铜催化内炔的硅羧基化反应机理及区域选择性的密度泛函理论研究

用CO₂作为原料,在过渡金属催化下生成新的碳碳键是很重要的.在这类反应中,杂原子官能团和CO₂同时与不饱和的底物被催化生成高功能化的羧酸衍生物已经越来越受到人们的关注.本文采用密度泛函理论(DFT)方法,研究了金属铜催化剂催化内炔的硅羧基化反应机理.根据炔烃上甲基和苯环两个取代基的相对位置,提出了两条反应路径(path I:甲基和path II:苯环).计算结果表明炔烃插入Cu－Si键既是速率决速步骤也是区域选择决速步骤.在path I中,炔烃插入Cu－Si键的自由能为112.8 kJ·mol^-1,而在path II中为127.6kJ·mol^-1.显然, path I比path II在动力学上更有利,这与实验上两条路径对应产物的产率97: 3是一致的.分析表明区域选择性是由炔烃取代基甲基和苯环的电子效应决定的.     

Ag_2~-催化CO氧化反应机理的理论研究

用密度泛函理论B3LYP方法详细研究了Ag_2~-催化CO氧化反应的机理.计算结果表明,O2分子在Ag_2~-和Au_2~-上吸附能相差不大,而CO分子在Ag_2~-上吸附要比在Ag_2~-上弱得多.Ag_2~-催化CO氧化反应共有四条反应途径.最可能反应通道为CO插入Ag2O_2~-中的Ag—O键形成中间体[Ag—AgC(O—O)O]-,然后直接分解形成产物CO2和Ag2O-,或另一分子CO进攻中间体[Ag—AgC(O—O)O]-形成两分子产物CO2和Ag_2~-.在动力学上最难进行的反应通道为经历碳酸根双银中间体,需要克服约0.24eV的能垒.Ag_2~-催化CO氧化反应活性要高于Au_2~-.     

二元铜族团簇负离子催化CO氧化反应机理

用密度泛函理论B3LYP方法研究了二元铜族团簇负离子AuAg^-, AuCu^-和AgCu^-催化CO氧化反应的详细机理. 计算结果表明: CO在混合团簇中的吸附位顺序为Cu>Au>Ag; O₂也优先吸附到Cu上, 其次为Ag, 最难的为Au; 另外, O₂分子较CO分子易于吸附到混合团簇上. CO氧化反应有三条反应通道, 在热力学和动力学上均容易进行. AuAg-团簇催化CO氧化反应的最优反应通道为CO插入AuAgO₂^-中的Ag―O键形成中间体[Au―AgC(O―O)O]^-, 然后直接分解形成CO₂和AuAgO^-, 或另一个CO分子进攻中间体[Au―AgC(O―O)O]^-形成两分子的CO₂和AuAg^-. 而AuCu^-和AgCu^-催化CO氧化反应的最优反应通道为CO和O₂共吸附到团簇上,然后形成四元环中间体,最后四元环中间体分解形成产物或另一个CO分子进攻四元环中间体从而形成产物. 第二个CO分子的协同效应不明显. AuAg^-和AuCu^-对CO氧化反应催化活性强于Au₂^-团簇, 因此, Ag和Cu掺杂可以提高金团簇的催化活性, 与之前实验研究结果一致.     

锗硅烯与CH3OH加成反应机理及区域选择性

采用密度泛函理论方法,在B3LYP/6-311++G(d, p)水平,研究了几种锗硅烯与CH₃OH的加成反应的微观机理和势能剖面,分析了锗硅烯中Si=Ge双键的极性对加成反应区域选择性的影响.研究结果表明,锗硅烯可分别与CH₃OH的单聚体或二聚体发生加成反应.所有加成反应均从初始亲核或亲电复合物的形成开始.母体锗硅烯H₂Si=GeH₂与CH₃OH二聚体的加成反应比其与CH₃OH单聚体的相应反应在动力学上更容易些,但在其它锗硅烯与CH₃OH的反应中情况则相反.用Ph或SiMe₃基团取代H₂Si=GeH₂中的H原子在动力学上使反应变得不利且SiMe₃基团的影响更显著.加成反应的区域选择性与锗硅烯中Si=Ge双键的极性以及Si-O(Ge-H)和Ge-O (Si-H)键的相对强弱都有关.     

氧化腈与丙炔1,3-偶极环加成反应中区域选择性的理论研究

用密度泛函(DFT)B3LYP/6-311＋＋G**方法研究了氧化腈(RCNO, R＝F, NO₂, OCH₃, OH, COOCH₃, CHO, CONH₂, H, CH₃)与丙炔的1,3-偶极环加成反应, 并且计算了不同温度下的反应速率常数, 讨论了氧化腈上不同取代基R的取代效应和温度对反应区域选择性的影响. 结果显示, 氧化腈与富电子亲偶极体——炔烃反应, 5-取代反应占优势; 氧化腈上取代基R为强吸电子基团时或在较高温度下, 有利于4-取代反应的进行.     

水溶性钯膦络合物催化1-辛烯的氢羧基化反应

利用水溶性配体TPPTS与Pd（OAc）2在水相中催化1-辛烯的氢羧基化反应,能实现有机相产物与水相催化剂的清洁分离和催化剂的循环利用．分别考察了钯浓度、表面活性剂（CTAB）、酸助剂、反应时间、CO压力以及温度对该反应的影响．在H2O=16mL,C（Pd）=2．0mmol／L,C（TPTS）／c（Pd）=25,C（p...     

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...     

锇嵌入石墨烯催化CO还原N2O反应机理的密度泛函理论研究

N₂O和CO都是大气污染物,过渡金属催化CO还原N₂O是同时消除它们的有效方法。金属分散于或嵌入石墨烯、氮化碳等二维材料是提高催化性能的有效手段之一。结合相对论赝势,运用UPBE0方法优化了锇单原子嵌入石墨烯催化CO还原N₂O循环反应路径上各驻点的几何结构、并计算了热力学函数,进而推测了该催化反应的机理。结果表明该反应存在N₂O先吸附(路径a)和CO先吸附(路径b)两种反应历程。路径(a)和路径(b)的表观自由能垒ΔE分别为108.28和135.92 kJ/mol。其中(a)为优势路径,反应可以沿该路径在比较温和的条件下进行。     

2-苯基-1-(4-(1-吡咯乙氧基)苯基)乙酮的合成

2-苯基-1-(4-(1-吡咯乙氧基)苯基)乙酮是合成抗骨质疏松药拉索昔芬重要的结构片段。以苯酚为原料经成醚,磺酰氯酯化得到磺酸酯,然后经亲核取代反应,傅-克酰基化反应高收率地合成了目标化合物,其结构通过NMR和HRMS进行了表征。     

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.     

ClONO2与Cl(2P3/2)的反应机理

在密度泛函理论B3LYP/6-31G^*水平上,研究了ClONO₂+Cl(²P_3/2)Cl₂+NO₃和ClONO₂+Cl(²P_3/2)ClO+ClONO(cis)及ClONO₂+Cl(²P_3/2)ClOCl+NO₂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.反应ClONO₂+Cl(²P_3/2)Cl₂+NO₃反应活化能垒最低,为4.5kJ/mol,是反应主通道.     

Cu(100)表面HCOO对CO2吸附的稳定作用

采用广义梯度近似(GGA)的密度泛函理论(DFT)(DFT-GGA)并结合平板模型, 研究了CO2在HCOO 修饰Cu(100)表面的吸附行为. 计算结果表明, 与清洁Cu(100)表面相比较, CO2在HCOO修饰的Cu(100)表面的吸附强度增强, 其线性对称性不存在. 究其原因可归结为HCOO的存在使CO2分子带有部分极性, 从而使其与Cu(100)表面的作用增强.     

Interaction Mechanism of Nano-silicon Dioxide Modified by Poly(amidoamine) Dendrimers

To gain insight into the attachment of ≡Si⁺ (SC) ion (regarded as guest) to the lowest generation, NH₂-terminated poly(amidoamine) (PAMAM) dendrimers (regarded as host) in the liquid phase, density functional theory is used to investigate the structures and energetics of the host-guest complex. The effect of solvent on the structures and energetics is also investigated. Various initial configurations of the ion bound to PAMAM are tested, and two stable conformers are found, i.e, types A (≡Si⁺ is bound to the amine site) and C (≡Si⁺ is bound to the amide site). Types A and C are the most stable due to the chemical bond formations of Si-No(amine nitrogen atoms) and Si-O, respectively. The IR spectra for the lowest energy conformers are thoroughly analyzed and compared with the available experimental data.     

通过g-C3N4担载MNi12 (Fe,Co, Cu,Zn)纳米团簇调节甲烷化

As a unique two-dimensional material, graphitic carbon nitride (g-C₃N₄) has received significant attention for its particular electronic structure and chemical performance. Its instinctive defect can provide a stable anchoring site for metals, potentially improving the surface reactivity. Ni-based catalysts are economical but their activity for CO₂ methanation is lower than that of noble metal catalysts. Ni nanoparticles (NPs) supported on a substrate can further enhance the stability and activity of catalysts. Based on the principles of strong metal-support interaction (SMSI) and the synergistic effect on an alloy, MNi₁₂/g-C₃N₄ composites as novel catalysts are expected to improve stability and catalytic performance of Ni-based catalysts. The configurations are established with core-shell structures of MNi₁₂ (M = Fe, Co, Cu, Zn) nanoparticles (NPs) supported on g-C₃N₄ in this work. In the CO₂ methanation reaction, the reactivity of CO on slab (E_CO) is a critical factor, which is relative to the catalytic activity. Thus, the catalytic reactivity of these complexes via CO adsorption were explored using density functional theory (DFT). The values of cohesive energy (E_coh) for MNi₁₂ NPs range from -39.90 eV to -34.82 eV, suggesting that the formation of these NPs is favored as per thermodynamics, and E_coh and partial density of state (PDOS) reveal that the central M atom with the less filled d-shell interacts more strongly with surface Ni atoms. Therefore, ZnNi₁₂ is the most unstable structure among all the studied alloy, and the synergistic effect is also the weakest among them. When MNi₁₂ NPs are supported on the g-C₃N₄ substrate, the binding energies (E_b) vary from -9.40 eV to -8.39 eV, indicating that g-C₃N₄ is indeed a good material for stabilizing these NPs. The PDOS analysis of pure g-C₃N₄ suggests the sp² dangling bonds of N atoms in g-C₃N₄ can stabilize these transition metal NPs. Furthermore, the results of CO adsorbed on MNi₁₂ NPs and MNi₁₂/g-C₃N₄ composites show that E_CO and d_CO reduced with the introduction of g-C₃N₄. According to the results of the analysis of the Hirshfeld charges and electrostatic potential (ESP), the reason is that CO obtains less electrons from MNi₁₂ NPs after deposition on the g-C₃N₄ substrate, which lowers the reactivity of CO on catalysts. Additionally, the deformation charge density is analyzed to investigate the interaction between the NPs and g-C₃N₄. With the introduction of g-C₃N₄, charge redistribution indicates the strong metal-support interaction, which further reduces the CO adsorption energy. In summary, MNi₁₂ supported on g-C₃N₄ exhibit not only high stability but also tunable reactivity in CO₂ methanation. These changes are beneficial for CO₂ methanation reaction.     

MH~+(M=Fe,Co,Ni)催化二氧化碳的氢化反应

在密度泛函理论的B3LYP水平下计算了MH~+(M=Fe,Co,Ni)催化二氧化碳的氢化反应.研究表明,氢转移至C上要比转移至O上容易得多.探讨不同泛函方法对反应的影响,从CCSD(T)的计算结果可见,与Co H~+和Ni H~+相比,Fe H~+对H转移至C上的活性较高.电子结构分析表明,反应过程中氢转移为氢负离子转移.     

AuClx (x=1, 3)催化2-炔丙基苯酮与苯炔环化反应机理

对金属元素Au采用LanL2DZ基组,对非金属元素C,H,O,Cl采用6-31G*和6-311++G**基组,用密度泛函理论的B3LYP、B3PW91、UB3LYP方法和二阶微扰理论MP2方法研究了不同氧化态的金催化剂催化2-炔丙基苯酮与苯炔环化反应的机理.结果表明:在AuCl和AuCl3的作用下,反应均能通过[4+2]和[3+2]途径生成产物.但在AuCl催化下,[4+2]反应途径比[3+2]反应途径具有更低的活化自由能,反应主要通过[4+2]途径进行;而在AuCl3催化下,[4+2]反应途径与[3+2]反应途径的活化自由能相近,反应通过两条途径竞争生成产物.比较AuCl和AuCl3的催化效果发现,不同氧化态的金催化剂改变了反应的机理,该反应的活化自由能在AuCl作用下比在AuCl3作用下低11.18 kJ·mol-1.对于该反应,AuCl表现出了更好的催化活性.这些计算结果和实验现象相吻合.     

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.     

在Rh(111)面上NO+CO反应机理的密度泛函理论研究

应用基于密度泛函理论赝势平面波方法的CASTEP程序, 对Rh(111)上的NO+CO反应机理进行研究. 对于反应中的各个关键步骤: NO离解、CO2生成、通过N2O离解生成N2以及通过N+N反应生成N2都进行了详细讨论, 计算得到各反应步骤的过渡态以及活化能, 从而确立了各步骤的反应路径.