CH3S自由基H迁移异构化及脱H2反应的直接动力学研究

采用密度泛函方法(MPW1PW91)在6-311G(d,p)基组水平上研究了CH₃S自由基H迁移反应CH₃S→CH₂SH (R1), 脱H₂反应CH₃S→HCS＋H₂ (R2)以及脱H₂产物HCS异构化反应HCS→CSH (R3)的微观动力学机理. 在QCISD(t)/6- 311＋＋G(d,p)//MPW1PW91/6-311G(d,p)＋ZPE水平上进行了单点能校正. 利用经典过渡态理论(TST)与变分过渡态理论(CVT)分别计算了各反应在200～2000 K温度区间内的速率常数k^TST和k^CVT, 同时获得了经小曲率隧道效应模型(SCT)校正后的速率常数k^CVT/SCT. 结果表明, 反应 R1, R2 和R3的势垒△E^≠分别为160.69, 266.61和241.63 kJ/mol, R1为反应的主通道. 低温下CH₃S比CH₂SH稳定, 高温时CH₂SH比CH₃S更稳定. 另外, 速率常数计算结果显示, 量子力学隧道效应在低温段对速率常数的计算有显著影响, 而变分效应在计算温度段内对速率常数的影响可以忽略.     

硝基胍H迁移异构化反应动力学的从头计算研究

Theoretical studies on the α- and β-forms nitroguanidine were carried out using ab initio theoretical methods, at the MP2/6-31G(d,p) level. The predicted geometrical parameters were in good agreement with the available theoretical values, which calculated by other author. The three C-N bond lengths in α-form nitroguanidine were different, the longest bond length was 1.430 A, the shortest was 1.283 A. But they were almost similar in β-form, the longest was 1.375 A, the shortest was 1.322 A. Therefore there were conjugative effects in β-form but not in α-form. The calculated results also show that the β-form is stable with respect to the α-form from energetically, lower 28.16 kJ/mol corrected with zero point vibrational energy. The transition-state for the unimolecular isomerization was conformed by the IRC calculation. The calculated energy barrier for the direct intramolecular hydrogen atom transfer isomerization process was 132.95 kJ/mol. The isomerization reaction, exothermal reaction, is a typical intramolecular hydrogen atom synfacial transfer reaction. Rate constants of the isomerization reaction were evaluated within the temperature range of 200-1773 K by the classical transition state theory. The rate constant was 1.99×10-11 s-1 and the equilibrium constant was 1.00×105 at 298 K. With the temperature increasing, the equilibrium value decayed and the reaction process was more difficult.     

CH3NO2异构化反应的理论研究

利用密度泛函和电子密度拓扑分析方法对CH3NO2 (NM)的异构化反应进行了研究。 找到了九种可能的异构体和八个反应通道。通过内禀反应坐标(IRC)分析确认了过渡态与异构体之间的连接关系。计算结果表明,在CH3NO2→CH3ONOt反应过程中,过渡态为紧密结构(在整个反应过程中CH3NO2没有分解为CH3 和NO2 ),与Arenass等人的结论一致。在CH3NOOc→CH2NOOH反应过程中,存在有一个含有四元环→五元环→四元环→五元环变化过程的结构过渡区,这也是在反应过程中首次发现五元环状过渡结构。     

CH3CH2S自由基H迁移异构化及裂解反应的理论研究

采用密度泛函方法(B3LYP)在6-311+G(d,p)基组水平上研究了CH3CH2S自由基H迁移异构化以及裂解反应的微观动力学机理. 在QCISD(T)/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-311+G(d,p)+ZPE水平上进行了单点能校正. 利用经典过渡态理论(TST)与变分过渡态理论(CVT)分别计算了在200~2000 K温度区间内的速率常数kTST和kCVT, 同时获得了经小曲率隧道效应模型(SCT)校正后的速率常数kCVT/SCT. 研究结果表明, CH3CH2S自由基1,2-H迁移、1,3-H迁移、C—C键断裂和β-C—H键断裂反应的势垒ΔE≠分别为149.74, 144.34, 168.79和198.29 kJ/mol. 当温度低于800 K时, 主要发生1,2-H迁移反应, 高于1800 K时, 主要表现为C—C键断裂反应, 在1300—1800 K范围内, 1,3-H迁移反应是优势通道, 在计算的整个温度段内, β-C—H键断裂反应可以忽略.     

C2H3＋NO2反应速率常数的研究

利用激光光解C2H3Br产生C2H3自由基,在气相298 K, 总压2.66×103 Pa的条件下,研究C2H3与NO2的反应,用激光光解-激光诱导荧光（LP-LIF）检测中间产物OH自由基的相对浓度随着反应时间的变化关系,报导了双分子反应C2H3＋NO2的速率常数k(C2H3＋NO2)=(1.8±0.05)×10－11cm3•molec.－1•s－1,同时也得到OH＋NO2反应的速率常数k(OH＋NO2)=(2.1±0.15)×10－12 cm3•molec.－1•s－1.     

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...     

C2H3与CH3F氢抽提反应机理与动力学性质

采用双水平直接动力学方法对C₂H₃与CH₃F氢抽提反应进行了研究. 在QCISD(T)/6-311++G(d, p)//B3LYP/6-311G(d, p)水平上, 计算的三个反应通道R1、R2和R3的能垒(ΔE^≠)分别为43.2、43.9和44.1 kJ·mol^-1, 反应热为-38.2 kJ·mol^-1. 此外, 利用传统过渡态理论(TST)、正则变分过渡态理论(CVT)和包含小曲率隧道效应(SCT)的CVT, 分别计算了200-3000 K温度范围内反应的速率常数k^TST、k^CVT和k^CVT/SCT. 结果表明: (1) 三个氢抽提反应通道的速率常数随温度的增加而增大, 其中变分效应的影响可以忽略, 隧道效应则在低温段影响显著; (2) R1反应是主反应通道, 但随着温度的升高, R2反应的竞争力增大, 而R3反应对总速率常数的影响很小.     

CF3CH2CH3+OH的反应机理及动力学性质的理论研究

采用密度泛函理论BB1K/6-31+G(d,p)计算了反应CF₃CH₂CH₃+OH各反应通道上驻点的稳定结构和振动频率, 并分别在BMC-CCSD, MC-QCISD和G3(MP2)水平上进行了单点能校正. 运用变分过渡态理论, 在BMC-CCSD//BB1K, MC-QCISD//BB1K, G3(MP2)//BB1K以及BB1K水平上计算了各反应通道的速率常数, 讨论了-CH₂和-CH₃基团上H提取通道对总反应的贡献, 并与已有实验和理论结果进行了对比. 计算结果表明, BMC-CCSD水平上的速率常数与实验测量值符合得很好, 进而给出了该水平上反应在200~1000 K温度范围内速率常数k(cm³?molecule^-1?s^-1)的三参数表达式: k=1.90×10^-21T^3.21exp(-292.62/T).     

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.     

Impact of Water Molecules on the Isomerization of CH3S（OH）CH2 to CH3S（O）CH3： A Computational Investigation

The isomerization of CH3S（OH）CH2 to CH3S（O）CH3 in the absence and presence of water has been investigated at the G3XMP2//B3LYP/6-311 ＋ G（2df, p） level. The naked isomerization, the reaction without water, gives the high barrier height （21.56 kcal.mol^-1）. Three models are constructed to describe the water influence on the isomerization, that is, water molecules are the catalyst and the microsolvation, and water molecules act as the catalyst and microsolvation simultaneously. Our results show that the isomerization barrier heights of CH3S（OH）CH2 to CH3S（O）CH3 are reduced by 12.32, 11.04, and 7.80 kcal.mol^-1, respectively, when one, two, and three water molecules are performed as catalyst, in contrast to the naked isomerization. Moreover, the rate constants of the isomerization are calculated using the transition state theory with the Wigner tunneling correction over the temperature range of 240-425 K. We find that the rate constant of a single water molecule as the catalyst is 1.58 times larger than the naked isomerization at 325 K, whereas it is slower by 6 orders of magnitude when water molecule serves as the microsolvation at 325 K, compared to naked reaction. So the water-catalyzed isomerization of CH3S（OH）CH2 to CH3S（O）CH3 is predicted to be the key role in lowering the activation energy. The isomerization involving water molecules acting as mierosolvation is unfavorable under atmospheric conditions.     

H3PO→H2POH异构化反应的直接动力学研究

在QCISD(T)/6-311C++G(2df,2pd)//QCISD/6-311C++G(d,p)+ZPE水平上,对H3PO的异构化反应H3PO→(1)H2POH(trans)→(2)H2POH(cis)进行了计算研究.结果表明,H原子由P原子向O原子迁移反应(1)的能垒为250.0kJ/mol,是反应速率控制步骤,而O_H键绕P_O键旋转的构型转化反应(2)的能垒只为12.3kJ/mol.利用经典过渡态理论(TST)与变分过渡态理论(CVT)分别计算了反应(1)在200～2000K温度区间内的速率常数kTST和kCVT,获得了经小曲率隧道效应(SCT)及Eckart模型校正后的速率常数kTST/Eckart和kCVT/SCT.对只涉及H原子迁移的反应(1),量子力学隧道效应的影响在低温段非常明显,而变分效应对反应速率常数的影响很小.     

CH3S与HO2气相反应机理的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法, 在6-311＋＋G(d,p)基组水平上研究了CH3S自由基与HO2自由基的微观反应机理, 全参数优化了反应势能面上各驻点的几何构型, 振动分析和内禀反应坐标(IRC)分析结果证实了中间体和过渡态的真实性, 计算所得的键鞍点电荷密度的变化情况也确认了反应过程. 找到了五条可能的反应通道, 对结果的分析表明: 单线态反应通道(5) CH3S＋HO2→CH3SOOH (1P), 是所有通道中的主要反应通道. 该通道不需要克服过渡态能垒, 属于放热反应, 在动力学和热力学上都是最为有利的. 对于三线态反应通道来说, 通道(1)CH3S＋HO2→COM11→TS1→COM12→CH3SH＋O2 (3P)为主要反应通道, 控制步骤的活化能为53.5 kJ/mol, 能垒最低, 属于放热反应, 在动力学和热力学上都是有利的.     

RN (R＝CH3, CH3CH2)异构化及脱氢反应的量子拓扑研究

利用量子化学从头算CASSCF方法在6-311＋G (d, p)基组水平上对单线态和三线态RN (R＝CH₃, CH₃CH₂)异构化反应及RN脱氢反应的微观机理进行了理论研究. 在MP2/6-311＋G (d, p)和CCSD/6-311＋G (d, p)水平上进行了单点能校正. 单态和三态势能面的交叉点(ISC)的存在清楚地说明了基态反应物³RN异构化为基态产物¹R'NH (R'＝CH₂, CH₃CH)的过程. 电子密度拓扑分析显示在整个异构化过程中有两种类型的结构过渡态: 单态反应通道为T型过渡态, 三态反应通道为环状过渡态. 单线态RN脱氢反应通道中“原子-分子键”的存在说明两个H原子是以H₂的形式从RN中脱去的.     

Criegee自由基CH2O2与H2O反应机理及动力学的理论研究

在6-311＋G(2d,2p)水平下, 采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 研究了Criegee 自由基CH₂O₂与H₂O的反应. 结果表明反应存在三个通道: CH₂O₂＋H₂O®HOCH₂OOH (R1); CH₂O₂＋H₂O®HCO＋OH＋H₂O (R2); CH₂O₂＋H₂O®HCHO＋H₂O₂ (R3), 各通道的势垒高度分别为43.35, 85.30和125.85 kJ/mol. 298 K下主反应通道(R1)的经典过渡态理论(TST)与变分过渡态理论(CVT)的速率常数k^TST与k^CVT均为2.47×10^－17 cm³•molecule^－1•s^－1, 而经小曲率隧道效应模型(SCT)校正后的速率常数k^CVT/SCT为 5.22×10^－17 cm³•molecule^－1•s^－1. 另外, 还给出了200～2000 K 温度范围内拟合得到的速率常数随温度变化的三参数Arrhenius方程.     

Theoretical Studies of the Reaction Mechanisms of CH3S＋NO2

The potential energy surface for the CH3S NO2 reaction has been studied using the ab initio G3(MP2) method. A variety of possible complexes and saddle points along the minimum energy reaction paths have been characterized at UMP2 (full)/6-31G(d) level. The calculations reveal dominating reaction mechanisms of the title reaction: CH3S NO2 firstly produce intermediate CH3SONO,then break up into CH3SO NO. The results are valuable to understand the atmospheric sulfur compounds oxidation mechanism.     

HNCS与CH2(X2Π)反应微观动力学的理论研究

用量子化学密度泛函理论的UB3LYP/6-311+G**方法和高级电子相关的UQCISD(T)/6-311+G**方法研究了异硫氰酸(HNCS)与乙炔基自由基(C2H(X2Π))反应的微观机理. 采用双水平直接动力学方法IVTST-M, 获取反应的势能面信息, 应用正则变分过渡态理论并考虑小曲率隧道效应, 计算了在250～2500 K温度范围内反应的速率常数. 研究结果表明, HNCS与C2H(X2Π)反应为多通道、多步骤的复杂反应, 共存在三个可能的反应通道, 主反应通道为通过分子间H原子迁移, 生成主要产物NCS+C2H2. 反应速率常数随温度升高而增大, 表现为正温度效应. 速率常数计算中变分效果很小. 在低温区隧道效应对反应速率的贡献较大, 反应为放热反应.