密度泛函理论研究SiN与ClO反应的产物通道

利用量子化学从头算和密度泛函理论研究了SiN和ClO的反应机理。在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上优化得到了反应势能面上各驻点的几何构型;通过频率分析和内禀反应坐标计算对过渡态与反应物和产物的连接关系进行确认。在CCSD(T)/cc-pVTZ水平上对各物种的能量进行校正,得到了反应势能面。计算结果表明,该反应体系存在单态和三态势能面,其中单态势能面上反应通道(1)和(2)是主反应通道,1P4为主产物。     

氟氯酰与丙烷反应的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论(DFT), 对氟氯酰(ClF₃O)引发丙烷(C₃H₈)反应生成C₃H₇自由基或丙醇等产物的机理进行了研究. 在B3PW91/6-311＋＋G(d,p)水平上优化了9个不同反应通道上各驻点物(反应物、中间体、过渡态和产物)的几何构型, 并计算了它们的振动频率和零点振动能. 通过零点能校正计算了各反应路径的活化能, 并应用过渡态理论计算了各反应路径常温下的速率常数k. 计算结果表明: ClF₃O与C₃H₈反应可经过不同路径生成HF, C₃H₇自由基和C1F₂O自由基或C₃H₇OH和ClF₃. 其中, 最可几反应路径为ClF₃O分子的中间位F原子进攻丙烷β位H原子的反应, 活化能仅为7.54 kJ/mol, 速率常数为0.153×10⁶ mol^－1•dm³•s^－1.     

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.     

H2CO和NO2反应机理的密度泛函理论计算研究

用密度泛函理论方法在UB3LYP/ 6-311++G(d,p)并包含零点能水平上计算得到了H2CO和NO2反应的势能面.在势能面上找到了由H2CO和NO2反应生成HCO和trans-HONO的两条反应通道.直接H迁移反应通道的势垒只有90.54 kJ*mol-1,是主要的反应通道,其TST速率是7.9 cm3*mol-1*s-1,与文献值相符;另一条通道是H2CO异构化为trans-HCOH,然后C位H迁移,最后生成的HOC分子异构化为HCO,这条通道反应势垒高达348.03 kJ*mol-1,是一条次要反应通道.     

CIO自由基与CN自由基反应的密度泛函理论研究

应用量子化学从头算和密度泛函理论（DFT）对CIO与CN的双自由基反应进行了研究．结果表明,CIO自由基的O原子进攻CN自由基的C原子是主要的进攻方式,并形成了中间体1 CIOCN．随后,中间体1发生异构化和分解反应得到热力学上可行的3种产物P4（CINCO）,P1（CO＋CIN）和P3（NO＋CCl）．其中P4是主要产物,P1和P3是次要产物．与单态势能面上相比,三态势能面对整个反应的贡献可以忽略．     

三氟化氯和水反应的密度泛函理论研究

应用量子化学密度泛函理论(DFT), 对ClF3和H2O在不同比例下的反应进行了研究. 在B3pw91/6-31++G(d,p)水平上优化了反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型, 计算出它们的振动频率和零点振动能(ZPVE), 并对能量进行了校正. 计算结果表明, ClF3和H2O的反应能垒很低, 反应极易进行;水足量有利于生成HClO2, 少量有利于生成其它卤氧化合物.     

O(3P)+O2H→OH+O2反应机理的密度泛函理论研究

用密度泛函理论方法研究了O(3P)与O2H反应生成羟基和氧分子的反应机理. 在PW91/6-31+G水平上用梯度解析技术全自由度优化上述反应物、产物和反应路径上的中间体及过渡态几何构型, 并通过频率振动分析加以确认, 计算IRC反应路径及中间体异构化过程, 确定了此反应的可能反应通道. 结果表明: 该反应是多通道多步骤的强放热反应. 首先形成顺式或反式O3H富能中间体, 此过程无能垒; 然后跨过一个能垒分解成产物OH和O2. 通道IM1→TS1比IM2→TS2克服的能垒要大, 反应放热372.822 kJ*mol-1. IM1TS3IM2 可相互转化.     

过亚硝酸异构化反应机理的密度泛函理论研究

用密度泛函理论方法研究了过亚硝酸在水溶液中的异构化反应机理。在 B3LYP/6-31G水平基础上用梯度解析技术全自由度优化了反应物、产物和反应途径 中的中间产物及过渡态的几何构型，并通过振动频率分析加以确认，进行了内禀反 应坐标计算，确定了该反应的可能通道。结果表明：该反应为多通道强放热反应， 其中以羟基直接转移途经能垒最小，绝对反应速率常数值最大，因此，推测该通道 为主要的反应通道。     

密度泛函理论研究SiC与C2H4反应的产物通道

在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上研究了SiC与乙烯的单重态和三重态反应机理,优化得到了反应物、过渡态、中间体和产物的几何构型;通过振动分析对过渡态和中间体构型进行了确认。在CCSD(T)/cc-pVTZ水平上对计算得到的构型进行了能量校正。计算结果表明,SiC+C2H4反应在单重态和三重态条件下均可发生,其中单重态反应为主反应通道,1P5为主产物。     

羟基自由基和鸟嘌呤-胞嘧啶碱基对反应的密度泛函理论研究

为了解决年龄衰老、基因突变和癌症等问题, 理解DNA的氧化损伤机理非常重要. 本文利用密度泛函方法和极化连续介质模型在液相条件下研究了羟基自由基夺取鸟嘌呤-胞嘧啶(GC)碱基对上5 个氢原子的反应机理. 研究结果表明, 所有的脱氢反应路径都是放热过程, 热力学上五个脱氢反应路径形成自由基的稳定性顺序是(H2b-GC)^·>(GC-H4b)^·>(GC-H6)^·>(GC-H5)^·~(H8-GC)^·, 其中H2b反应路径的能量变化最大, 说明该反应平衡时的转化率最高. 动力学上, 相对于反应复合物的局部反应能垒大小顺序是H2b     

三氟化氯和环氧丙烷反应的理论研究

应用密度泛函理论对三氟化氯和环氧丙烷反应产生C3H5O和C1F2自由基的机理进行了研究。在B3PW91/6-31+G(d,p)水平优化了12个不同反应通道上各驻点(反应物、中间体、过渡态和产物) 的几何构型,并计算了它们的振动频率和零点振动能。采用CCSD(T)/6-31+ G(d,p) // B3PW91/6-31+G(d,p)单点能计算方法求得各物种的能量,并作了零点能校正。计算结果表明,三氟化氯和环氧丙烷反应可经过不同的反应路径引发C3H5O自由基和C1F2自由基,其中,三氟化氯呈对称的F原子与环氧丙烷的C(1)上与CH3在同一侧的上的H原子结合的活化能最低,仅为16.81 kJ/mol。     

HNO与O自由基反应的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)和从头算方法，对HNO与O自由基反应进行了研究。在(U)B3LYP/6-311G^**和(U)B3LYP/aug-cc-pVTZ水平下优化了反应通道上各驻点(反应物、中间体、过渡态及产物)的几何构型。在(U)QCISD/aug-cc-pVTZ水平下计算了各物种的单点能，并对总能量进行了零点能校正。研究结果表明，HNO与O自由基反应过程中存在O → N、O → O和O → H进攻的竞争机制，且存在着多条反应通道。采用过渡态理论计算了600～2 000 K温度范围内3条慢反应通道的速率常数。求得lnk和1/T之间的线性关系。3种通道的阿累尼乌斯指前因子分别为1.469 × 10¹⁰、1.22 × 10¹⁰(1.06 × 10¹⁰)和2.26 × 10¹³。     

乙炔基自由基C2H与氧气反应的密度泛函理论研究

应用量子化学从头算和密度泛函理论(DFT)对C₂H自由基和O₂的反应进行了研究.在B3LYP/6-311G^**水平上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,并计算出它们的振动频率和零点振动能(ZPVE).各物种的总能量由CCSD(T)/6-311G^**//B3LYP/6-311G^**给出,并对能量进行了零点能校正.计算结果表明,反应物中自由基C₂H中的边端C进攻O₂形成了中间体1 (HCCOO),中间体1是一个加合产物.由中间体1经过不同的反应通道可以生成不同的产物P₁ (HCO+CO), P₂ (HCCO+O), P₃(CO₂+CH), P₄ (C₂O+OH)和P₅ (2CO+H).反应通道之间存在着竞争机制.其中P₁, P₂是主要产物,其次还有一定比例的P5生成,而产物P₃, P₄的生成几率较低.各条反应通道化学反应热的计算与实验吻合较好.     

丙三醇脱水反应机理的密度泛函理论研究

为了理解纤维素热解初期的脱水反应机理, 采用Gaussian 03程序中的密度泛函理论UB3LYP/6-31＋＋G(d,p) 方法, 对模型化合物丙三醇脱水反应机理进行了量子化学理论研究. 设计了6种可能的脱水反应途径, 对各种反应的反应物、产物和过渡态的结构进行了能量梯度全优化, 计算了不同温度下各反应途径的标准热力学和动力学参数. 计算结果表明: 除了形成中间体IM_a和IM_b的反应外, 其它反应均为吸热反应; 温度高于400 K时, 丙三醇开始发生脱水反应; 与1-2-脱水反应相比, 1-3-脱水反应的反应势垒更低, 其活化能为233.75 kJ/mol; 当反应加入金属离子Li^＋时, 有利于脱水反应的发生, 这时1-2-脱水反应的活化能为201.95 kJ/mol, 1-3-脱水反应的活化能为202.14 kJ/mol.     

Density Functional Study on the Reaction Mechanism for the Reaction of Ni^＋ with Ethane

The mechanism of the reaction of Ni^ (^2D) with ethane in the gas-phase was studied by using density functional theory.Both the B3LYP and BLYP functionals with standard all-electron basis sets are used to give the detailed information of the potential energy surface (PES) of [Ni,C2,H6]^ . The mechanisms forming the products CH4 and H2 in the reaction of Ni^ with ethane are proposed.The reductive eliminations of CH4 and H2 are typical addition-elimination reactions.Each of the two reactions consists of two elementary steps:C-C or C-H bond activations to form inserted species followed by isomerizations to from product-like intermediate.The rate determining steps for the elimination reactions of forming CH4 and H2 are the isomerization of the inserted species rather than C-C or C-H bond activations .The elimination reaction of forming H2 was found to be thermodynamically favored compared to that of CH4.     

Density Functional Study on the Mechanism of Collision Reaction among Protons, N2 and Water Vapor

The mechanism of collision reaction among protons, N2 and water vapor was theoretically studied using Density Functional Theory. The geometries of reactants, transition states, intermediates and products were optimized at the B3LYP/6-311 G^** level by the BERNY gradient analysis method. Transition states and intermediates have been identified by vibrational frequency analysis. The relationship among reactants, intermediates, transition states and products was affirmed by IRC calculation. The variations of energy and geometry along the IRC-determined reaction paths were described. The possible reaction pathways were represented and the optimal one was decided from the viewpoint of energy.     

C2H与HO2双自由基反应的密度泛函理论研究

应用量子化学从头算和密度泛函理论(DFT)对C₂H与HO₂双自由基的单重态反应进行了研究.在UB3LYP/6-311G水平上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.在CCSD(T)/6-311G^{**水平上计算了各物种的单点能,并对总能量进行了零点能校正.研究结果表明,反应物中自由基C₂H的边端C进攻自由基HO₂的边端O是主要的进攻方式.首先形成了中间体1(HCCOOH),由此经过不同的反应通道可以得到主要产物P1,次要产物P2,P3和P5.生成P1的反应热为-814.40kJ/mol.自由基C₂H的中间C进攻自由基HO₂的边端O是次要的进攻方式,可以得到产物P4和P6.根据势能面分析,所有反应均是放热反应.}     

Mechanism of the Asymmetric Autocatalytic Soai Reaction Studied by Density Functional Theory

The mechanism of the Soai reaction has been thoroughly investigated at the M05‐2X/6‐31G(d) level of theory, by considering ten energetically distinct paths. The study indicates the fully enantioselective catalytic cycle of the homochiral dimers to be the dominant mechanism. Two other catalytic cycles are shown to both be important for correct understanding of the Soai reaction. These are the catalytic cycle of the heterochiral dimer and the non‐enantioselective catalytic cycle of the homochiral dimers. The former has been proved to be not really competitive with the principal cycle, as required for the Soai reaction to manifest chiral amplification, whereas the latter, which is only slightly competitive with the principal one, nicely explains the experimental enantioselectivity observed in the reaction of 2‐methylpyrimidine‐5‐carbaldehyde. The study has also evidenced the inadequacy of the B3LYP functional for mechanistic investigations of the Soai reaction.