卤素离子与卤代苯气相SNAr反应理论研究

采用B3LYP/6-311+G**和MP2/6-311+G**方法,研究了卤素离子与卤代苯气相SNAr反应(Ar Y+X-=Ar X+Y-,X,Y=F,Cl,Br和I)。结果显示,气相里除了X=Y=F反应为分步路径外,其余反应通道都是协同SNAr机理;F离子进攻卤苯SNAr反应无论从动力学(总能垒ΔGb=9.0~17.3 k J/mol)还是热力学上来说都很容易进行,然而Cl、Br和I离子进攻的反应,其MP2吉布斯自由能垒(ΔGb)高达91.3~202.5 k J/mol,因此在气相里很难发生;另外,标题反应的反应性可以通过卤素离子质子亲和能(PA)、最高占据轨道能(EHOMO)、Mulliken电负性(χ)以及Wiberg键级(BO)与NPA电荷(Q)来分析,其中,过渡态里C─Y键的断裂是引起反应能垒升高的主要因素,亲核试剂的亲核能力主要由EHOMO控制,而卤素离子的离去能力由其PA或χ决定。     

全氟烃基联苯酯类液晶分子的光谱与热力学性质

使用密度泛函理论在B3LYP/6-311G*水平上计算研究了全氟烃基联苯酯类液晶分子的光谱和热力学性质。结果显示,分子的最低能量激发为HOMO→LUMO的p→p*跃迁, 对应的吸收波长值约为379 nm, 属于近紫外区。在298.15 K和标准压力下,标题化合物分子的生成反应为放热的自发过程,其标准摩尔生成焓与生成自由能分别为-4090.06和-3410.31 kJ.mol-1。     

钯(Ⅱ)催化苯乙烯与N-氟代双苯磺酰胺反应机理的研究

采用密度泛函理论(DFT)研究了钯催化苯乙烯与N-氟代双苯磺酰胺反应机理.在B3LYP/6-311+G*基组水平上对反应过程中所有反应物、过渡态、中间体以及产物的几何构型进行了优化,通过能量和振动分析确认了过渡态的真实性;并且在相同基组水平上应用自然键轨道(NBO)和分子中的原子(AIM)理论分析了这些化合物的成键特征和轨道间的相互作用.研究发现了两条可能的反应通道IA与IB,其控制步骤活化能分别为17.81 k J.mol-1、56.04k J.mol-1,由以上比较结果可以看出,IA通道具有较低的活化能,即IA通道为整个反应的最优反应通道,与实验结果一致.此外我们还研究了溶剂对反应的影响.     

B掺杂SWCNT表面吸附DNA碱基的理论研究

采用基于密度泛函理论的LDA (PWC)方法对比研究了纯单壁纳米碳管(SWCNT)和B掺杂单壁碳纳米管(B doped SWCNT)表面吸附DNA碱基(腺嘌呤)A、(胸腺嘧啶)T、(胞嘧啶)C、(鸟嘌呤)G的吸附特性和本质, 计算研究了最佳吸附位点, 吸附能, 以及稳定吸附模型的电子结构. 结果表明掺杂元素B的引入不会造成SWCNT的结构畸变, 可以局部影响碳纳米管的电子结构, 有效增强SWCNT与DNA碱基之间的电子相互作用, DNA碱基以化学吸附的形式修饰在B掺杂SWCNT的表面. 研究结果预示B掺杂SWCNT表面修饰DNA碱基有潜力成为DNA生物传感器生物识别界面的主要成分.     

G型含氟有机磷神经毒剂醇解反应机理研究

含氟有机磷神经毒剂毒性强,危害大,给实验研究带来不便。本文采用B3LYP/6-311G**和MP2/6-311G**方法及一个简化计算模型,探讨了G型含氟有机磷神经毒剂在中性和碱性条件下的醇解反应机理。结果显示,中性环境下G型含氟有机磷神经毒剂的醇解,不管是气相还是液相反应,3个甲醇分子参与的分步路径(Path C)都是最优路径;而1个甲醇阴离子参与的碱性条件下的分步路径(Path A'),其气相和液相反应决速步骤的吉布斯自由能垒分别为14.6和31.4 k J/mol,比Path C分别低87.0和59.8 k J/mol。因此,强碱催化下的G型含氟有机磷神经毒剂的醇解更高效。     

几种芳香胺类有机EL材料性质的量子化学研究

几种芳香胺类化合物E-12、E-13、E-14和E-15均为性能良好的有机电致发光（EL）和光致发光（PL）材料·采用量子化学计算方法,用RHF/AM1方法优化其构型,用RHF/CIS方法计算其电子光谱,计算结果与实验值基本吻合。     

环状氮氢化合物NnHn(n=3~5)的构象研究

应用密度泛函理论对10种环状氮氢化合物异构体进行了研究。利用自然键轨道理论(NBO)和分子中的原子理论(AIM)分析了这些异构体的成键特征、相对稳定性。N-N键长与键临界点的电荷密度存在反比关系。超共轭作用和立体排斥作用计算表明:立体排斥作用和超共轭作用在决定构象稳定性的方面均起了主要的作用。H原子的相对位置的差异影响了键-键立体排斥能的类型。     

单取代苯环定位效应定量分析和图形可视化解释

目前对于苯环上亲电取代反应定位规律的解释基本上都停留在基于实验的定性层面。本文以5个典型的单取代苯分子(苯胺、甲苯、氯苯、硝基苯和苯甲醛)为代表,采用多种量子化学方法(静电势、原子电荷、前线分子轨道理论、福井函数及双描述符等),对它们的亲电取代反应位点进行了研究。通过定量的数据和直观的图形,揭示苯分子亲电取代反应定位规律的本质,弥补了教材与教学中存在的不足,研究结果可以为大学《有机化学》教材的编写和课程教学提供有用的参考。     

三种单环β-内酰胺抗生素分子药性机理的理论研究

运用ＭＯＰＡＣ程序中ＡＭ１方法模拟了三种单环β－内酰胺抗生素分子与ＯＨ＾－的反应过程,得到了可行性机理。研究结果表明,在反应过程中活性四员环上出现了电荷迁移,酰胺键上的Ｎ原子上的负电荷逐渐增多,Ｃ原子所带正电荷亦相应增多,有利于亲核反应的进行。通过计算反应活化能,发现三种物质的活化能比较小,说明在碱性条件下有利于该反应的进行。同时研究还发现反应的活化能与反应物的活性有一定的联系;当反应活化以越小,     

N4H4分子取代基效应的量子化学研究

本文计算了甲基（-CH₃）,羟基（-OH）对1-丁氮烯和2-丁氮烯的取代基效应.1-丁氮烯引入取代基后.N=N双键的键长变短,而N-N单键的键长增长.异构体2-丁氮烯的键长变化较小.引入甲基或羟基后,N原子的孤对电子会与相应的N-C（N-O）键之间发生相互作用,使整个分子的超共轭作用增强.随着取代基数目的增多,总能量和生成热就会降低,取代基数目与分子能量（生成热）之间具有很好的相关性.