卟啉钴分子筛的制备,表征和催化性能的研究

用液－固相分步合成法将新型四卤四甲基卟啉诱捕在经Ｃｏ＾２＋交换的ＮａＸ分子筛超笼内，利用索式提取器洗净分子筛外表面吸附的卟啉后，采用ＵＶ－Ｖｉｓ、ＩＲ、ＳＥＭ、ＤＴＡ、Ｘ射线衍射分析、吸附等手段对诱捕在超笼内的卟啉予以表征。进一步对比研究了卟啉、分子筛和诱捕卟啉分子筛的催化性能。结果表明，卟啉与分子筛结合后，催化活性大大提高。     

密度泛函理论研究5-单苯基卟啉分子的几何结构和拉曼光谱

利用密度泛函理论(DFT)计算了5-单苯基卟啉(H2MPP)的几何结构和拉曼振动频率. 计算表明, 单个次甲基位置上的苯基取代降低了卟啉骨架大环的对称性. 苯基团取代对次甲基位置附近结构的影响较大, 而对吡咯环结构的影响较小. 计算给出的拉曼振动频率(校正因子为0.971)与实验测量数据吻合较好, 均方根误差(RMS)小于6.7 cm-1. 根据理论计算结果对实测拉曼光谱进行了指认, 计算分析和实验观察同时表明, 单个次甲基位置上的苯基取代导致卟啉大环的一些平面内简正振动, 如ν6、ν20、ν24和ν32等简正振动发生分裂. 分析认为其根本原因为单苯基取代导致的卟啉骨架大环对称性的降低.     

金催化乙炔氢氯化的密度泛函理论研究进展

乙炔氢氯化(AH)是生产氯乙烯的主要途径之一,传统上使用高毒性的汞催化剂,因此开发无汞催化剂迫在眉睫。金(Au)催化剂是最有潜力的替代催化剂之一,然而其活性Au物种、反应物的活化过程或反应过渡态结构等催化机理仍不够清晰。密度泛函理论（DFT）在研究由Au催化AH的反应机理中发挥了极其重要的作用。本文综述了DFT对金催化剂活性位点、反应物在催化剂上的吸附性质及反应机理的研究进展。重点讨论了DFT对阳离子金和金簇催化AH反应过程的模拟计算,包括Au电子状态、其它原子掺杂及金簇尺寸和形状对催化AH反应影响的模拟。结果表明DFT模拟计算在微观分子尺度上研究反应物的吸附、反应中间体及过渡态等方面发挥了关键作用,对理解Au催化AH反应机理做出了重要贡献。     

污泥热解中HCN与CaO的反应机理:密度泛函理论研究

采用密度泛函理论对污泥热解中CaO与HCN在低温段的反应进行了研究。在B3LYP/6-311++(3df,2p)水平上计算得到了反应路径上各驻点的几何构型与频率,并在此构型上使用CCSD(T)/cc-pVQZ进行单点能计算。结果表明,两个HCN分子吸附于CaO后,质子发生转移时出现反应路径中最大能垒(310.33 kJ/mol)。使用经典过渡态理论拟合了反应中各步骤的阿累尼乌斯公式,计算了三种典型温度下各步骤的反应速率,发现质子转移为该反应的决速步骤,且温度越高CaO对HCN的作用效果越好。     

吡唑衍生物与碘甲烷反应的密度泛函理论研究

采用密度泛函方法对3-甲硫基-4-氰基-5-氨基吡唑与碘甲烷反应的机理进行了研究. 提出了两种可能的反应途径: 反应途径Ⅰ为反应物先脱去吡唑上的质子, 生成阴离子中间物, 然后碘甲烷分别进攻中间物吡唑环上的2个氮原子, 生成两种异构产物; 反应途径Ⅱ为反应物通过分子间氢转移存在两种异构体, 碘甲烷直接进攻每个异构反应物吡唑上的氮原子, 形成中间物, 然后脱去碘化氢, 生成产物. 计算结果表明, 途径Ⅱ应为主要反应途径. 还找出了两种异构产物间甲基迁移反应的过渡态, 得出该反应的活化能为278.5 kJ/mol, 在常温下甲基迁移反应不容易进行.     

5-氟胞嘧啶互变异构的密度泛函理论计算

采用BH-HLYP/6-311＋G**方法对10种气相和水相中可能存在的5-氟胞嘧啶互变异构体进行了几何全优化, 并计算出它们的总能量和吉布斯自由能. Onsager反应场溶剂模型用于水相的计算. 计算结果表明, 5-氟胞嘧啶在气相中主要以烯醇式-氨基式形式存在, 在水相中主要以酮式-氨基式形式存在. 溶剂化自由能与异构体的气相偶极矩存在相关性．进一步求得互变异构化以及构象异构化和顺反异构化的过渡态, 探讨异构化过程中的几何结构和能量的变化.     

O(3P)+O2H→OH+O2反应机理的密度泛函理论研究

用密度泛函理论方法研究了O(3P)与O2H反应生成羟基和氧分子的反应机理. 在PW91/6-31+G水平上用梯度解析技术全自由度优化上述反应物、产物和反应路径上的中间体及过渡态几何构型, 并通过频率振动分析加以确认, 计算IRC反应路径及中间体异构化过程, 确定了此反应的可能反应通道. 结果表明: 该反应是多通道多步骤的强放热反应. 首先形成顺式或反式O3H富能中间体, 此过程无能垒; 然后跨过一个能垒分解成产物OH和O2. 通道IM1→TS1比IM2→TS2克服的能垒要大, 反应放热372.822 kJ*mol-1. IM1TS3IM2 可相互转化.     

高精度相对论密度泛函计算方法

对适用于含重元素体系的高精度相对论密度泛函计算方法作简要的评述.结合本实验室的研究工作,重点介绍严格处理相对论效应的四分量相对论密度泛函计算方法和近似处理相对论效应的两分量和标量相对论密度泛函计算方法,包括零级规则展开近似(ZORA)方法及其改进和排除奇点的近似展开(SEAX)方法,以及适合处理局部包含重元素大体系的接合两分量-标量相对论(或非相对论)计算方法.     

H2S2的构型及其异构化反应的密度泛函理论研究

B3LYP calculations of density functional theory with the 6-311 + G（3df,2p）basis set level are used to investigate the equilibrium structures and intramolecular rearrangement reaction between the linear HSSH and branched H2SS isomers. The predicted geometrical parameters and scaled harmonic vibrational frequencies for HSSH are in good agreement with the available values experimentally. The predicted S-S and S-H bond lengths in the thiosulfoxide structure H2SS are 0.1986 and 0.1366 nm respectively and the values of 5SSH and 5HSH bond angles are 108. 3o and 89. 5o respectively. The transition-state for the unimolecular isomerization is suitably characterized by diagonalizing the matrix of energy second derivatives to determine the unique imaginary vibrational frequency and confirmed by the IRC calculation. The calculated results show that the linear structure is stable with respect to the branched form（lower 109.8 kJ/mol corrected with zero point vibrational energy）energetically. The calculated energy barrier for the direct intramolecular hydrogen atom transfer isomerization process is 190.3 kJ/mol. The kinetic results demonstrate that the isomerization is a unimolecular process,but the reaction rate is pretty slow. This agrees with the thermodynamical results. So the isomerization process should proceed via the other likely processes.     

烷基环己烷夺氢反应类的动力学研究

应用反应类过渡态理论(RC-TST)研究了氢自由基抽取烷基环己烷氢的反应类,给出了该类反应的动力学参数.通过研究该反应类中的14个代表反应,分析得到了RC-TST方法所需要的各种参数,建立了该类反应的线性能量关系式(LER).应用RC-TST/LER方法计算得到速率常数与TST/Eckart方法计算结果吻合很好,分析表明RC-TST/LER方法对于准确预测夺氢反应类的速率常数十分有效,可以节约大量计算成本.     

Theoretical Study on the NO2＋NO2^— Electron Transfer Reaction

The NO2 NO2^- electron transfer reaction was studied with DFT-B3LYP method at 6-311 G^* basis set level for the eight selected structures:four species favor the structure of “head to head”.The geometry of transition state was obtained by the linear corrdinate method.Three parameters,non-adiabatic activation energy(Ead),coupling matrix element(Hif) and reorganization energy(λ) for electron transfer reaction can be calculated.According to the reorganization energy of the ET reaction,the values obtained from George-Griffith-Marcus (GGM) method(the contribution only from diagonal elements of force constant matrix) are larger than those obtained from Hessian matrix method(including the contribution from both diagonal and off-diagonal elements), which suggests that the coupling interactions between different vibrational modes are important to the inner-sphere reorganization energy for the ET reactions in gaseous phase.The value of rate constant was obtained by using above three activation parameters.     

亚烷基卡宾及取代亚烷基卡宾与环硫乙烷反应的量子化学研究

用量子化学的密度泛函理论(DFT)在6-311G(d, p)水平上对亚烷基卡宾及取代亚烷基卡宾与环硫乙烷的硫转移反应机理进行了系统的研究. 用IRC对过渡态进行了确认. 并用组态混合模型讨论了反应势垒(ΔE^≠)与XYC＝C的单-三态能量差ΔE_ST之间的关系. 结果表明, 取代基的电负性是控制反应的主要因素, 取代基的电负性越大, 取代基越多, π电子给予体越多, 单-三态能量差ΔE_ST就越小, 该反应的活化能就越小, 反应越容易发生. 同时还讨论了该反应中环硫乙烷的C—S键的解离过程. 并与标题化合物和环氧乙烷的氧转移反应进行了比较.     

亚烷基卡宾及取代亚烷基卡宾与环氧乙烷反应的量子化学研究

用量子化学的密度泛函理论(DFT)在6-311G(d,p)水平上对亚烷基卡宾及取代亚烷基卡宾与环氧乙烷的氧转移反应机理进行了系统的研究. 用IRC对过渡态进行了确认. 并用组态混合模型讨论了反应势垒(ΔE^≠)与XYC＝C:的单-三态能量差ΔE_ST之间的关系, 结果表明, 取代基的电负性是控制反应的主要因素, 取代基的电负性越大, 取代基越多, π电子给予体越多, 单-三态能量差ΔE_ST就越小, 该反应的活化能就越小, 反应越容易发生. 同时还研究了该反应中环氧乙烷中C—O键的解离过程. 发现两个C—O键解离是一个不同步的协同过程.     

A comparative DFT study on the mechanism of olefin epoxidation catalyzed by substituted binuclear peroxotungstates ([SeO4WO(O2)2MO(O2)2]n− (M = TiIV,VV, TaV,MoVI, WVI,TcVII, and ReVII))

The selective epoxidation of olefins catalyzed by substituted binuclear peroxotungstates ([SeO₄WO(O₂)₂MO(O₂)₂]^n? (M = Ti^IV, V^V, Ta^V, Mo^VI, W^VI, Tc^VII, and Re^VII)) are investigated at the density functional theory level. The computational results reveal that the activation barrier corresponding to the oxygen transfer to the ethylene step decreases with M = V > Ti > Ta > Mo > W > Tc > Re. The Re and Tc substituted species can effectively improve the catalytic activity with lower Gibbs free energy barriers of 22.53 and 25.82 kcal/mol relative to the others under normal conditions. This suggests that Re and Tc center peroxo complexes would improve the catalytic performance. The higher activity of the substituted species is directly attributed to the lower energy of the σ*(O? O) orbital. The reaction barriers in epoxidation process are rationalized by analyzing the atomic charge, the O? O bond length, and the interaction between the substituted metal and the peroxo group of the precursor complexes. © 2013 Wiley Periodicals, Inc.     

Cl原子与CH2SH自由基反应机理及电子密度拓扑研究

采用MP2(Full)/6-311G(d,p)和B3LYP/6-311G(d,p)找到了反应Cl＋CH₂SH→HCl＋CH₂S的两个可能的反应通道, 得到了各反应通道的反应物、中间体、过渡态和产物的优化构型、谐振频率. 对反应进程中若干关键点进行了电子密度拓扑分析, 讨论了反应进程中键的断裂、生成和化学键的变化规律, 找到了该反应的结构过渡区(结构过渡态)和能量过渡态, 发现了反应热与结构过渡区之间的关系.     

质子化双氧/硫杂卟啉内氢原子迁移反应的理论研究

在确定各反应体系反应物、产物稳定构象的基础上, 采用B3LYP/6-31G**方法在Gaussian 03程序下, 对质子化的双氧/硫杂卟啉的内氢迁移(IHAT)反应进行研究, 寻找并优化相应的过渡态, 比较其迁移反应速率的差异. 计算结果表明, 质子化双氧/硫杂卟啉的构象稳定性仍然是由芳香性、空间位阻、静电作用共同决定的. 质子化后的双取代体系的内氢迁移反应速率大小差异显著, 内环取代对IHAT反应速率的影响主要来源于电子效应, 而非构象变化; 且双取代对体系IHAT反应速率的影响要远大于单取代.     

Centrally Coordinated Cobalt Porphyrin Monolayers on the Surface of TiO2 Nanoparticles

Aminopropyltrimethoxysilane (APTS) on the surface of TiO₂ nanoparticles was used to bind cobalt(II) 5,10,15,20-tetra-(4-trimethylaminophenyl)porphyrin iodide (CoTAPPI). The binding involved coordination of amino-group in the APTS to cobalt(II) ion in the center of the porphyrin. The absorption and fluorescence spectra of the products showed that there existed the electron transfer among TiO₂, APTS, and CoTAPPI. The polarized fluorescence spectra were used to evaluate the coordination constants of the porphyrin and APTS. The molecular geometry and binding energy of the TiO₂-APTS-CoTAPPI assembly were calculated with the molecular mechanics approach (MM2).     

四苯基钴卟啉化合物催化过亚硝酸根分解的研究

利用紫外-可见分光光度计在乙醇介质中研究了合成的4种对位取代四苯基钴卟啉对过亚硝酸根分解的催化作用. 首次发现钴卟啉可以催化ONOO^－分解, 且对位带吸电子基团的钴卟啉比对位带供电子基团的钴卟啉催化活性高. TPPCoCl, T(p-CH₃)PPCoCl, T(p-OCH₃)PPCoCl和T(p-Cl)PPCoCl在乙醇中的k_cat分别为1.69×10², 1.52×10², 1.43×10²和1.20×10³ mol^－1•L•s^－1. 动力学曲线和时间分辨谱证明这些钴卟啉是通过形成中间体催化过亚硝酸根分解的.     

Theoretical and Experimental Studies on the Reaction Mechanism of Cl2 ＋ I2- 2ICl

1 INTRODUCTION The reactions between halogen and halogen are basic reactions in chemistry. Especially, in the syn- thesis of iodo-substituted aromatic hydrocarbon, the reaction Cl2 I2 = 2ICl could heighten the usage of iodine atom to 100%. So far, to the best of our know- ledge, the studies about halogen-halogen reaction mechanisms are very few. In detail, only the struc- ture and stability studies of X2Y- (X, Y = Cl, Br and I) ions by calculating reaction potential energy sur- face…