活性的1～3的构效关系(SAR). 计算结果表明, 配合物3的两个共轭配体(azpy)的主体部分几乎处于同一平面上, 有利于插入到DNA碱基对之间. 而配合物1和2的两个共轭配体(azpy)的主体部分几乎相互垂直, 对配合物的DNA插入键合空间位阻较大. 计算结果还进一步显示了该系列异构体配合物的电子结构特征及相关性质. 作为配合物在亲电反应中起主要作用的最低未占据分子轨道(LUMO)的能量顺序为εL(2)＞εL(1)＞εL(3); 与反应活性密切相关的LUMO与最高占据分子轨道(HOMO)之间的能量差(ΔεL-H)顺序为ΔεL-H(3)＜ΔεL-H(1)＜ΔεL-H(2); 反映配合物疏水性的偶极矩顺序为µ(2)＞µ(1)＞µ(3); 此外, 与亲电反应有关的配合物共轭配体azpy上正电荷(QL)顺序为QL(3)＞QL(1)＞QL(2). 同时, 对迄今尚未见抗癌活性报道的同系列其它两个异构配合物(4和5)进行了活性预测.     

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。     

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.     

Mn(II)-Fe(II)-MCF的制备及催化性能

以改性玉米苞叶纤维为载体(MCF),负载Mn(II)和Fe(II)制备了Mn(II)-Fe(II)-MCF复合材料,催化H₂O₂氧化水中染料。通过傅立叶变换红外/近红外成像系统和扫描电子显微镜对其结构和形貌进行表征。实验结果表明:当染料浓度为10 mg·L^-1,Mn(II)-Fe(II)-MCF用量为4 g·L^-1,H₂O₂初始浓度为1.56 mmol·L^-1,Mn(II)-Fe(II)-MCF对四种染料的催化效率明显不同。阳离子蓝X-GRRL(CBX-GRRL)降解效果最好,其次是甲基橙(MO)、次甲基蓝(MB)和罗丹明B(RhB)。对染料的氧化反应进行动力学分析,MO的降解反应为二级反应,CBX-GRRL、MB和RhB的降解反应均为一级反应。Mn(II)-Fe(II)-MCF适合催化氧化偶氮染料废水。     

镍催化芳烃卤化物还原性交叉偶联的反应机理(英文)

利用密度泛函理论(DFT)计算研究了镍催化的溴苯(R1)与对溴苯甲酸甲酯(R2)生成非对称联芳化合物的还原性交叉偶联反应的机理.结果表明,相对于一价镍的催化机理,零价镍作为活性催化剂更有利于反应的进行,零价镍催化剂首先与R1络合或者首先与R2络合的反应机理十分相似,其决速步在气相时的能垒分别是70.50或者49.66 kJ?mol-1.零价镍催化机理包括如下步骤:一次氧化加成;还原;二次氧化加成;还原消除以及催化剂再生.另外,计算结果还表明有机锌试剂在这个反应体系中很难生成.     

碱土金属叠氮化合物(CaN6)n (n＝1～5)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论在B3LYP/6-311G*水平上对碱土金属叠氮化合物(CaN₆)_n (n＝1～5)团簇各种可能构型进行了几何优化, 预测了各团簇的最稳定结构. 并对最稳定结构的成键特性、电荷分布、振动特性及稳定性进行理论研究. 结果表明, 叠氮化合物中叠氮基以直线型存在, CaN₆团簇的最稳定结构为线型结构, (CaN₆)_n (n＝2～5)团簇首先由两个叠氮基与两个Ca原子构成一个近似菱形, 再由菱形相互垂直形成链状最稳定结构; 叠氮基中间的N原子显示正电性, 两端的N原子显示负电性, 且与Ca直接作用的N原子负电性更强, 金属Ca原子和N原子之间形成很强的离子键; (CaN₆)_n (n＝1～5)团簇最稳定结构的IR光谱分为4个部分, 其最强振动峰均位于2195～2280 cm^－1, 振动模式为叠氮基中N-N键的反对称伸缩振动; 稳定性分析显示, (CaN₆)₃和(CaN₆)₅团簇相对于其他团簇较为稳定.     

气相中环丁烯负离子与N2O反应机理的理论研究

采用MP2和B3LYP两种计算方法,在6-31 G(d,p)的基组下,对气相中环丁烯负离子与N2O反应的微观机理进行了较为系统的计算研究,并在相同基组下进一步用QCISD方法在MP2优化构型的基础上进行了单点能校正.结果表明,该反应存在两条反应通道,每条反应通道又包含着三条反应路径,产物分别为乙烯基重氮甲基负离子与甲醛,同时也应能检测到少量的环丁烯酮负离子及N2等产物.其中,通道1是主反应通道,路径1为主反应路径,路径3是路径1和2的竞争反应.理论计算结果与实验预测基本一致.     

钌催化间位磺化反应机理的DFT研究

导向过渡金属催化反应是实现区域选择性芳环碳氢活化/衍生化的一种重要手段. 本文使用DFT理论(M06//B3LYP)对Frost小组的钌催化2-芳基吡啶间位磺化反应机理进行了研究. 通过计算, 我们发现该机理主要包括邻位C—H活化、亲电取代、还原消除及催化剂再生四个步骤. 其中导向邻位C—H活化是速率决定步, 亲电取代为区域选择决定步. Ru与导向基邻位碳原子成键使苯环电子密度分布发生变化, 同时与位阻作用相结合引导亲电取代发生在Ru—C键的对位(即导向基间位). 在此基础上, 我们还研究了K₂CO₃和溶剂极性对反应的影响.     

杂双核Rh(I)-Cr配合物催化乙烯氢甲酰化反应机理的理论研究

本文采用密度泛函理论研究了杂双核HRh(CO)(PH3)(m-PH2)2Cr(CO)4配合物催化乙烯氢甲酰化反应的机理。分别研究了结合机理和解离机理,并对两个机理进行比较。计算结果表明Cr(CO)4片段的引入并没有改变简单烯烃氢甲酰化反应的机理。解离机理占主导地位。羰基插入是整个反应的决速步骤,且在298.15 K和101.325 kPa下,其活化自由能为91.15 kJ/mol。醛的还原消除步骤是不可逆的。这些结果与以前的理论和实验研究结果一致。