[Si,N,N,P]体系异构体结构与稳定性

在B3LYP/6-311G(d)和QCISD(t)/6-311+G(2df)(单点)水平下计算得到了[Si,N,N,P]体系势能面上的一些驻点, 研究了异构体之间的异构化过程, 并讨论了该体系异构体的结构与稳定性. 结果表明在[Si,N,N,P]体系中的11个异构体中只有含有Si-P交叉成键的类蝶型四元环异构体SiNPN(E1, ²A″)是稳定的, 其他异构体由于易于重排或是解离, 稳定性较低. 研究同时给出了E1的电子与几何结构、振动频率及指认、偶极矩和转动常数等相关数据. 分析结果表明通过中间体E3(SiNPN)的反应SiN(²Π) + PN(¹Σ)→E1是由SiN(²Π)和PN(¹Σ)碎片产生E1的最有利途径, 因此E1可成为星际观测的目标. G2级别下此反应的反应焓变为215.25 kJ/mol (298.15 K), 而异构体E1在298.15 K下的标准生成焓为457.99 kJ/mol.     

[Si,N,C,O]2+异构体结构、相对稳定性与解离

在UB3LYP/6-311G(d)和UCCSD(T)/6-311 + G(2df)(单点)水平下得到了[Si, N, C,O]²⁺体系的15种异构体, 对它们的结构进行了分析, 并给出了能量较低的离子碎片方式. 计算结果表明线型异构体SiNCO²⁺ (²Π )是[Si,N,C,O]²⁺体系中热力学最稳定的物种, 其次是线型的SiOCN²⁺(²Π ), SiCNO²⁺(²Π )和含NCO三元环的异构体SiC(NO)(²A″ ). 几个动力学相对较稳定的异构体的稳定性顺序为SiNCO²⁺> SiCNO²⁺(²Π )> SiOCN²⁺> SiC(NO)²⁺ >OSiNC²⁺(²Π ). 对异构化过程及离子碎片方式的分析结果说明线型异构体SiNCO²⁺是相关质谱实验中的主要物种, 而且是亚稳态的, 在质谱条件下可以解离成离子碎片.     

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.}     

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。     

HPO_2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（EI）的能量是最低的,其次是trans-HOPO（E2）和HPO（O）（C2v,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.     

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.     

预测[Si, C, S]＋和[Si, C, S]－体系的稳定异构体

采用DFT, QCISD及CCSD(T)方法分别对二重态的[Si, C, S]＋和[Si, C, S]－体系势能面进行理论计算, 用QCISD/6-311＋G(d)方法, 在[Si, C, S]＋和[Si, C, S]－体系中, 我们分别得到了2个过渡态连接的3个稳定体和2个过渡态连接的4个稳定体, 经热力学及动力学分析发现, [Si, C, S]＋体系只有二重态线性的离子[Si—C—S]＋可能稳定存在, 而[Si, C, S]－体系有二重态线性的离子[Si—C—S]－和三元环c-[SiCS]－可能稳定存在.     

预测[Si，C，S]^＋和[Si，C，S]^-体系的稳定异构体

采用DFT,QCISD及CCSD(T)方法分别对二重态的[Si,C,S] 和[Si,C,S]-体系势能面进行理论计算,用QCISD/6-311 G(d)方法,在[Si,C,S] 和[Si,C,S]-体系中,我们分别得到了2个过渡态连接的3个稳定体和2个过渡态连接的4个稳定体,经热力学及动力学分析发现,[Si,C,S] 上体系只有二重态线性的离子[Si-C-S] 可能稳定存在,而[Si,C,S]-体系有二重态线性的离子[Si-C-S]-和三元环c-[SiCS]-可能稳定存在.     

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。     

预测[C,O,S]体系的稳定异构体

采用 DFT, QCISD及CCSD(T)方法对单重态和三重态的COS分子体系势能面进行了理论计算, 在 QCISD/6-311G(d) 水平上得到4个过渡态连接的6个稳定构型. 经动力学及热力学分析发现只有一个单重态线性的分子11(O—C—S) 能够稳定存在.     

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.     

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。     

[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.     

磷炔R-C≡P(R=-BH2,-CH3,-NH2,-OH)及其异构体的稳定性

采用 B3LYP和 CCSD(T)方法对 R-C≡ P(R=-BH2, -CH3,-NH2, -OH)体系进行了理论研究 .结果表明,含 C≡ P三键的异构体 BH2-C≡ P和 CH3-C≡ P在各自的体系中分别是热力学最稳定的结构 .而在 HO-C≡ P和 NH2-C≡ P体系中,热力学最稳定的结构却是 H-P=C=O和含 C≡ N三键的 N≡ C-PH2.动力学理论研究表明,没有相关实验研究的 R-C≡ P(R=-BH2,NH2)体系中共有 5种异构体是动力学稳定的 .在 HO-C≡ P体系的 2种动力学稳定的异构体中, H-P=C=O连接方式的异构体已被实验所证实,而另外一种 HO-C≡ P连接方式的异构体的动力学稳定性较高,实验中可以观察到 .对于 CH3C≡ P体系,研究所预示的 2种动力学稳定的异构体中 CH3-C≡ P已被实验证实,从理论上推测另一种动力学稳定性较高的异构体 HC≡ C-PH2在实验中也可以检测到.     

HNO2异构体及其相互转化反应机理的量子化学研究

NO在对流层和平流层的光化学过程起重要作用。HO自由基在清除大气污染物和生成臭氧过程中起着关键作用。HO自由基与NO反应生成非常活泼的自由基HONO,这在气相化学中具有重要地位。Cleaner等发现HNO2存在多种异构体,这些异构体间怎样转化以及其能否稳定存在的问题非常重要。     

C77N+异构体的稳定性和电子光谱研究

All of the possible 21 isomers for C77N+, an isoelectronic molecule of C78, were investigated by the INDO methods based on C78(C2V). It indicates from optimization that the most stable isomer is that the nitrogen atom substitutes C(78) located at the C(78)-C(73) bond passed through by the Y shortest axis and the atoms near the Z longest axis are also easy to substitute, whereas the atoms near the X shortest axis are relatively difficult to substitute. At the same time, C78 was compressed a little and ready to perform the further reaction to form C77 NR at the location of substitution. Electronic spectra of C77N+ were calculated by INDO/SCI method and electronic transition was theoretically assigned. The red shift of absorption peaks for electronic spectra of C77N+ took place compared with that of C78(C2V) because of its narrower LUMO HOMO energy gap. There are great differences in characteristic absorptions among C77N+ isomers, which can be considered as evidence of the formation for each isomer.     

磷炔R-C≡P(R=－BH2,－CH3,－NH2,－OH)及其异构体的稳定性

采用B3LYP和CCSD(T)方法对R－C≡P(R=－BH2, －CH3,－NH2, －OH)体系进行了理论研究.结果表明，含C≡P三键的异构体BH2－C≡P和CH3－C≡P在各自的体系中分别是热力学最稳定的结构.而在HO－C≡P和NH2－C≡P体系中，热力学最稳定的结构却是H－P=C=O和含C≡N三键的N≡C－PH2.动力学理论研究表明，没有相关实验研究的R－C≡P(R=－BH2, NH2)体系中共有5种异构体是动力学稳定的. 在HO－C≡P体系的2种动力学稳定的异构体中， H－P=C=O连接方式的异构体已被实验所证实，而另外一种HO－C≡P连接方式的异构体的动力学稳定性较高，实验中可以观察到.对于CH3C≡P体系，研究所预示的2种动力学稳定的异构体中CH3－C≡P已被实验证实，从理论上推测另一种动力学稳定性较高的异构体HC≡C－PH2在实验中也可以检测到.     

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.