烷烃与氢过氧自由基氢提取反应类反应能垒与速率常数的精确计算

氢过氧自由基从烷烃分子中提取氢的反应是碳氢燃料中低温燃烧化学中非常重要的一类反应。本文用等键反应方法计算了这一类反应的动力学参数。所有反应物、过渡态、产物的几何结构均在HF/6-31+G(d)水平下优化得到。以反应中的过渡态反应中心的几何结构守恒为判据,该反应类可用等键反应处理。本文选取了乙烷和氢过氧自由基的氢提取反应为参考反应,其它反应作为目标反应,用等键反应方法对目标反应在HF/6-31+G(d)水平的近似能垒和反应速率常数进行了校正。为了验证方法的可靠性,选取C5以下的烷烃分子体系,对等键反应方法校正结果和高精度CCSD(T)/CBS直接计算结果进行了比较,最大绝对误差为5.58k J?mol~(-1),因此,采用等键反应方法只需用低水平HF从头算方法就可以再现高精度CCSD(T)/CBS计算结果,从而解决了该反应类中大分子体系的能垒的精确计算。本文的研究为碳氢化合物中低温燃烧模拟中重要的烷烃与氢过氧自由基氢提取反应提供了准确的动力学参数。     

过氧烷基自由基分子内氢迁移反应类速率常数的计算

过氧烷基自由基分子内氢迁移是低温燃烧反应中的一类重要基元反应. 本文用等键反应方法计算了该类反应的动力学参数. 所有反应物、过渡态、产物的几何结构均在B3LYP/6-311+G(d,p)水平下优化得到. 本文提出了用过渡态反应中心几何结构守恒作为反应类判据, 并将该分子内氢迁移反应分为四类, 包括(1,3)、(1,4)、(1,5)、(1,n) (n=6, 7, 8)氢迁移类. 分别将这4 类反应类中最小反应体系作为类反应的主反应, 并分别在B3LYP/6-311+G(d,p)低水平和CBS-QB3 高水平下得到其近似能垒和精确能垒. 其余氢迁移反应作为目标反应, 在B3LYP/6-311+G(d,p)低水下计算得到其近似能垒, 再采用等键反应方法校正得到目标反应的精确反应势垒和精确速率常数. 研究表明, 采用等键反应方法只需在低水平用从头算计算就可以得到大分子反应体系的高精度能垒和速率常数值, 且本文按等键反应本质的分类方法更能揭示反应类的本质, 并对反应类的定义给出了客观标准. 本文的研究为碳氢化合物低温燃烧模拟中重要的过氧烷基分子内氢迁移反应提供了准确的动力学参数.     

烷基自由基β位裂解反应类反应势垒与速率常数的精确计算

提出反应类等键方法并用于高温燃烧机理中一类重要反应——烷基自由基β位裂解反应的反应势垒和速率常数的精确校正计算. 通过10种不同从头算水平对类反应中5个代表反应的反应势垒的计算发现, 用反应类等键反应方法和直接从头算方法获得的5 个代表反应的反应势垒最大绝对偏差的平均值分别为5.32 和16.16 kJ·mol^-1, 表明反应类等键反应方法计算的反应势垒对不同水平从头算方法的依赖性小, 可在较低从头算水平计算得到精确的反应势垒, 解决大分子体系反应势垒的精确计算问题. 此外应用反应类等键反应方法在BHandHLYP/cc-pVDZ 从头算水平计算了3 个代表反应的速率常数, 并与文献报道的实验值进行了比较, 其在500-2000 K温度区间内计算速率常数与实验速率常数中较大值与较小值的比值k_max/k_min的平均值为1.67, 最大值也仅有2.49. 表明应用反应类等键反应方法在较低从头算水平即可对同类反应的速率常数进行精确计算.最后在BHandHLYP/cc-pVDZ从头算水平用反应类等键反应方法计算了13个烷基自由基β位裂解反应的速率常数.     

反应类等键反应方法及类反应热动力学参数计算

本文提出了反应类等键反应方法,将通常用于热力学性质计算的等键反应方法推广用于类反应中反应势垒和反应焓变的计算. 对碳氢燃料低温燃烧反应机理中的一类重要反应类：?烷基自由基过氧化氢裂解生成烯烃和HO2自由基的反应势垒和反应焓变进行了计算. 通过对该类16个反应中的5个代表反应分别在不同计算水平HF、DFT、MP2、CCSD(T)的比较计算发现,采用等键反应方法可在较低从头算级别计算得到类反应较高精度的反应势垒,提高了计算的效率和精度. 本文采用反应类等键反应方法在B3LYP/6-311G(d,p)计算水平对该类16个反应进行了反应势垒和反应焓变的计算,并建立了反应势垒和反应能的线性自由能关系：delta V=71.02+0.41?delta E.     

HNCO+HCO→NCO+CH2O氢转移反应的从头算及动力学研究

在UMP2(Full)/6-311G(d,p)计算水平上,优化了标题反应的反应物、过渡态、产物的几何结构,沿最小能量途径讨论了异氰酸(HNCO)和甲酰自由基(HCO)发生氢转移反应位能面上驻点的结构以及相互作用分子结构变化.指出该反应是一个N-H键断裂和C-H键生成的协同反应.进一步采用UQCISD(T,Full)方法对反应途径上的驻点进行了单点能量校正,得出该反应的计算位垒是91.47 kJ/mol,与实验值108.92 kJ/mol接近在500～2500K实验温度范围内,运用变分过渡态理论(CVT)计算得到的速率常数与实验观测值进行了比较     

CH3CH2,CH3CHCl,CH3CCl2与NO2反应微观动力学理论研究

运用量子化学密度泛函理论UB3LYP/6-311+G*和高级电子相关校正的偶合簇(CCSD(T)/6-311+G*)方法,对CH3CH2,CH3CHCl和CH3CCl2自由基与NO2反应的机理和动力学进行了理论研究,得到了体系的势能面信息和可能的反应机理.根据计算得到的各反应热力学参数及反应能垒,采用传统过渡态理论计算了各反应在温度T=298 K和T=700 K时的速率常数.研究结果表明,该类反应均通过1个中间体和1个过渡态生成产物,产物分别为CH3CHO+HNO,CH3CHO+ClNO和CH3CClO+ClNO.     

Cl_2 2HI=2HCl I_2反应机理的理论研究

分别在MP2/3-21G!!、CCSD(T)/3-21G!!//MP2/3-21G!!和B3LYP/3-21G!!3种水平上,计算研究了气相反应Cl2 2HI=2HCl I2的机理,求得一系列四中心和三中心的过渡态.通过比较六种反应通道的活化能大小,得到了相同的结论:双分子基元反应Cl2 HI"HCl ICl和ICl HI"I2 HCl的最小活化能小于Cl2、HI和ICl的解离能,从理论上证明了反应Cl2 2HI=2HCl I2将优先以分子与分子作用形式分两步完成.用内禀反应坐标(IRC)验证了MP2/3-21G!!方法计算得到的过渡态.     

甲醇与一氧化碳合成甲酸甲酯反应机理的理论研究

用密度泛函理论(DFT)研究了甲醇与一氧化碳的微观反应机理. 在B3LYP/6-311＋＋G(d,p)水平上优化了反应物、过渡态及产物的几何构型, 并通过振动分析和内禀反应坐标方法(IRC)分别确认了过渡态的结构与反应途径. 在CCSD/6-311＋＋G(d,p)水平上进行能量校正, 并根据计算的势能面探讨了CH₃OH＋CO反应机理. 结果表明, CH₃OH＋CO反应体系有三个可能的反应通道, 产物分别为甲酸甲酯、乙酸、羟基乙醛. 在无催化条件下, 计算得到生成甲酸甲酯、乙酸和羟基乙醛的反应活化能分别是364.715, 460.775和611.402 kJ•mol^－1, 生成甲酸甲酯和羟基乙醛的反应为吸热反应, 而生成乙酸的反应为放热反应.     

Ga/HZSM-5分子筛上乙烯二聚反应的理论研究

应用理论计算方法研究了Ga/HZSM-5及Al/HZSM-5 分子筛上乙烯二聚生成1-丁烯的反应历程, 比较了分子筛酸性对反应能量的影响. 计算采用分为两层的76T簇模型, 应用量子力学和分子力学联合的 ONIOM2 (B3LYP/6-31G(d, p):UFF) 方法. 乙烯二聚过程可按照分步机理和协同机理进行, 均得到表面丁基烷氧中间产物. 计算结果表明, 与在Al/HZSM-5分子筛上的反应过程相比, 乙烯在 Ga/HZSM-5分子筛上的吸附能低 20.62 kJ·mol^-1, 但质子化反应的活化能只高出1.26 kJ·mol^-1; 而乙基烷氧中间体与乙烯分子结合过程的活化能高出 62.55 kJ·mol^-1, 原因是Ga 原子半径大, 降低了六元环过渡态的稳定性. 若按协同机理, 质子转移和C―C键聚合同时进行, 在 Ga/HZSM-5分子筛上的活化能较Al/HZSM-5的高16.44 kJ·mol^-1. 因此乙烯二聚按照协同机理有利. 研究还表明, 表面丁基烷氧中间体脱质子, 生成1-丁烯并吸附在复原的分子筛酸性位上. 该反应在两种酸中心上的活化能几乎相同, 但明显高于其他各步的活化能, 因此成为整个反应的速度控制步骤.     

SN2反应X-l+CH3XrXlCH3+X-r(Xl=Xr=F, Cl, Br, I)的价键方法研究

应用最近发展的价键组态相互作用(VBCI)方法计算了SN2反应X-l+CH3Xr→XlCH3+X-r(Xl=Xr=F, Cl, Br, I)的反应能垒和价键相关参数. 计算结果表明, VBCI能垒与采用分子轨道理论的CCSD(T)方法计算的能垒相一致. 讨论了SN2反应的反应参数.     

具有1,2-二苯基乙醇结构化合物的异常消除反应研究

报道了4个具有1,2-二苯基乙醇结构的化合物在酸性条件下发生消除反应, 得到未遵循Saytzeff规则的烯烃; 而在SOCl2/DMF条件下, 先氯代再消除则可获得一对双键位置异构的烯烃异构体. 通过计算机模拟, 采用Gaussian 98软件, B3LYP/6-31G方法对两种异构体进行了能量优化, 计算了它们的能量, 推测这类具有1, 2-二苯基乙醇结构化合物在酸性条件下的异常消除反应为动力学主导产物的反应.     

Tandem Hass-Bender/Henry reaction for the synthesis of dimethylnitro alcohols from benzylic halides

Dimethylnitro alcohols are constructed in a one-pot process from benzylic halides and 2-nitropropane. The use of tetrabutylammonium fluoride (TBAF) as the promoter is essential for this tandem Hass-Bender/Henry reaction to proceed.     

亚胺引发四肽环化反应机理的理论研究

运用密度泛函的理论方法（M06//B3LYP）对亚胺引发的关环肽环化的反应机理进行了研究. 计算结果表明,由亚胺到环肽的转化过程存在两种不同的反应机理. 一种是羰基转移-合环机理：先经历羰基转移,然后H转移与C-O合环同时进行. 另一种是H转移-合环-羰基转移-H转移机理：H原子先从O原子转移到N原子然后再进行C-O合环,随后再进行羰基转移与H原子转移. 计算结果显示,羰基转移-合环反应历程为有利路径,该反应路径中的H原子转移及C-O成环过程为整个反应的决速步骤.     

Ugi/Diels-Alder串联反应在构建杂环化合物中的应用

杂环化合物广泛存在于天然产物和药物分子中,许多杂环化合物还具有潜在生物活性和药理作用。因此,如何快速高效地构建小分子杂环化合物库成为当今有机合成和药物化学领域的研究热点。Ugi反应在多样性导向合成方面具有得天独厚的优势,能够解决待合成化合物数量庞大、结构复杂的难题;同时,Diels-Alder [4+2]环加成反应能够高效构建碳-碳键,以较高的立体选择性和区域选择性合成六元环系。目前,集二者于一身的Ugi/Diels-Alder串联反应在构建杂环化合物方面展现出了巨大优势和无穷潜能。本文以不同类型的DA反应分类:按照呋喃作为双烯体、吡咯作为双烯体、噻吩为双烯体、口恶唑作为双烯体、 1,2,4-三嗪作为双烯体、苯作为双烯体、不饱和键和芳环共同作为双烯体等对UDA串联反应的研究进行了综述。     

糖碳苷类化合物的合成方法研究进展

综述了近年来利用重排反应、W ittig反应、金属有机反应等方法合成糖碳苷类化合物的研究进展。参考文献30篇。     

Stereoselective oxidative addition of benzenethiol to idene in the presence of ovoalbumin

The oxidative addition of benzenethiol to indene in the presence of ovoalbumin produces only one isomer on the surface of the protein,trans-anti-2-phenylsulfinyl-1-indanol. This reaction may be considered as a biomimetic model of detoxification of certain hydrocarbons by the liver.

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Stereoselektive oxydative Anlagerung von Thiophenol an Inden in Gegenwart von Ovoalbumin (Kurze Mitteilung)

Zusammenfassung Durch die oxydative Anlagerung von Thiophenol an Inden in Gegenwart von Ovoalbumin bildet sich nur ein Isomer an der Oberfläche des Proteins, dastrans-anti-2-Phenylsulfinyl-1-Indanol. Diese Reaktion kann als ein biomimetisches Modell der Entgiftung von gewissen Kohlenwasserstoffen durch die Leber betrachtet werden.

     

The catalytic effect of the NH3 base on the chemical events in the caryolene‐forming carbocation cascade

Caryolene formation occur asynchronously in a concerted way through carbocationic rearrangements involving the generation of a secondary or a tertiary carbocation whether the reaction proceeds in the absence or in the presence of NH₃, respectively. Both caryolene formation mechanisms are analyzed within the general framework of the reaction force; the reaction force constant is used to gain insights into the synchronicity of the mechanisms and the reaction electronic flux helps to characterize the electronic activity taking place during the reaction. DFT calculations at the B3LYP/6‐31+G(d,p) level show a clear difference in the mechanisms of the base promoted or base free caryolene formation reactions. © 2016 Wiley Periodicals, Inc.     

Traditional and modern approaches to the synthesis of quinoline systems by the Skraup and Doebner-Miller methods. (Review)

Recent data on classical and modified methods for the synthesis of quinoline systems by the Skraup and Doebner-Miller reactions, not included in reviews on heterocycles, are discussed. __________ Translated from Khimiya Geterotsiklicheskikh Soedinenii, No. 6, pp. 803–824, June, 2006.     

Electrochemical reduction of some methanofullerenes. On the mechanism of the retro-Bingel reaction

The reactions of electrochemical reduction of methanofullerenes bearing phosphonate and alkoxycarbonyl groups at theexo-carbon atom were studied. The mechanism of the retro-Bingel reaction as the cleavage of two C−C bonds between the C(61) atom and the fullerene shell accompanied by electrochemical electron transfer was proposed. Translated fromIzvestiya Akademii Nauk. Seriya Khimicheskaya, No. 3, pp. 426–429, March. 2000.     

Investigations of the stereoselectivity of the intramolecular Diels-Alder reaction of a spiculoic acid model system

Model linear precursors to the spiculoic acids were prepared and underwent thermally induced IMDA reactions. The configuration of C5 in the stereotriad was found to dominate any inherent endo/exo selectivity of the IMDA reaction. The isomer (2E,5S)-20 underwent the IMDA to give the spiculoic acid stereochemistry in 84% yield and 94% ds. The required stereotriads were synthesised using stereoselective substrate-controlled aldol reactions; an anti-boron aldol reaction, controlled by the π-facial preference of (S)-2-benzoyloxypentan-3-one ((S)-27) led to (5R)-(22) and a syn-titanium aldol reaction, under the stereocontrol of a chiral N-acylthiazolidinethione (42) led to (5S)-(22). Chain extension using standard Wittig, HWE and ‘modified’ Julia olefinations installed the diene and dienophile components giving the linear precursors to the IMDA reactions.