铂催化2-烯炔苯甲醛水合环化反应的机理及化学选择性的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的计算方法, 研究了铂催化2-烯炔基苯甲醛水合环化反应的微观机理及化学选择性的根源. 计算结果表明, 首先炔基被催化活化而发生亲核环化生成吡喃铂中间体; 接着吡喃铂中间体与烯烃双键发生[3+2]环加成生成铂-碳卡宾复合物; 之后, 反应将沿2条路径进行, 得到产物3a或4a, 其中4a的生成需经两步水分子辅助的质子转移过程. 生成产物3a需要克服的活化能垒为146.5 kJ/mol; 对4a的生成, 烯醇式和酮式互变异构是决速步聚, 当一个水分子参与反应时, 对应的能垒为185.8 kJ/mol, 当2个和3个水分子参与反应时, 能垒分别降低到128.1和64.9 kJ/mol. 因此, 水分子参与催化得到产物4a的路径是有利的. 另外, 反应的选择性与在异构化过程中水的共催化作用有关. 以上结果很好地解释了实验现象, 并为铂催化水环化反应提供新的见解.     

钴掺杂氮化硼纳米管吸附氯酚类污染物的理论研究

氯酚(CPs)类污染物是形成持久性有机污染物二噁英的先驱物, 具有较强的致畸、致癌和致突变性. 为探索去除或检测这类污染物的新型材料, 应用密度泛函理论研究了(8,0)单壁氮化硼纳米管(BNNT)和Co掺杂的(8,0)单壁氮化硼纳米管(Co-BNNT)对2-氯酚(2-CP)、2,4,6-三氯酚(TCP)、五氯酚(PCP)的吸附行为及作用机制. 结果表明, 与BNNT相比, Co-BNNT费米能级附近出现杂化态, 带隙明显减小. BNNT对2-CP、TCP和PCP呈现物理吸附, 而Co-BNNT对三种氯酚则是化学吸附, 纳米管与分子间发生了明显的电荷转移, 体系态密度在费米能级附近发生了明显变化. Co原子掺杂明显增强了BNNT的电子输运能力, 提高了纳米管对氯酚的吸附活性. Co-BNNT有望是去除或检测氯酚类污染物的潜在资源.     

阴离子表面活性剂在油水界面聚集的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了油、水和阴离子表面活性剂组成的混合溶液从初始“均相”到“油水两相”分离的动力学过程, 研究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在界面分离过程中的作用. 模拟发现, 油水两相能够在短时间内分离达到平衡, 形成一个明显的油水界面; 在SDBS存在情况下, 油水界面的分离时间随着SDBS浓度的增加逐渐增加, 达到平衡时SDBS会在界面处形成一个明显的界面膜, 并对油水界面处的水分子有限制作用. 模拟表明, 分子动力学方法可以作为实验的一种补充, 为实验提供必要的微观分子结构信息.     

十二烷基苯磺酸钠在SiO2表面聚集的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在无定形SiO2固体表面的吸附. 设置不同的水层厚度, 观察固液界面和气液界面吸附的差异. 模拟发现表面活性剂分子能够在短时间内吸附到SiO2表面, 受碳链和固体表面之间相互作用的影响形成表面活性剂分子层, 并依据吸附量的大小形成不同的聚集结构; 在水层足够厚的情况下, 由于有较多的表面活性剂分子吸附在固体表面,从而形成带有疏水核心的半胶束结构; 计算得到的成对势表明极性头与钠离子或水分子之间的结合或解离与二者之间的能垒有关, 解离能垒远大于结合能垒, 引起更多Na+聚集在极性头周围而只有少数Na+存在于溶液中; 无论气液还是固液界面, 极性头均伸向水相, 与水分子形成不同类型的氢键. 模拟表明, 分子动力学方法可以作为实验的一种补充, 为实验提供必要的微观结构信息.     

吡啶-BH~3相互作用复合物的理论研究

对吡啶-BH~3复合物分别用MP2/6-31+G^*和B3LYP/6-31+G^*进行理论计算以预测该复合物的构型及解离能，得到四种构型，在MP2优化构型基础上作CCSD/6-31+G^*单点能量计算以验证MP2与B3LYP结果的可靠性，然后用B3LYP作振动频率分析，计算了各构型的垂直电离势，最后用更大基组作单点能量计算和自然键轨道(NBO)分析。结果表明，N-B直接相连的构型最稳定，其解离能为141.50kJ/mol,MP2和B3LYP对N-H接近的构型结果相关较大，另外两种构型稳定性介于二者之间，解离能分别为15.18kJ/mol,14.06kJ/mol(MP2/6-31+G^*)。     

羰基化合物在Si(100)表面[2+2]环加成和α-H裂解反应的选择性

最近研究表明: 丙酮能与半导体Si(100)表面发生[2+2]环加成和α-H 裂解反应形成相应的Si―C键或Si―O键, 在半导体材料的合成方面具有重要意义. 为进一步弄清不同羰基化合物在Si(100)表面的反应机理,本文应用密度泛函理论方法在B3LYP/6-311++G(d,p)//6-31G(d)水平上较为系统地研究了一系列羰基化合物CH₃COR (R=CH₃, H, C₂H₅, C₆H₅)与Si(100)表面的反应. 研究结果表明: 不论是[2+2]环加成反应还是α-H 裂解反应都对应较低的反应势垒(小于25 kJ·mol^-1); 环加成反应的势垒比α-H 裂解反应的势垒略高; 羰基上的取代基对反应势垒的影响较少; α-H裂解反应产物为动力学和热力学控制产物; 对丁酮来说, 1-位和3-位H原子的裂解反应都比较容易, 势垒相差很小. 这些结果表明羰基化合物与Si(100)表面的反应将得到多种产物.     

N－甲基-吡咯烷并[3,4]C60衍生物的结构、电子光谱 和二阶非线性光学性质的 理论研究

利用半经验AM1量子化学方法研究了N－甲基－吡咯烷并[3,4]C60(MPC)及其噻吩取代衍生物(TMPC)的几何结构。电子结构研究表明,MPC及TMPC衍生物的前沿轨道主要由C60部分决定,C60母体与成基团之间存在较强的分子内电荷转移,C60部分是电子受体,而噻吩环部分和吡咯环部分为电子给体。在AM1优化几何构型的基础上,用INDO/SCI方法计算了MPC及TMPC的电子光谱,用完全态求和(SOS)公式计算了其二阶非线性光学性质。结果表明,MPC与TMPC在400nm以上均存在吸收峰,TMPC的这些吸收峰(400nm以上)比MPC的吸收峰强得多,与实验所得结果一致。对于TMPC来说,其二阶非线性光学系数β0值随分子构型不同而有较大的变化,β0值最大可达60×10^-30esu。     

类氦离子1,3P激发态Schrodinger方程的直接解

利用相关函数（CF）-超球谐（HH）-广义Laguerre(GLF)方法直接求解类氦离子n1,3P（n=1,2,3）低躺激发态的Schrodinger方程,得氦原子的本征能量分别为-2.13317Eh (13P),-2.12383Eh(11P),-2.05810Eh(23P),-2.05516Eh(21P),-2.03235Eh(33P)和-2.03109Eh(31P),它们与文献值在........第6位上很好地吻合。这说明CFHHGLF方法也适用于类氦离子1,3P激发态。还给出了总角动量L=1的对称超球谐基函数和有关矩阵元的解析式。     

Co(H2O)62+/3+体系电子转移反应动力学的理论研究

A theoretical scheme is presented which is based on an activation model for calculating the rate of the electron- exchange reaction between transition metal complexes in aqueous solution and applies to Co(H2O)6 2+/3+ electron transfer system. The activation parameter and activation energy of the system are obtained via the activation model. The slopes of the potential energy surfaces (curves) of the reacting system at the separated reactants are calculated from the fitted potential energy curves. The coupling matrix element is determined by using the perturbation theory and numerical integral method. Theoretical rate constants are obtained for the system at both UHF/6-311G and UMP2/6-311G levels. The agreement of the theoretical results with experimetal values is excellent. This fact indicates the scheme proposed is feasible and accurate in studying the self- exchange eletron transfer reaction.     

氢键桥联双核铜配合物磁耦合的密度泛函研究

在密度泛函理论的基础上,应用对称性破损方法研究了氢键桥联双核铜模型配合物的磁耦合行为以及磁耦合常数随O-O距离的变化趋势.计算结果表明,反铁磁耦合作用来源于Cu原子的d_x²-y²和氧原子的p_x或p_y磁轨道的部分重叠,而H原子不参与磁耦合作用.磁耦合常数J与O-O距离r之间存在指数关系,而不是线性关系.