热环合反应速率的量子理论

应用多声子无辐射跃迁理论研究热环合反应, 给出热环合反应速率的一般公式。在高温条件下得出反应速率和活化能公式。所得公式可适用于多个环合点的热环合反应。     

Woodward-Hoffmann选择规则的一个推导方法

Woodward-Hoffmann于1965年创立了周环反应的立体选择规则。本文拟从分析前线轨道的HOMO(最高占据轨道)与LUMO(最低空轨道)的节面出发推导出这个规则。     

环加成反应、环合反应、电环化反应与环化反应的区别*

环加成反应、环合反应、电环化反应与环化反应都是合成有机环状化合物的成环反应,它们描述的反应类型完全不同。但是,它们却经常被误用或者混用。阐述了这4类反应的区别,希望能够从教学上明确这4类反应,从源头为将来的有机化学工作者建立起准确的概念。     

吡啶二硫代酯与丁二烯杂Diels-Alder反应的理论研究

采用密度泛函理论方法在B3LYP/6-31G(d)水平上对吡啶二硫代酯与丁二烯的杂Diels-Alder反应的反应机理进行了理论计算研究, 并且也考虑了催化效应、溶剂化效应及取代基效应对反应机理和反应位垒的影响. 结果表明, 这些反应均以协同非同步的方式进行. 在大多数反应中, C—S键先于C—C键形成; 而在少数几个反应中, 则是C—C键先于C—S键形成. 催化剂和三甲基硅氧基取代基能通过改变反应物分子的前线轨道能级来降低反应的活化位垒. 溶剂只对涉及到离子物种的H^＋催化反应的势能剖面有明显影响. 对于BF₃催化的吡啶二硫代酯与1-三甲基硅氧基丁二烯的反应, 计算结果不仅正确预测了实验所发现的完全的区域选择性和较高的立体选择性, 而且表明这些结果很可能是由于在两个过渡态中存在C—H…F氢键相互作用造成的.     

二氧化碳电还原反应的理论研究

Converting CO₂ into value-added products via sustainable energy, such as electrical energy, has several advantages. First, it is one of the most promising routes to close the carbon loop and plays a crucial role in significantly reducing the CO₂ concentration in the atmosphere. Second, it can utilize CO₂ as a valuable industry reactant that can store energy by converting electrical energy to chemical energy. Although the CO₂ reduction reaction has been studied for more than three decades, the sluggish kinetics remain a bottleneck, which requires a highly efficient catalyst. However, none of the reported catalysts meets the requirements for any practical application due to low activity and poor selectivity. To rationally design a more efficient CO₂ reduction catalyst, understanding the reaction mechanism is crucial. Although it is challenging to experimentally capture and characterize the reactive intermediates, atomic modeling serves as an alternative for providing an understanding of the elementary reactions on a microscale. Significant progress has been made in understanding the reaction mechanism using multiscale simulations. In this study, important progress in revealing the reaction mechanism of CO₂ reduction using computational simulation in recent years is summarized. First, the advances in simulation methods for electrochemical reactions are introduced, and the advantages and disadvantages of various methods are compared. Second, the detailed reaction mechanism of CO₂ reduction to various major products, such as CO, CH₄, and C₂H₄, and minor products, such as ethanol and acetate, are disused. Different results obtained from different approximations are compared, while a mechanism that can better explain the existing experimental results is recommended. Third, the operando technique, such as ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy, is disused. The operando analysis results are direct evidence to validate the theoretically proposed reaction pathway. In turn, the theoretical predictions can help resolve the experimental spectrum, which is usually too complex to refer to a reference system. The combination of theory and operando experiments should be one of the most promising directions in determining the reaction mechanism. Fourth, novel synthesis strategies are discussed. These new ideas are beneficial for simplifying the synthesis process or increasing the diversity of products. Finally, the recent progress in the application of machine learning to big data for CO₂ reduction is discussed. These new powerful tools may play a crucial role in reaction mechanism studies. Overall, in the study of electrochemical reaction mechanism, theoretical simulation can provide the reaction details and energy information of elementary reactions at the atomic level. Therefore, in the study of electrochemical reaction mechanism of carbon dioxide, the microscopic mechanism that the experiment cannot provide is supplemented. On the one hand, it explains the existing experimental phenomena; however, on the other hand, it provides new insights for the study of reaction mechanism. On this basis, the use of new research paradigms, such as high-throughput computing and machine learning, provides new ideas for a rational design for accelerating material development.     

合成文拉法星的2-氮杂-1,3-丁二烯杂Diels-Alder反应与其 单分子环合竞争反应的研究

研究了不同的Lewis酸催化剂、温度、微波等条件下, 4-(4-甲氧苯基)-1-苯基-3-三甲基硅氧基-2-氮杂-1,3-丁二烯(2-ABDE)和亲二烯体环己酮发生杂Diels-Alder反应生成[4＋2]的六元环合产物噁嗪酮衍生物, 伴随的2-ABDE的 [2＋2]单分子环合, 生成单环β-内酰胺衍生物. 结果表明: 在低温条件下如(－78 ℃)[4＋2]反应占主导; 而在高温条件下(如135 ℃)仅进行[2＋2]反应. 微波加热方式可显著提高[2＋2]反应的速率和产率. 不同的Lewis酸催化剂对[2＋2]反应和[4＋2]反应的催化效率不同. Lewis酸的酸性强弱、软硬对2-ABDE的[2＋2]反应的催化能力起决定性作用.     

1,2-丁二烯到1,3-丁二烯异构化反应速率常数的理论计算

采用从头算方法在6-31G基组上研究了1,2-丁二烯到1,3-丁二烯异构化反应的反应机理.采用MP2方法对反应的活化位垒进行了相关能的校准.计算结果表明:该反应是一个途经自由基中间体的分步过程;在MP2/6-31G//UHF/6-31G+ZPE基础上,对应于TS1和TS2的活化位垒分别为64.95×4.184kJ/mol和64.10×4.184kJ/mol.在统一统计理论的基础上,计算了该反应在温度为1100～1600K区间的热速率常数值,计算结果可很好地用Arrhenius公式表达为:k(T)=2.4×10~(13)exp(-62.8×4.184kJ/RT)s.理论的研究结果与实验很好地相吻合.     

铁体系催化丁二烯聚合的研究——烷基铁络合物聚合丁二烯

<正> Ziegler-Natta催化剂各组分混合时,主要反应是过渡金属的烷基化反应。其催化活性中心与过渡金属的烷基化合物有直接的关系。但是过渡金属烷基化合物的不稳定性,其分离及直接的证明还很少。     

β-氰乙基化合物的环合反应

丙烯腈和具有活泼氢的有机或无机物进行的反应叫作氰乙基化反应: R—H+CH_2=CH—CN→R—CH_2—CH_2—CN 近二十年来对这一类型反应的研究有较大进展,且已出有专著。氰乙基化反应的产物——β-氰乙基化合物已广泛应用于医药品等有机合成方面,某些氰乙基化合物可能有植物生长素的作用。由于β-氰     

新型叶酸拮抗剂吡啶并嘌呤衍生物的环合反应研究

将6-取代-2,4-二氨基哌啶并[3,2-d]嘧啶衍生物与N,N-二甲基甲酰胺、三氯乙酰氯在25℃反应2h,"一锅法"环合反应生成7-取代-2-氨基-7,8-二氢-6H-吡啶并[1,2,3-gh]嘌呤衍生物,利用NMR、HRMS确定目标化合物的结构。考察了不同底物、反应底物比例、反应时间、温度对反应产率的影响,并提出可能的反应机理。该反应条件温和、效率高、操作简单。     

铁体系催化丁二烯聚合的研究

在FeCl₃-i-C₄H₉₃Al催化体系中加入含一个氮的化合物,对丁二烯聚合的催化活性没有显著的提高。     

仲胺介入的丙炔酸甲酯与亚胺的环合反应

建立了一种合成四氢嘧啶衍生物的方法.仲胺与丙炔酸甲酯发生Michael加成反应,生成β-胺基丙烯酸酯;向β-胺基丙烯酸甲酯及亚胺的混合物中加入有机酸,常温下数分钟内发生环合反应得到四氢嘧啶衍生物,仲胺以铵盐形式离去.该反应对甲醛亚胺具有良好的适应性.     

2-硅萘与2,3-二甲基丁二烯的杂Diels-Alder反应的理论研究

采用密度泛函B3LYP/6-311G**方法研究了2-硅萘作为亲二烯体与2,3-二甲基丁二烯的杂Diels-Alder反应的微观机理、势能剖面、取代基效应及溶剂效应,并与硅苯参与的类似反应进行了比较.计算结果表明,所研究反应均以协同非同步的方式进行,且C-Si键总是先于C-C键形成.发生在C1-Si2位上的反应中两个新...     

铁体系催化丁二烯聚合基本规律的研究

详细研究了Fe-Al-卤化物(Ⅰ)体系催化丁二烯聚合的基本规律。开发了一类新型配位体。研究了卤化物、烷基铝、催化剂配比以及温度等因素对体系催化活性、聚合物分子量及微观结构的影响。     

原位ATR-FTIR法研究丁二烯配位聚合反应动力学

将原位全反射傅立叶红外光谱(in situATR-FTIR)技术应用于研究稀土催化丁二烯配位聚合反应过程,探讨了采集FTIR谱图的背景、用于定量计算的特征峰的选择与确定、单体浓度和所确定的特征峰强度的关系及丁二烯溶液聚合反应动力学.在聚合过程中不同时间取样得到聚合物样品,采用GPC、FTIR、POM和DSC分别对这些样品进行分子量及其分布、微观结构及其含量、玻璃化温度及结晶特性的分析与表征.结果表明,选用溶剂正己烷为背景,采集的FTIR谱图(600~1800 cm-1)中仅出现丁二烯的3个特征峰1592、1010和904 cm-1,且基线更为平滑,计算误差小.在丁二烯浓度为0.46~3.88 mol.L-1的范围内,丁二烯的这3个特征峰的强度均与丁二烯浓度成正比,其中904 cm-1处的特征峰强,可选作定量计算的特征峰.聚合反应速率对单体浓度呈现一级动力学关系,表观增长活化能为56.5 kJ.moL-1.聚丁二烯产物的分子量随单体转化率呈线性增加,其GPC谱图表明所得聚合物的分子量呈单峰分布,分布指数(Mw/Mn)在2.5左右.聚丁二烯产物中顺-1,4结构含量大于98%,其玻璃化转变温度约为-109℃,可产生较明显的结晶现象.     

钼体系催化丁二烯聚合动力学——链转移

本文考察了MoCl_4OC_8H_(17)-(i-Bu)_2Alo催化体系在加氢汽油中催化丁二烯聚合过程中的链转移情况,提出了比较聚合体系中各组分对链转移的贡献大小的方法和计算链转移次数的公式及链转移次数与聚合温度的函数关系式。发现本体系中单体和主催化剂是主要的链转移剂,向烷基铝的链转移占10％,向杂质的链转移仅占6％。在链转移反应中,单体和主催化剂的级数为1,烷基铝的级数为1/2。     

硅苯和锗苯与2,3-二甲基丁二烯杂Diels-Alder反应的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法在B3LYP/6-311G(d,p)水平上研究了硅苯和锗苯与2,3-二甲基丁二烯的两类杂Diels-Alder反应的微观机理、势能剖面、取代基效应和溶剂效应.计算结果表明,所研究反应均以协同非同步的方式进行,且C—Si或C—Ge键总是先于C—C键形成.在硅苯或锗苯分子作为杂亲二烯体的[2+4]反应中,endo进攻方式的非同步性比exo进攻稍大一些,而后者比前者一般要稍稍有利一些.在硅苯或锗苯分子作为杂二烯烃的[4+2]反应中,反应非同步性的大小与产物中不对称的亲二烯体上的取代基与硅或锗原子之间的相对位置有关,且在动力学上总是非同步性较大的反应更容易进行一些.硅或锗原子上的CCl3或NH2取代基在热力学和动力学上一般有利于反应的进行,而C(CH3)3取代基的影响则相反.[2+4]反应在热力学和动力学上均远比相应的[4+2]反应容易进行,这与实验完全一致.苯和甲醇溶剂对所研究反应的势能剖面影响较小.     

规则溶液理论应用于bola/SDS混合体系的研究

以规则溶液理论研究了bola型阳离子两亲分子与十二烷基硫酸钠（SDS）混合体系的表面和胶团相互作用.相互作用参数的数值表明, bola分子与SDS在胶团中和溶液表面都发生了强烈的相互作用,这种相互作用的强度与普通季铵盐/烷基硫酸钠混合体系相当.这说明bola分子与SDS混合体系中的协同作用主要是由亲水基之间的静电相互作用产生的, 而bola分子结构中疏水部分对相互作用没有显著影响.     

氟原子与反式1,3-丁二烯分子反应动力学的理论研究

Theoretical studies of F atom reaction with trans-1,3-butadiene were carried out at the CCSD(T)/6-311G(d,p)/B3LYP/6-311G(d,p) levels. Energies and structures for all reactants, products and transition states were determined. Two reaction pathways involving the formation of the complexes CH2CHCHFCH2 and CH2CHCHCH2F were found in this reaction. Theoretical results suggest that the H atom channel observed in previous crossed beam experiment occurs likely via these two long-lived complex formation pathways. For the complex CH2CHCHFCH2 pathway, another reaction channel (C2H3+C2H3F) is also accessible. Relative importance of the C2H3+C2H3F channel versus the H formation channel via the same reaction pathway has also been estimated, suggesting that it would be difficult to observe the C2H3+C2H3F channel in a crossed molecular beam experiment. Theoretical analysis also shows that the HF formation proceeds via direct abstraction mechanisms, though it is likely a minor process in this reaction.