HAsO~2异构体结构、相对稳定性与体系势能面

在MP2/6-311++G(d,p)和QCISD(T)/6-311++G(3df,2p)(单点)水平下计算得到了包括9个异构体和10个过滤态的HAsO~2体系势能面。在势能面上，异构体cis-HOAsO(E1)的能量是最低的，其次是trans-HOAsO(E2)和HAsO(O)(C~2~V,E3)，能量分别比cis-HOAsO高13.15和192.74kJ/mol。根据体系的势能面，异构体E1，E3及cis-HOOAs(E6),trans-HOOAs(E5)具有一定的动力学稳定性，在实验中应该可以观测到。AsH和O~2反应的第一步产物将会异构化为具有较高动力学稳定性的异构体E3；而OH和AsO反应可直接生成E1。计算结果与HPO~2,HPS~2,HNO~2,HNS~2等价电子相同的分子的势能面进行了比较。     

HPO2异构体结构和相对稳定性

在MP2/6-311++G(d,p)和QCISD(t)/6-311++G(3df,2p)(单点)水平下计算得到了包括8个异构体和12个过渡态的HPO₂体系势能面. 在势能面上, 异构体cis-HOPO(E1)的能量是最低的, 其次是trans-HOPO(E2)和HPO(O)(C_2V, E3), 能量分别比cis-HOPO高10.99和48.36 kJ/mol. 根据体系的势能面, 只有异构体E1和E3具有较高的动力学稳定性, 在实验中应该可以观测到. PH和O₂直接反应生成的cis-HPOO(E5)和trans- HPOO(E6)经过几步势垒较低的异构化过程就可以异构化为具有较高动力学稳定性的产物E1; 而OH和PO反应可直接生成E1. 计算结果较好地解释了相关实验.     

HAsS2异构体结构与稳定性

在MP2/6-311++G(d,p)和QCISD(t)/6-311++G(3df,2p)(单点)水平下计算得到9个异构体和10个过渡态的HAsS₂体系势能面.异构体cis-HSAsS(E1)的能量最低,其次是trans-HSAsS(E2)、具有AsSS三元环的立体HAs(S)S(C_{s,E3)和HAs(S)S(C2v,E4)结构的异构体,能量分别比cis-HSAsS高1.46,60.78和93.63kJ/mol.根据体系的势能面,异构体E1,E2,E3和E4具有一定的动力学稳定性.AsH和S2第一步反应产物将会异构化为具有较高动力学稳定性的异构体E3,而SH和AsS第一步反应产物将会异构化为E1.计算结果与HNO2,HNS2,HPO2,HPS2和HAsO2等价电子相同的分子的势能面进行了比较.}     

HPS2异构体结构与相对稳定性

在MP2/6-311++G(d,p)和QCISD(t)/6-311++G(3df,2p)(单点)水平下计算得到了包括9个异构体和15个过渡态的HPS2势能面.其中,异构体trans-HSPS(E1)的能量最低, 其次是cis-HSPS(E2)和HPS(S)(C2_V,E3),能量分别比trans-HSPS(E1)高3.43和14.17 kJ/mol.计算结果表明,异构体E1,E2,E3和立体的三元环结构的异构体HP(S)S(C_S,E4), 及与E4共存的trans-HPSS(E5)和cis-HPSS(E6)具有一定的稳定性.在QCISD(t)/6-311++G(3df,2p)//MP2/6-311++G(d,p)并包含零点能水平下,PH和S₂反应生成的E6和E5分别越过65.75和71.73 kJ/mol的势垒就可以异构化为具有较高动力学稳定性的产物E4, 计算结果对实验认定的产物是cis-HPSS(E6)的结论进行了修正.     

HPOS体系异构体结构与稳定性

在MP2／6－311＋＋G(d,p)和QCISD（T）／6－311＋＋G（3df,2p)（单点）水 平下计算得到了HPOS体系势能面上18个异构体和25个过渡态及解离碎片等驻点，并 分析了这些异构体的结构及异构化过程，讨论了可能的解离方式。在得到的异构体 中，有8个异构体是动力学较稳定的，它们是dis-HOPS,trans-HOPS,trans-HSPO, cis-HSPO,HP(O)S(Cs),trans-HPSO,cis-HPSO和HP（O）S（C1）。这些异构体在实 验中应该可以观测到。理论研究表明，P与S原子较强的超价能力在降低异构体能量 ，提高异构体动力学稳定性方面起到了关键的作用。得到的计算结果与HPO2， HPS2，HNOS等价电子相同的体系进行了比较。     

Structures and stabilities of HPO_2 isomers

The potential energy surface of HPO2 system including eight isomers and twelve transition states is predicated at MP2/6-311++G(d, p) and QCISD(t)/6-311++G(3df,2p)(single-point) levels of theory. On the potential energy surface, cis-HOPO(E1) is found to be thermodynamically and kinetically most stable isomer followed by trans-HOPO(E2) and HPO(O)(C2v, E3) at 10.99 and 48.36 kJ/mol higher, respectively. Based on the potential energy surface, only E1 and E3 are thermodynamically stable isomers, and should be experimentally observable. The products cis-HPOO(E5) and frans-HPOO(E6) in the first-step reaction of HP with O2 can isomerize into isomer E1 that has higher stability. The reaction of OH with PO will directly lead to the formation of isomer E1. The computed results are well consistent with the previous experimental studies.     

HBO2异构体的结构和相对稳定性

用ab initio方法在MP2/6 311＋＋G(d,p)水平下优化得到了HBO2体系的若干异构体和过渡态，并在QCISD(t)/6 311＋＋G(3df,2p)//MP2/6 311＋＋G(d,p)水平下进行了单点能量校正.对计算结果的分析表明，无论是在热力学还是在动力学上，具有链状结构的HOBO异构体(E1)是势能面上最稳定的结构，并对E1的电子结构进行了分析；另一具有C2v对称性的HBO(O)结构的异构体(E2)的能量比E1高381.72 kJ•mol－1，由于E2处于一个较深的势垒中，因此是比较稳定的，可以推断，在适合的实验中应该可以观察到异构体E2.     

CH3SH与NO2的反应机理及动力学

在G3B3,CCSD(T)/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-311++G(d,p)水平上详细研究了CH3SH与基态NO2的微观反应机理.在B3LYP/6-311++G(d,p)水平得到了反应势能面上所有反应物、过渡态和产物的优化构型,通过振动频率分析和内禀反应坐标(IRC)跟踪验证了过渡态与反应物和产物的连接关系.在CCSD(T)/6-311++G(d,p)和G3B3水平计算了各物种的能量,得到了反应势能面.利用经典过渡态理论(TST)与变分过渡态理论(CVT)并结合小曲率隧道效应模型(SCT),分别计算了在200～3000K温度范围内的速率常数kTST,kCVT和kCVT/SCT.研究结果表明,该反应体系共存在5个反应通道,其中N进攻巯基上H原子生成CH3S+HNO2的通道活化势垒较低,为主要反应通道.动力学数据也表明,该通道在200～3000K计算温度范围内占绝对优势,拟合得到的速率常数表达式为k1CVT/SCT=1.93×10-16T0.21exp(-558.2/T)cm3·molecule-1·s-1.     

HPO3异构体结构与稳定性

使用密度泛函方法(B3LYP)和6-311 G(3df,3pd)基组计算得到了HPO3体系的9个异构体与11个过渡态,并用内禀反应坐标理论验证了异构体的异构化过程．结果表明,在HPO3体系中,只有热力学最稳定的平面型异构体HOFO2(E1),(cis,cis)构象的HOOPO(E3)和立体的具有Cs对称性的异构体HP(O)O2(E7)具有较高的动力学稳定性,理论预测结果与实验一致．另外2个立体的HOFO2连接方式的异构体(E2和E4)由于解离为HO(Ⅱ) OPO(^2A1)的解离能较低,因此不能稳定存在。     

HSCCS自由基势能面的理论研究

在CCSD(T)/6-311G(d,f)//MP2/6-311G(d,f) ZPE水平下,计算得到含有8个异构体和11个过渡态的HSCCS自由基体系势能面,讨论了异构体的结构与稳定性及异构体之间的异构化过程.结果表明异构体m1的能量最低,除m1以外,异构体m2和m3的能量也比较低,在MP2水平上,过渡态TS1的能量比异构体m2仅高3.9kJ/mol,而在CCSD(T)水平上,TS1的能量比m2低14.6 kJ/mol,这说明异构体m2可以迅速转化为能量更低的m1.异构体m3的能量比异构体m1高49.99 kJ/mol,可以推断,在合适的实验条件下可以观测到异构体m1.     

BH+2与C2H2反应势能面的量子化学研究

用B3LYP/6-311G(d,p) 密度泛函方法和高级电子相关的CCSD(T)/6-311G(2df,p)偶合簇法研究BH+2与C2H2反应势能面. 结果表明 该势能面上存在(a) H2B+*C2H2, (b) HBCHCH2+, (c) H2BCCH+2和(d) H2*BHCCH+四种异构体, 其中(b)能量最低且在动力学上最稳定, (a), (c)和(d)在动力学上均不稳定; BH+2通过对C2H2的分步亲电加成以及随后的氢迁移和H2消除等反应形成离解产物HBCCH++H2, 该反应不需要活化能且大量放热. 计算结果有助于深入了解BH+2等缺电子硼氢正离子的反应行为.     

N_2O与氧负离子微观反应机理的理论研究

采用G3B3//B3LYP理论水平对反应O-+N2O的双重电子态势能面反应机理进行了详细的理论研究.该反应涉及的各个稳定点的构型、振动频率是在B3LYP/6-311++G(d,p)理论水平下计算的.计算结果表明,得到的反应焓变与已有实验值相吻合,该反应主反应通道是O-+N2O→NO+NO-,而生成O2-+N2的反应通道是次反应通道.     

过氧氢自由基HO_2与CH_2S的反应机理及动力学

采用密度泛函理论B3LYP方法,在6-311＋＋G（d,p）基组水平研究了HO2与CH2S的微观反应机理.在CCSD（T）/6-311＋＋G（d,p）//B3LYP/6-311＋＋G（d,p）水平上获得了势能面.利用经典过渡态理论（TST）与变分过渡态理论（CVT）并结合小曲率隧道效应模型（SCT）,计算了反应通道在2...     

NC2S+离子的结构和稳定性的理论研究

在密度泛函和从头算理论水平下计算了单重态的NC2S+离子的结构、能量、光谱以及稳定性. 在B3LYP/6-311G(d)水平下, 得到8个异构体, 它们由15个过渡态相连接. 在CCSD(T)/6-311+G(2df)//QCISD/6-311G(d)+ZPVE水平下, 得到能量最低的异构体是直线型的具有1Σ电子态的NCCS+(1)(0.0 kJ/mol), 其次是直线型的异构体CNCS+(2)(54.8 kJ/mol). 两个低能量的异构体1和2及另外一个高能量的直线型异构体CCNS+(3)(323.8 kJ/mol)都具有相当大的动力学稳定性, 这三个异构体在具备一定条件的实验室和星际条件下是可以进行观测的. 分析了这3个异构体的成键性质.     

OH-与CH2CIF反应的阴离子产物通道

理论研究了羟基负离子(OH-)与氟氯代甲烷(CH2CIF)反应的阴离子产物通道.分别在B3LYP/6-31+G(d,p)和B3LYP/6-311++G(2d,p)水平上得到反应势能面上各关键物种的优化构型,进而计算得到谐振频率和零点能.基于CCSD(T)/6-311+G(3df,3dp)水平的相对能量,描述了由质子转移和双分子亲核取代(SN2)过程生成各阴离子产物的途径.各阴离子产物途径势垒的计算结果表明质子转移过程是实验中的主要产物通道,与以往实验测量的结论相符.此外,计算还显示双分子亲核取代过程得到了非典型的阴离子产物,其中动力学效应可能会导致F-的生成.     

HCO+NO2反应势能面的理论研究

在B3LYP/6-311G(d,p)和CCSD(T)/6-311G(d,p)水平上给出了HCO+NO₂反应详细的势能面信息.计算结果表明,该反应采用两种无垒进攻方式,分别得到两种加合物H(O)CNO₂和H(O)CONO.找到7种能量低于反应物且合理的产物及相应的反应路径.通过对热力学和动力学的分析,产物HONO+CO(P2,P3),HNO+CO₂(P1)和H+CO₂+NO(P6)的形成更为有利.计算结果同实验相符,且有助于深入了解HCO自由基的化学行为.     

[GeCN2]分子异构化势能面的理论研究

在CCSD(T)/6-311＋G(2df)//B3LYP/6-311＋G(d)水平下, 研究了四原子分子 [GeCN2]的各个异构体的几何结构、红外振动光谱、相对能量及异构化和解离稳定性, 构建了[GeCN2]势能面. 我们得到了7个[GeCN2]异构体, 包括5个直线型结构GeNCN (1), GeNNC (2), NGeCN (3), NGeNC (4), GeCNN (5)和2个环形结构Ge-cCNN (6)和Ge-cNCN (7). 其中异构体5, 6, 7是我们新找到的构型, 而且GeCNN (5)是整个势能面上稳定性仅次于GeNCN (1)的异构体. 几何和电子结构分析表明, GeCNN (5)具有共轭三键结构: Ge≡C—N≡N:. 由于具有良好的热力学和动力学稳定性, 异构体GeCNN (5)有望在实验中观测到. 我们建议利用过渡金属羰基化合物的络合作用可以进一步稳定GeCNN (5). 本研究为寻找新型含高周期元素的多重键化合物提供了理论线索.     

CH3O2·+ClO气相反应的密度泛函理论研究

用密度泛函方法在CCSD(T)/ 6-311++G// B3LYP/ 6-311G**水平上研究了气相反应CH3O2*+ClO的反应机理.得到了不同能量产物的可能的反应通道,获得反应势能面.整个反应过程为多通道反应,经过多个步骤完成,共找到7个中间体和10个过渡态,产物1CH3OCl+3O2(P1)和1 CH2O+1HOOCl(P4)为能量较低产物,通道1a:R→IM1→TS1/ 3→IM3→P1,4a:R→IM1→TS1/ P4→P4和4b:R→IM2→TS2/ P4→P4为较为可行的反应通道.     

F+CH3OH碰撞反应机理和反应势能面

在MP2(full)/6-311++g(d,p)水平上详细研究了氟原子与甲醇抽氢反应的多通道反应机理,得到了各条通道中涉及的驻点的构型和振动频率及其能量,给出了两张完整的反应势能面.结果表明,氟原子从C原子上抽氢时有一条明显的最低能量通道,而从氧原子上抽氢时要涉及多条分支通道和多个驻点构型,给出了各分支通道的势能面示意图,结果表明以形成五元环状过渡态通道为优势通道.计算得到经途径1生成CH2OH时反应放热170.62kJ/mol,经分支途径6生成CH3O自由基时反应放热119.41 kJ/mol,此结果与实验值一致.     

硝基甲烷异构化反应势能面的ab initio研究

在B3LYP/6-311+ +G(2d,2p)水平上,优化得到硝基甲烷CH3NO2的10种异构体和23个异构化反应过渡态,并用G2MP2方法进行了单点能计算.根据计算得到的G2MP2相对能量,探讨了CH3NO2势能面上异构化反应的微观机理.研究表明,反应初始阶段的CH3NO2异构化过程具有较高的能垒,其中CH3NO2的两个主要异构化反应通道,即CH3NO2→CH3ONO和CH3NO2→CH2N(O)OH的活化能分别为270.3和267.8 kJ/mol,均高于CH3NO2的C-N键离解能.因而,从动力学角度考虑, CH3NO2的异构化反应较为不利.