甲苯-2,4-二异氰酸酯与仲胺类化合物反应中的质子转移过程(英文)

采用密度泛函理论B3LYP/6-31+G(d,p)方法研究了甲苯-2,4-二异氰酸酯(2,4-TDI)与仲胺类化合物反应过程中的质子转移效应.研究发现甲醇分子对反应有显著的催化效应,可使反应能垒大幅降低,这表明含活泼氢的化合物会加速质子转移过程,从而加快反应速率.2,4-TDI与甲基-N-甲基氨基甲酸酯的催化加成反应为一步反应,其反应过渡态呈六元环结构;而2,4-TDI与N-甲基对硝基苯胺、二苯胺、1,2-二氢-2,2,4-三甲基喹啉等芳香胺类化合物的催化加成反应经历了两步反应,其中第一步为速率控制步骤.研究表明,在与2,4-TDI的反应中,芳胺化合物的活性高于甲基-N-甲基氨基甲酸酯的活性,计算的反应活性顺序与实验结果一致.     

3-羰基吡唑质子转移过程的理论研究

采用密度泛函B3LYP／6—311G^＊＊方法,对3-羰基吡唑几何构型进行了全自由度优化,获得了它们的几何结构和电子结构．计算并考察了3-羰基吡唑的两种构象即syn和anti构象的稳定性以及3-羰基吡唑进行结构互变的质子转移过程的四种可能途径：（a）分子内质子转移;（b）水助质子转移;（C）同种二聚体双质子转移;（d）异种二聚体双质子转移．计算结果表明3-羰基吡唑的syn构象中N2-H型的稳定性大于N1-H型,进行质子转移时途径（C）所需要的活化能最小（52．78kJ／mol）,途径（a）所需要的活化能最大（200．59kJ／mol）;3,羰基吡唑的。anti构象中N1-H型的稳定性大于N2-H型,进行质子转移时途径（d）所需要的活化能最小（61．09kJ／mol）,途径（a）所需要的活化能最大（204．15kJ／mol）．     

甲苯-2,4-二异氰酸酯修饰蒙脱土及聚苯乙烯蒙脱土纳米复合材料的制备与表征

用FTIR和WAXD法研究了甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)的邻位和对位异氰酸酯基团与蒙脱土表面羟基的修饰反应,在此基础上提出了结构模型;用TDI修饰后的蒙脱土成功制备了插层型聚苯乙烯/蒙脱土纳米复合材料,并用WAXD和TEM进行了表征.实验结果表明,修饰后TDI与蒙脱土表面形成化学键,使蒙脱土的片层间距显著增大,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)在蒙脱土层间由双层平行排列转变为双层脂肪链倾斜方式排列.在苯乙烯插层聚合过程中,蒙脱土层间距进一步扩大,其初级粒子在聚苯乙烯基体中的厚度约20～50nm.     

2-(2-羟基苯亚甲基胺)-4,6-二羟基-嘧啶的质子转移异构化反应

为了探索2-(2-羟基苯亚甲基胺)-4,6-二羟基-嘧啶(M1)分子醇式和酮式结构互变异构化的反应机理,利用密度泛函理论(DFT)方法,在B3LYP/6-311+G(d,p)基组水平上,对M1化合物异构化反应的势能面进行了研究,在探讨各种可能的反应途径中,发现单体至少有8种异构体和10种过渡态.结果表明:2-(2-羟基苯亚甲基胺)-6-羟基-4(3H)嘧啶酮(M6)不论是单体、与水形成的配合物,还是二聚体,比其相对应的异构体能量低,表明在通常情况下是以M6形式稳定存在的;在考察的可能反应途径中,直接进行的分子内质子转移过程需要的活化自由能为143.8 kJ· mol-1,水助催化时,反应的活化自由能为38.9 kJ· mol-1,二聚体双质子转移的活化自由能为0.6 kJ·mol-1,二聚体双质子转移所需活化自由能最低,在室温下就可以进行,由此可见氢键在降低反应活化能方面起着重要的作用.     

3-卤代吡唑质子转移过程的理论研究

采用密度泛函B3LYP/6-311G**方法,对3-卤(-F、-Cl、-Br)代吡唑几何构型进行了全自由度优化,获得了它们的几何结构和电子结构。计算结果显示,N1-H型的稳定性大于N2-H型。计算并考察了3-卤代吡唑进行结构互变的质子转移过程的四种可能途径:(a)分子内质子转移;(b)水助质子转移;(c)同种二聚体双质子转移;(d)异种二聚体双质子转移。计算结果表明(以3-氟代吡唑为例),途径d所需要的活化能最小(54.89 kJ/mol),而途径a所需要的活化能最大(198.83kJ/mol),途径b和c的活化能居中间分别为(104.05 kJ/mol和69.05 kJ/mol)。研究还表明氢键在降低活化能方面起着重要的作用,卤素(-F、-Cl、-Br)对活化能的影响不大。     

尿酸质子转移反应的理论研究I——分子内质子转移研究

使用量子化学中的Hartree-Fock方法和密度泛函理论中的B3LYP方法，分别在3－21G^*和6－31G（d)水平上，计算了尿酸分子从三羰基异构体向三羟基异构体的转化。结果表明，转化过程经历了单羟基和双羟基异构体2种中间物和3种过渡态时的分子内质子转移（IPT），转移中的H原邻近的N，O和C原子形成了具有四元环结构的过渡态。随着IPT的进行，N－H键逐渐被削弱和断裂，O－H键则逐渐生成。3个反应的活化能分别为190.3kJ/mol,181.4kJ/mol和249.9kJ/mol(B3LYP/6-31G(d))。较高的活化能表明在室温下，无催化剂的IPT难以进行。     

2-氨基苯并噻唑的结构及激发态质子转移动力学

通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、傅里叶变换拉曼（FT-Raman）和488 nm拉曼光谱,结合密度泛函理论（DFT）计算研究了2-氨基苯并噻唑（ABT）在晶态和溶剂中的二聚体结构,并解释了质子性溶剂中ABT二聚体与溶剂分子间的氢键作用.电子光谱实验揭示了ABT二聚体的光物理和光化学反应;紫外吸收和荧光发射光谱结果表明,溶剂、激发波长和pH值对ABT二聚件激发态衰变具有调控作用;含时密度泛函理论（TD-DFT）解释了ABT二聚体双荧光现象,提出了高激发态的质子转移机理.     

水对5-氟尿嘧啶质子转移影响规律的研究

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法, 在6-311++G(d, p)基组上研究了由质子转移引起的5-氟尿嘧啶(5-FU)的异构化反应. 共研究了38个含水与不含水的构型, 其中包括15个过渡态结构. 研究发现, 在5-氟尿嘧啶周围存在两类不同的区域, 在其中一类区域中, 水分子能促进质子转移的发生；而在另一类区域中, 水分子却能阻碍质子转移的发生. 通过与尿嘧啶质子转移过程相比较, 发现在各种情况下5-氟尿嘧啶异构化为烯醇式的几率均比尿嘧啶的大, 在一定程度上解释了为什么5-氟尿嘧啶具有优良抗癌作用的同时具有一定的毒副作用.     

3-羟基哒嗪及其CH3，NO2和Cl取代衍生物质子转移过程的理论研究

用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,在6-311 G*基组下,对3-羟基哒嗪及其CH3,NO2和Cl取代衍生物分子醇式和酮式结构互变异构化反应进行了研究,优化化合物的几何构型,寻找反应的过渡态,通过振动分析和内禀反应坐标(IRC)分析加以证实,计算了反应的活化能.结果表明,3(2H)-哒嗪酮及其带取代基的衍生物不论是单体,还是相对应的二聚体,比其相对应的异构体能量低,表明在通常情况下是以3(2H)-哒嗪酮及其衍生物形式稳定存在的,这与前人通过实验数据对3-羟基哒嗪互变异构体的比率进行预测的结果是一致的.根据计算结果讨论了异构化反应的机理.     

运动场地游离甲苯-2，4二异氰酸酯的直接电喷雾萃取电离质谱分析

采用塑胶等饰材在运动场地广泛应用,但其内含的游离甲苯-2,4二异氰酸酯可能释放出来导致运动场上空气的严重污染.国际卫生组织严格规定异氰酸酯聚合物中游离单体含量必须控制在0.5%以下.本实验用注射器直接抽取待测场地的空气,采用直接进样电喷雾萃取电离源(EESI)串联质谱进行检测.工作条件为:离子源电压3 kV;质谱仪毛细管电压21 V;毛细管温度175 ℃.本方法无需样品前处理,操作简单,1 s内就能完成单个样品的测定,无干扰,检出限低于0.04%(S/N=100,n=5);测量的精密度(RSD)为1.4%(n=8).结合实验结果,讨论了解温度光照,通风条件、垂直高度等环境因素对空气中甲苯-2,4-二异氰酸酯含量的影响.     

羟基加成反应对A-T碱基对结构和质子转移过程的影响

应用密度泛函理论在B3LYP/6-31++G(d,p)//B3LYP/6-31G(d,p)水平上对羟基化碱基对A-T的结构进行了研究,经计算共得到8种稳定的羟基化加成产物,其能量的相对顺序为8OHA-TA-T6OHA-T5OH2OHA-T4OHA-T5OHA-TA-T2OHA-T4OH(数字表示羟基加成进攻的原子在腺嘌呤或胸腺嘧啶中的编号),这与其加成反应前后结构变化的大小密切相关.当羟基对腺嘌呤端进行加成时,A-T间的相互作用能略有增加,而当羟基对胸腺嘧啶进行加成时,A-T之间的相互作用能略有减小.另外,还以能量较低的加成产物8OHA-T和A-T6OH为例对羟基化碱基对中A和T之间的质子转移过程进行了研究,结果表明羟基化产物中A与T之间的质子转移机理由未加成前的分步双质子转移变为协同双质子转移,且其势垒低于未加成的A-T发生第一步(决速步骤)质子转移的势垒.     

B型DNA中鸟嘌呤-胞嘧啶碱基对内双质子转移反应

采用ONIOM(M06-2X/6-31G^*:PM3)方法研究了单个鸟嘌呤-胞嘧啶(GC)碱基对和含GC碱基对的四种排序的DNA三聚体(dATGCAT, dGCGCGC, dTAGCTA, dCGGCCG)的双质子转移反应. 通过分析其双质子转移方式、质子转移过程中各结构的能量和氢键变化, 总结出环境因素对GC碱基对双质子转移机理的影响. 气相中, dCGGCCG三聚体中发生分步双质子转移, 其它四种模型中均发生协同双质子转移. 分析发现质子转移方式受上下相邻碱基对的静电相互作用和质子接受位的质子亲和势影响, dATGCAT和dGCGCGC排序有助于质子H4a转移, 而dTAGCTA和dCGGCCG排序有助于质子H1转移, 胞嘧啶的N3位较高的质子亲和势有助于质子H1转移. 水溶剂中, 上下相邻碱基对的静电相互作用被减弱, 水溶剂稳定了分步转移过程中的单质子转移产物, 因此分步转移机理占据优势, 五种模型中均出现分步双质子转移, 在此过程中能量变化趋势相似. 溶剂效应有利于单质子转移, 却增加了双质子转移反应的反应能.     

Basicity and Proton Transfer in Proton Sponges and Related Compounds: An Ab Initio Study

Theoretical calculations at the B3LYP/6-31G* level were carried out on a family of 1,8-diR-naphthalenes, which include the proton sponge (1,8-bisdimethylaminonaphthalene, R = NMe₂) and other substituents (R = NH₂, R = OH, R = CH₃, R = F). Their basicity was compared with that of the corresponding monosubstituted benzenes. The dianion of 1,8-dihydroxynaphthalene should be a compound of extraordinary high basicity. The barriers to proton transfer, geometry, and density at the bond critical point of the hydrogen bond have been calculated and compared with experimental data when available.     

呼气中痕量挥发性有机物的质子转移反应质谱在线检测研究

通过对自主研制的大气成分在线检测质子转移反应质谱的进样管路系统进行改造,建立了可在线检测呼气中痕量挥发性有机物的质子转移反应质谱装置。通过对呼气进样系统的旁路流量控制,实现对进样速度的调控,既可提高进样速度,以满足实时监测呼气中指定成分浓度变化;也可适时关闭旁路,以降低进样速度,从而对呼气成分进行全谱分析,避免采样袋采样和浓缩的复杂程序和潜在干扰。以作者呼出气体作为研究对象,对装置性能进行测试,结果表明:装置最快响应时间可达1s,对呼气中丙酮的探测灵敏度高达每10-9(V/V)浓度的信号强度为14.6counts/s,多次呼气测量重复性好,有望广泛应用于呼气疾病诊断研究。     

2-(3-巯基-2-吡啶基)苯并咪唑分子内质子转移及溶剂化效应

在B3LYP/6-31G(d,p)和TD B3LYP/6-31++G(d,p)//CIS/6-31G(d,p)水平上,研究了2-(3-巯基-2-吡啶基)苯并咪唑(MPyBI)在气相和七种溶剂(环己烷、苯、三氯甲烷、乙醇、乙腈、二甲亚砜和水)中基态和激发态的分子内质子转移(GSIPT和ESIPT)过程.在基态势能面的研究中发现,该化合物存在分子内双质子转移,其中分步的双质子转移在动力学上具有优势.同时对激发态质子转移势能面及激发态转移过程中的光物理现象进行了研究,结果表明该化合物存在快速的无能垒的激发态分子内质子转移,随着溶剂极性的增强,可以降低基态过渡态的能垒,改变硫醇式与硫酮式互变异构体的比例,从而灵敏地控制荧光的强度.     

金属原子（离子）-苯配合物的电子转移反应

用密度泛函理论（ＤＦＴ／ＢＬＹＰ）在６－３１Ｇ基组水平上研究了金属原子－苯与离子－苯配合物的气相电子转移过程,得到了Ｍ（Ｌｉ,Ｎａ,Ｍｇ）－Ｃ６Ｈ６和Ｍ＾＋－Ｃ６Ｈ６络合物以及它们之间电子转移过程的先驱络合物的最优几何构型和电子结构。同时,利用线性坐标确定了过滤态的结构,结果表明：ＤＦＴ方法计算得到的单体,即原子（离子）－苯的构型,同ＭＰ２结果较为一致。先驱络合物具有Ｃ６ν对称性,给体与受体间距离     

呼气中挥发性硫化物的质子转移反应质谱在线检测

利用自主研制的高灵敏呼气检测质子转移反应质谱(PTR-MS),对一名口臭受试者的口腔吹出气体、鼻子呼出气体和口腔内气体分别进行多组分实时监测,发现了该受试者呼气中3种引起口臭的挥发性硫化物(VSCs)的来源并不相同,其中甲硫醇主要来源于口腔,硫化氢和二甲基硫则主要来源于肺或呼吸道.本研究不仅发现了口腔内气体在PTR-MS呼气监测过程中的特征变化趋势,还分析了呼出气体中3种VSCs的来源,对于呼气的正确采样和检测具有重要的指导意义.     

质子转移反应质谱的建立与性能研究

报道了自行研制的质子转移反应质谱的基本结构和性能。利用水蒸气辉光放电产生了反应离子H3O ,以合成空气为反应气体,测量了H3O 与合成空气中的水反应产生的团簇离子H3O (H2O)n的质谱。实验发现,当漂移管电场与分子密度比值为144Td时,增加的离子能量可以阻止团簇离子H3O (H2O)n的形成,质谱观察到的离子主要是H3O ,其纯度可达99%以上,这时H3O 与有机物分子如甲苯的质子转移反应的产物离子也呈单一形式,团簇离子得到很好地抑制。根据离子强度和离子反应时间等参数,获得了PTR-MS目前的检出限为10-8(V/V)。利用PTR-MS对标准浓度甲苯及其稀释气体进行检测,表明PTR-MS在线定量检测准确性良好,线性动态范围跨越3个数量级,能够应用于大气中痕量挥发性有机物的实时在线测量。