单线态氧(~1O_2)与咪唑1,4-环加成反应的理论研究

本文用量子化学从头计算方法对单线态氧(~O_2)与咪唑环加成反应的机理进行了理论研究.用能量梯度法优化获得了实验上尚未检测到的侧式桥环过氧化物(endoperoxde)的结构,并在势能面上确定了单线态氧与咪唑1,4-环加成反应的过渡态.通过对过渡态的结构特征,虚振动方向,电荷分布情况以及轨道相互作用的分析,说明这个反应的机理是同步和协同的;正反应的活化势垒为69.5kJ·mol~(-1),逆反应的活化势垒为140.4kJ·mol~(-1)(6-31G的结果).     

氧杂环丁烷热解机理的量子化学研究

本文利用半经验分子轨道理论研究了氧杂环丁烷热解为甲醛和乙烯的反应机理计算是采用半经验方法AM1进行的, 各种驻点全部运用Berny梯度方法优化. 同时, 对过渡态的结构进行了振动分析的确证. 计算表明: 1)不存在协同的同面-同面反应途径的过渡态, 其驻点只是一个二级鞍点; 2) 协同的同面-异面反应途径需要经过一个能量很高的过渡态; 3)有利的反应途径是包含了双自由基中间体的分步过程。     

2-硝基丙烯热解反应的理论研究

利用MO-AM1方法研究了2-硝基丙烯热解的反应途径。结果表明, 2-硝基丙烯可能首先热解产生一个四元环状中间体。该中间体依照分步过程继续分解时, 存在两种可能的途径, 其中先断N—O键的反应过程比先断C—C键的过程从能量上更为有利。反应过程中电荷无明显转移, 具有双自由基反应特点。     

乙基乙酰胺热解反应机理的MO研究

对于烷基乙酰胺的初始热解反应机理, 通常认为与酯类的热解反应相类似。Maccoll和Nagra通过对该热解反应的动力学研究, 认为两者存在不同。差异之一, 烷基乙酰胺存在两种可能的热解途径【参见本文(129页)前述反应方程(1),(2)】。而在酯类热解反应中(2)的活化能过高, 且四元环过渡态极不稳定。差异之二, 极性溶剂(比如乙酸)对酰胺热解反应的催化作用不明显, 而对酯类等气相热解反应的催化作用是十分显著的。为此, 我们用MINDO/3分子轨道法对乙基乙酰胺的初始热解反应进行了较全面的研究。用能量梯度法对此反应的反应物、中间体和生成物的平衡几何构型进行了全优化。(如图1所示)用极小能量途径法分别寻找反应(1)和反应(2)的初始过渡态, 继而用Powell法全优化过渡态的几何构型, 计算所得的过渡态TS1、TS2和TS3分别见图2a, 图3a和图4a。为了确证这些过渡态, 进行了振动分析研究, 结果表明这些过渡态的力常数矩阵的诸本征值中均只有一个负值, 且虚振动模式展示了走向各自的反应物和生成物的趋势, (如图2b,图3b和图4b所示)。它们的总能量及反应(1)和反应(2)的活化能列于表1. 对整个热解反应(1)作了内禀反应坐标(IRC)理论分析, 反应历程见图5所示. 与IRC相应的总能偶极矩以及部分关键的键长和原子净电荷变化一并列于表2.本文研究结果表明, 在乙基乙酰胺的初始反应中主反应即反应(1)与酯类反应相类似, ...     

MINDO/3研究胞嘧啶异构体间异构化反应——Ⅱ.N_1-氢-4-氨基-2-羰基胞嘧啶与4-氨基-2-羟基胞嘧啶异构化反应

本文报导用半经验方法研究N_1-氢-4-氨基-2-羰基胞嘧啶与4-氨基-2-羟基胞嘧啶异构化反应。MINDO/3能量梯度法优化孤立体系的全部自由度,计算得ΔE=36.79kJ mol~(-1),内酰胺型比醇式内酰胺型稳定。限定分子体系在同一平面内,用MINDO/3中的Powell法优化过渡态的几何构型,计算得正反应活化势垒为204.08kJ mol~(-1),逆反应活化势垒为167.30 kJ mol~(-1)。从IRC途径分析了该异构化反应的物理实质。     

N-烯基硝酮分子内环加成反应区域选择性的理论研究I. N-3-丁烯基硝酮分子内环加成反应的区域专一性

n-烯基硝酮的分子内环加成反应可能得到氧桥和碳桥的两种产物, 但N-3-丁烯基硝酮却只有单一的氧桥产物, 已被用来合成一系列新的区域专一性人化合物。弄清此反应机理是很有意义的。本文用过渡状理论和AM1方法进行研究, 结果表明,虽然存在得到两种产物的平行反应, 但由于这两个反应的速率常数之比很大, 基本上只得到单一的氧桥产物。生成氧桥产物的反应活化焓比较小, 活化熵比较大。活化熵对反应速率常数比值的贡献是不可忽略的。     

MINDO/3研究胞嘧啶异构体间异构化反应——Ⅰ. N1-氢-4-氨基-2-羰基胞嘧啶与4-亚氨基-2-羰基胞嘧啶异构反应

本文报导用半经验方法研究N_1-氢-4-氨基-2-羰基胞嘧啶与4-亚氨基-2-羰基胞嘧啶异构化反应。用MINDO/3能量梯度法优化了孤立体系的全部自由度, 计算结果表明氨型比亚氨型稳定, △E=33.85 kJ mol~(-1); 限定分子体系在同一平面, 用Powell法优化过渡态几何构型, 计算所得正反应活化势垒为168.87 kJ mol~(-1), 逆反应活化势垒为135.02 kJ mol~(-1)。从IRC途径分析了该异构化反应的物理实质。     

H＋CO2→CO＋OH的反应机理和反应速率常数的理论研究

用从头算方法在ＵＨＦ／３－２１Ｇ水平上研究了Ｈ＋ＣＯ２→ＣＯ＋ＯＨ的反应机理，指出该反应分为３个基元过程进行，第一步为速控步骤，同时用Ｆｕｋｕｉ的内禀反应坐标理论计算了ＩＲＣ，证实了上述反应机理，用传统的过渡态理论和变分过渡理论及相关的隧道效应校正计算了反应速率常数。     

环丁酮热解离反应的理论研究

由于所研究反应过程涉及双自由基，用HF，MP2或B3LYP等方法难以进行过渡态的优化，研究选用多组态相互作用（MCSCF）的CASSCF方法，对环丁酮的热解离反应进行了精确理论研究，研究结果得出反应以2种反应途径进行，反应I形成C2H4和CH2CO产物，反应II形成CO和C3H6双自由基产物，这2个反应为一对竞争反应。     

N-烯基硝酮分子内环加成反应区域选择性的理论研究 3:N-4-甲基-4-戊烯基硝酮分子内环加成反应的区域选择性

N-4-甲基-4-戊烯基硝酮分子内环加成反应可以生成氧桥型(Pa)和碳桥型(Pb)两种产物, 其实验产率比约为8:1。而在N-4位未取代的情况下, Pa与Pb的实验产率比约为1:2。可见N-4-甲基使得区域选择性发生了很大的变化。本文用AM1 MO方法和过渡状态理论研究了N-4-甲基-4-戊烯基硝酮分子内环加成反应的机理。计算了两个平行反应(a, b)的速率常数的比值, 得到与实验吻合的结果。计算表明, N-4-甲基取代后, a, b两反应的活化熵的相对变化是区域选择性改变的主要因素, 活化焓的相对变化只是一个次要因素。