CH3SS与OH自由基反应机理的理论研究

应用密度泛函理论(DFT)对CH3SS与OH自由基单重态反应机理进行了研究.在B3PW91/6-311+G(d,p)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,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.在QCISD(T)/6-311++G(d,p)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,CH3SS与OH反应为多通道反应,有5条可能的反应通道.反应物首先通过不同的S—O键相互作用形成具有竞争反应机理的中间体IM1和IM2.再经过氢迁移、脱氢和裂解等机理得到主要产物P1(CH2SS+H2O),次要产物P2(CH2S+HSOH),P3(CH3SH+1SO)和P4(CH2SSO+H2),其中最低反应通道的势垒为174.6kJ.mol-1.     

乙烯基自由基(C2H·3)与羟基自由基(OH·)反应势能面的理论研究

在QCISD（T）/6-311G（2df,p)//B3LYP/6-311G（d,p)水平上对自由基反应C2H3^. OH^.进行了计算，结果表明，经过缔合、多步H转移、CH3转移和离解等复杂过程，最终要得到8种产物（P1-P8），茯中产物P2（H2CCO H2）和P6（CH3CO^. H^.）是主要产物。本文得到的CH2CHOH（1或1‘），CH3CHO（2）和CH3COH（3）之间的过渡态TS1/2，TS1‘/3和TS2/3的能量顺序与Wesdemiotis等的实验推测相反，而与Smith等的计算结果一致。     

水催化HBrO与OH自由基反应的微观机理

采用密度泛函理论,分别在B3LYP/6-311++g(d,p)和B3LYP/aug-cc-PVTZ理论水平下,系统研究了无水和水催化的OH自由基与HBrO反应,即HBrO+OH和HBrO+OH+H_2O 2个反应的微观反应机理,给出了所有可能发生的反应路径,并指出能量最低的反应通道.对于没有水参与的反应,由于OH自由基进攻HBrO方式不同,存在顺式方向和反式方向2种进攻方式的反应路径;当有一分子水参与反应时,考虑HBrO H_2O复合物与OH自由基的反应和HBrO与H_2O OH复合物2种反应情况,共发现4条不同的反应路径.这2种反应的所有路径均是在OH自由基提取氢之前以氢键复合物形式存在,反应过程均为无势垒加合过程,总反应为放热反应.水对目标反应起催化作用,有效地降低了反应的势垒,可以加快OH自由基和HBrO的消耗速度.     

对流层中的OH与HO2自由基的研究进展

OH与HO2自由基是大气中重要的氧化剂,研究它们的化学反应性质及对其进行实地测量,对深入理解大气氧化过程和了解区域乃至全球大气自净能力有重要意义.自工业革命以来,每年有数千万吨的自然和人为污染物进入对流层,这些物质会严重影响·OH的生成和消除,因此·OH的浓度可能在全球范围内发生大的变化.本文总结了国内外近年来有关·OH与HO2·的最新研究成果,目前比较一致的结论是由于人类活动的影响,全球·OH的浓度比工业革命前降低了.但是在一些污染地区,由于氮氧化合物对·OH的负反馈作用,一定程度上弥补了·OH的净损失.在最近20年中,·OH在对流层中的浓度基本稳定在106cm-3.本文还介绍了实验室研究方法及外场测量技术的进展,提出了尚待解决的一些问题.     

Criegee中间体CH_3CHOO与OH自由基反应机理的理论研究

采用CCSD(T)//B3LYP/6-311+G(d,p)方法研究了Criegee中间体CH_3CHOO与OH自由基反应的微观机理.结果表明,上述反应存在抽氢、加成-分解和氧化3类反应通道,其中,syn-CH3CHOO+OH以抽β-H为优势通道,表观活化能为-4.88 k J/mol;anti-CH_3CHOO+OH则以加成-分解反应为优势通道,表观活化能为-13.25 k J/mol.在加成-分解和氧化反应通道中,anti-构象的能垒均低于syn-构象,而抽氢反应则是syn-(β-H)的能垒低于anti-构象.速率常数计算表明,anti-构象的加成-分解反应通道具有显著的负温度效应;syn-和anti-构象的氧化通道具有显著的正温度效应.3类反应具有显著不同的温度效应,说明通过改变温度可显著调节3类反应的相对速率.     

OH引发的正辛烷大气反应机理的理论研究

采用量子化学密度泛函理论研究了正辛烷与OH自由基的大气氧化反应机理。在B3LYP/6-31G(d)水平上对该反应体系的反应物、中间体、过渡态及产物进行了几何构型优化和频率计算,并在B3LYP/6-311＋G(3df,2p)水平上进行了单点能计算,得出了各反应通道的势能剖面图. 计算结果表明: 羟基硝酸酯和含有羟基羰基官能团的化合物是主要的反应产物,并且它们的挥发性较低,容易形成二次有机气溶胶。另外,本文将理论计算结果与可用的实验观测结果进行了比较。     

CH2Cl与OH自由基反应机理的理论研究

The reaction mechanism of CH2Cl radical with OH radical to produce HCCl+H2O,HCOCl+H2 and H2CO+HCl has been studied by using quantum chemistry ab initio calculations. The optimized geometrical parameters,and vibrational frequencies of all species were obtained at the UMP2（FC）level of theory in conjunction with 6-311++G* basis set. Besides,the zero-point energies（ZPE）,relative energies and total energies of all species were calculated using Gaussian-3（G3）model. The results of theoretical study indicate that the activated intermediate CH2ClOH is first formed through a barrierless process,followed by atoms migration,radical groups rotation and bonds fission to produce HCCl+H2O,HCOCl+H2 and H2CO+HCl,respectively. And all channels are exothermic by 72.81,338.54 and 354.08 kJ/mol. The reaction heat of reactants to H2CO+HCl is 281.27 kJ/mol more than that of reactants to HCCl+H2O. This result accords with that of experiments.     

·OH自由基引发CH3SSCH3•+自由基裂解反应机理的理论研究

采用UωB97X-D/6-311+G^**方法, 研究了气相、 甲苯和水中OH自由基(·OH)引发CH₃SSCH₃自由基阳离子(CH₃SSC{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}^{?}⁺, DMDS^?+)裂解的反应机理, 并讨论了溶剂效应对反应的影响. 结果表明, ·OH和DMDS^·+首先形成自由基耦合产物CH₃S(OH)SCH₃⁺(R1)和氢提取产物复合物[CH₂=SSCH₃+H₂O]⁺(R2); 随后R1裂解直接发生 S—S键断裂协同质子转移, 而R2裂解依次发生构象变化、 C=S键亲碳加成和S—S键断裂协同质子转移. 去质子化的裂解产物为CH₃SOH, CH₂=S和HSCH₂OH. 甲苯略微降低了裂解反应速控步骤的自由能垒. 水溶剂有利于R1裂解, 但不利于R2裂解, 尤其是单个水分子参与反应. 在气相、 甲苯和水中, 以·OH和DMDS^·+为初始反应物, 虽然速控步骤的自由能垒为167.6~202.8 kJ/mol, 但裂解反应均是放热反应(?154.3~?31.4 kJ/mol).     

木犀草素和铬离子配合物抗氧化性能及与过氧化氢自由基反应的机理

用密度泛函理论计算研究了木犀草素与Cr(Ⅲ)-木犀草素配合物的结构及它们的羟基键解离能。计算讨论了木犀草素与过氧化氢自由基反应的详细机理,并且用自然键轨道理论分析了氢原子转移机制。为了进一步验证理论研究所得出的结论,本工作还从实验角度进行了研究,结果表明,铬离子配合物清除过氧化氢自由基能力高于木犀草素,其实验结果与计算结果符合良好。     

F与自由基CH_2OH反应理论研究

用量子化学从头计算法对氟原子与羟亚甲基CH_2OH在势能面上的反应进行了研究.采用G2(MP2,SVP)理论计算出了势能面上各驻点物种的构型参数、振动频率和能量.结果表明:F与CH_2OH反应首先通过H转移形成甲基,然后甲基旋转,再通过甲基中一个H与F结合,最后产生HF和CH_2O.计算出反应热为455.9kJ·mol~(-1),与实验值439kJ·mol~(-1)符合较好.另外对前人红外吸收光谱研究中没有观测到CHOH提出了可能解释.     

C60与硅烯环加成反应机理的理论研究

用半经验AM1法研究了C₆₀与单态硅烯环加成反应机理.经Berny梯度法优化得到反应的过渡态,并进行了振动分析确认.计算结果表明:硅烯在C₆₀的66键上的加成反应分两步,第一步反应物生成中间配合物,无势垒;第二步由中间配合物经过渡态变为产物.65键上的加成反应分三步,第一步由反应物生成中间配合物,第二步由中间配合物经过渡态I得到闭环结构的中间体,第三步由中间体经过渡态Ⅱ形成产物.66键加成反应的活化势垒较低,从反应机理和动力学角度解释了66键加成优于65键加成的原因.     

Theoretical Studies on the Reaction Mechanism of Hydroxyl Radical with 1,1,1-Trichloroethane

Ab initio and density functional theory calculations have been carried out to investigate the reaction of hydroxyl radical (OH) and 1,1,1-trichloroethane (CH3CCl3). The potential energy surface has been given according to the relative energies calculated at the MP2/cc-pVTZ level after the spin projection (PMP2). Five reaction channels were identified and the intramolecular hydrogen bonding was observed in some transition state structures. The barrier heights and reaction enthalpies calculated for all possible channels show that the hydrogen abstraction channel is predominant kinetically and thermodynamically. The contribution from other channels was predicted to be minor.     

细菌光合反应中心Q~A和Q~B间电子转移反应的量子化学研究

用量子化学半经验的AM1和密度泛函DFT(BELYP/6-31G(d))方法分别优化了质体醌MQ1(Q~A)、泛醌UQ1(Q~B)及其阳离子自由基的结构。用Nelsen方法计算了电子转移反应MQ1-UQ1→MQ1UQ^-~1的内重组能λi。用线性反应坐标方法构造了该电子转移反应的双势阱,两透热势能面在反应坐标R≈0.30处相交。对该电子转移体系进行闭壳层的单点计算,并用Koopmans定理计算了体系的分裂能△,得到△随线性反应坐标R的变化关系。结果表明,在R=0.342处△有一极小值,从而得到该电子转移反应的电子转移矩阵元Vrp,并由此确定了反应的过渡态。在此基础上,用两球模型计算了反应的溶剂重组能λ0。本文还计算了该电子转移反应的活化自由能△G。最后,根据Marcus电子转移理论计算了该反应的速率常数ket为5.93×10^4s^-^1,由此得到该反应的半衰期与文献报道的结果一致。     

Quantum Chemical Study on the Reaction Mechanism of OBrO Radical with OH Radical

The reaction mechanism of OBrO with OH has been studied using the B3LYP/6-311 G(d,p) and the high-level electron-correlation CCSD(T)/6-311 G(d,p) at single-point. The results show that the title reaction could probably proceed by four possible schemes, generating HOBr O2, HBr O3, BrO HO2 and HOBrO2 products, respectively. The main channel is the one to yield HOBr O2. The whole reaction involves the formation of three-membered, four-membered and five-membered rings, followed by the complicated processes of association,H-shift, Br-shift and dissociation. All routes are exothermic.     

C_(70)与臭氧反应机理的理论研究

用半经验AM1方法研究了C_(70)与臭氧环加成反应的反应机理。采用Berny梯度 法优化得到反应的过滤度，并进行了振动分析确诊。计算结果表明：臭氧在C_(70) 6－6单、双键上的环加成反应均为复杂反应，由三步组成：第一步是O_3分子与C_ (70)的6-6单、双键发生1,3-偶极环加成反应，生成分子臭氧化物（即中间体I）， 6－6双键加成为放热反应，6－6单键加成为吸热反应，活化势垒分别为84.7和181. 2 kJ·mol~(-1)；第二步是中间体I的加成，C－C键断裂，生成两性离子中间体II 的放热反应，其势垒分别为61.3和13.3 kJ·mol~(-1)；第三步是中间体II脱去一 个Q_2分子生成具有环氧结构的C_(70)O，均为放热反应，活化势垒分别为169.3和 101.2 kJ·mol~(-1)；第三步是中间体I脱去一个O_2分子生成具有环氧结构的C_ (70)O，均为放热反应，活化势垒分别为169.3和101.2 kJ·mol~(-1)，从反应机理 和动力学角度解释了6－6双键加成优于6-6双键加成优于6-6双键加成优于6-6单键 加成的原因。O_3分子与C_(70)6-6双键的加成反应是协同且同步进行的，与6－6单 键的加成反应是协同但不同步的过程。     

3-芳胺甲烯基-5,6-二氢-二氢吡喃-2,4-二酮类化合物催化氢化反应选择性的理论研究

用分子力学方法、AM1半经验方法以及从头算密度泛函B3LYP/6-311G^**方法研究了3-芳胺甲烯基-5,6-二氢-二氢吡喃-2,4-二酮类化合物在催化氢化反应中影响反应选择性的因素,结果表明,R基团对自由基中间物稳定性的影响决定了反应选择性.     

氧气和CS自由基反应势能面的密度泛函理论研究

应用量子化学从头计算和密度泛函理论(DFT)对O_2和CS自由基的反应进行了研 究。在B3LYP/6-311G~(**)水平上计算出了各物种的优化构型、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 ，并对总能量进行了零点能校正。计算结果表明：CS自由基中的C端沿着O_2的双键 中线方向进攻，进行加成反应，反应的第一步放出大量的热量(450 kJ/mol)，推动 反应继续进行，从稳定的中间体4(Cs)出发，反应主要通过O的相邻位置的迁移生成 P_1(CO+SO)和P_3(COS+O)；通过S的相邻位置的迁移生成了重要的反应复合物 (complex 1)，进一步离解为产物P_2(CO_2+S)。计算结果可以很好地解释反应机理 。     

Theoretical Studies on the N-Phenylpyrrolidine Formation Mechanism Based on the Reaction of Phenylamine with 1,4-Butanediol

The reaction mechanism of phenylamine reacting with 1,4-butanediol to give N- phenylpyrrolidine was investigated with traditional transition state theory. Based on the experimental results, two reaction channels were discussed. The geometries of their reactants, products, intermediates and transition states were optimized. The possible transition State and activation energy were determined by vibrational analysis and IRC verification. And finally, the main reaction channel was given.     

C60加成反应的理论研究

用AM1方法研究了C₆₀与醌并二烯加成反应的机理,并对反应的过渡态及加成产物的构型进行了优化.研究发现,醌并二烯与C₆₀的加成是协同进行的,反应的活化能较低;而氧取代的醌并二烯与C₆₀的加成是协同进行但不同步,反应的活化能较高.前线轨道理论的研究表明反应是由亲二烯体C₆₀的LUMO控制的.