卟吩内氢迁移反应的质子化效应

采用B3LYP/6-31G~(**)方法在Gaussian03程序下,优化去质子化卟吩(PH~-)和单质子化卟吩(PH_3~+)的结构后发现,PH~-和卟吩(PH_2)一样具有平面构型,但PH_3~+的3个内氢原子存在明显的静电排斥和空间位阻,构型发生非平面扭曲。在相同的条件下优化得到PH~-和PH_3~+内氢迁移反应的过渡态,通过与卟吩(PH_2)比较,分析质子化对内氢迁移反应速率的影响。结果表明,PH~-的过渡态构型与PH_2过渡态的结构参数基本相同,内氢迁移速率相差不大(PH~-仅为PH_2的一半);但PH_3~+的过渡态构型偏离平面的程度远小于平衡态,从平衡态到过渡态,共轭效应明显增强,PH_3~+的活化焓远小于PH_2,故PH_3~+的内氢迁移速率明显大于PH_2。     

氰酸和异氰酸异构化反应的量子化学计算研究

主要采用密度泛函理论(DFT)方法,在B3LYP/6-31 G(d,p)水平上,优化了氰酸、异氰酸的结构,分别得到氰酸的能量为-168.69356 a.u,异氰酸的能量为-168.73227 a.u,并对过渡态进行了反应的内禀反应曲线IRC计算.计算结果表明氰酸、异氰酸的异构化反应易于进行,反应以生成异氰酸为主,而且这个反应是一个典型的氢迁移反应.     

取代基对水合5-羟基异噁唑质子转移影响的理论研究

在RHF／6-31G水平上,考察了三水合5-羟基异嗯唑(HIO·3H2O)及其3-位取代衍生物的基态质子转移反应。优化并计算了HIO·3H2O及其它水合衍生物和质子互变异构体的几何构型和振动频率分析,并用QTS2方法获得质子转移过程的过渡态。进一步根据统计热力学原理及过渡态理论,研究了该体系质子互变异构体之间相互转化的热力学及动力学性质。计算结果表明,在所研究的异(?)唑化合物中,吸电子取代基的醇式结构比酮式结构稳定,反应的速率较快;而供电子取代基的酮式比醇式结构稳定,质子转移的能垒较高。该研究对选择适当5-羟基异嗯唑的衍生物作药物合成中间体及取代基对质子转移的影响方面具有重要意义。     

氢化卟吩内氢迁移反应的理论研究

采用B3LYP／6-31G**方法在Gaussian03程序下,优化氢化卟吩的结构和能量,并寻找与内氢迁移反应相关的过渡态构型,通过比较,分析β位氢化对内氢迁移反应速率的影响。计算结果表明,β位氢化会迅速降低体系cis→trans的内氢迁移反应速率(达到10-4数量级),其影响明显高于β位取代。     

从头算及变分过渡态理论研究尿素和甲醛的反应

用从头算方法在MP2/6-31+G(d)水平下研究了尿素和甲醛反应机理,在从头算给出的信息基础上,用变分过渡态理论加小曲率隧道效应计算了(200~3000)K温度范围内尿素和甲醛反应的速率常数。脲与甲醛的反应是较简单的加成反应,反应的基元过程主要是氮氢键的断裂和氧氢键的生成。在MP2/6-31+G(d)理论水平下,反应的势垒高度为32.83kcal·mol-1。计算的速率常数展示出较强的非Arrhenius行为,速-温关系3参数公式拟合为:k (T )=(3.32×10(-43) )T (8.32)exp( -9027.8 / T) /(cm 3 ·molecule (-1) ·s( -1) )。     

3-COOH,CSOH吲唑水助质子转移的反应机理

用密度泛函B3LYP/6-311G~(**)理论,全自由度优化气相和水相中3-COOH、CSOH吲唑互变异构体的几何构型,得其气相和水相中的几何结构和电子结构,PCM用于水相计算反应场的溶剂模型。在气相和水相中,3-COOH、CSOH吲唑的N1-H形式比N2-H形式稳定。研究3-COOH、CSOH吲唑水催化质子迁移的反应机理后,得出N(1)、N(2)、H(11)、O(19)、H(20)组成平面五元环的过渡态结构。探讨过不同的3-取代基团和溶剂化效应对互变异构体的几何结构、能量、电荷分布以及互变异构反应活化能的影响等。     

利用HyperChem获取反应过渡态的方法

利用HyperChem的动态数据交换DDE(Dynamic Data Exchange)功能，通过Excel中的Visual BasicA编程来控制HyperChem的运行，从而控制反应过程中的反应坐标和反应步长，计算得到反应系统沿反应坐标的能量变化曲线，从而可获取反应的过渡态和活化能△E。利用该计算方法搜寻了喹啉分子在S-Mo-Ni催化剂晶体表面催化加氢反应的过渡态，取得较好的效果。利用该方法可以确定复杂反应过渡态，从而为实验研究起理论指导作用。     

CHF+O2反应的理论研究

为了弄清CHF与O2反应在单重态势能面(PES)上的机理,我们在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上对该反应作了详细的理论研究。优化了反应势能面上的反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,并在相同水平上用内禀反应坐标法确认了中间体和过渡态之间的相关性。为了获得准确的能量,我们将B3LYP/6-311++G(d,p)方法优化得的各驻点几何构型用QCISD/6-311++G(d,p)作了单点能计算。研究发现CHF+O2反应,第一步经无势垒络合生成HFCOO,然后经过一系列的异构化和断键过程,生成P1(HCO+FO)、P2(HF+CO2)和P3(CO+HOF)。其中P1(HCO+FO)通道最缺乏竞争力,而P2(HF+CO2)通道最有优势。在产物P2和P3的生成路径中,所有的过渡态能量都低于反应物,因而该反应在低温中起着重要作用。     

CH3S与CH2SH自由基反应的密度泛函理论研究

用量子化学从头算和密度泛函理论(DFT)对CH3S与CH2SH自由基反应进行了研究。在B3LYP/6-311+G(d,p)水平上优化了反应通道各驻点物种(反应物、中间体、过渡态和产物)的几何构型,用内禀反应坐标(IRC)计算和频率分析的方法对过渡态结构及连接性进行了验证。在QCISD(T)/6-311++G(d,p)水平上计算了各物种的单点能,并对总能量进行了零点能校正。研究结果表明,CH3S与CH2SH反应为多通道反应,有3条可能的反应通道。反应物首先通过C-S键相互作用形成链状碳-硫偶合中间体IM1,再经过裂解和脱氢气机理生成主要产物P1(CH3SH+CH2S)和次要产物P2和P3。根据势能面分析,所有反应均为吸热反应。相对于CH3S与CH2SH,各产物能量分别为(-175.2,335.5和331.5)kJ.mol-1。     

叠氮酸与氨氰环加成反应的理论研究(英文)

采用B3LYP、QCISD、MP2方法在6-311+G(d)基组水平上对叠氮酸与氨氰环加成反应进行了详细研究。首先对所有的反应物、过渡态和产物的构型进行了全参数优化,并用频率分析和内禀反应坐标(IRC)方法对过渡态进行确认。以步长为0.1(amu)1/2 bohr的内禀反应坐标方法在B3LYP/6-311+G(d)方法和基组水平上计算了内禀反应坐标s为(-3.00～3.00)(amu)1/2 bohr范围内反应的键长、振动频率、NBO电荷变化情况。根据统计热力学方法和用Wigner校正的Eyring过渡态理论,计算了(200～450)K温度范围内反应热力学函数及速率常数,探讨了温度对反应的影响。结果表明,反应经过过渡态TS生成5-AT的活化能为117.14 kJ/mol(B3LYP)、130.18 kJ/mol(QCISD)和106.24 kJ/mol(MP2),产物的相对能量为-74.24 kJ/mol(B3LYP)、-87.01 kJ/mol(QCISD)和-79.09 kJ/mol(MP2);反应随温度的升高更具有动力学优势,但在热力学上低温下更易于进行,因此,结合热力学和动力学因素,我们认为(300～350)K是该反应的适宜温度。     

(E)-N-(4-氨基正丁基)-3-(3-羟基-4-甲氧基-苯基)丙烯酰胺顺反构象异构化的理论研究

在HF/6-31G(d)水平上寻找(E)-N-(4-氨基正丁基)-3-(3-羟基-4-甲氧基-苯基)丙烯酰胺的顺反构象异构化的过渡态,计算得到了顺反异构化的势垒,揭示其在常温下反式和顺式异构体可迅速转化,但顺式异构体占绝大部分。在B3LYP/6-311 G(2d,p)水平上用GIAO方法计算两种异构体的~1H和~(13)C NMR的化学位移,通过对理论计算值与实验值的统计分析,显示顺式构象的计算值与实验值较为接近,实验结果证实了理论推断的正确性。     

密度泛函理论和从头计算法研究环戊二烯衍生物气态酸度及其取代基效应

用B3LYP／6-311G(2df,p)／／B3LYP／631 G*和MP2／6-311G(d,p)／／B3LYP／6-31 G*方法准确地预测了9个系列的环戊二烯衍生物(R=CN,CF3,CHO,C283,F,SiH3,H,CH3,OH,NH2)的C-H键的酸度。环戊二烯衍生物气态酸度的范围从284.9 kcal／mol (化合物5a)到357.24kcal／mol(化合物7j),分析取代基的电性、数量以及位置的影响得到了9个QSAR方程。这些数据有助于我们设计以及合成一些有机酸,并有助于深刻理解相关反应中环戊二烯衍生物的性质。     

3-甲基-7-二乙氨基-1,4-氧氮杂萘-2-酮的波谱性质量子化学从头计算

以合成的重要荧光材料3-甲基-7-二乙氨基-1,4-氧氮杂萘-2-酮为例子,进行了一些有机含氮杂环化合物的红外、核磁性质Hartree-Fock(HF)和密度泛函(DFT)量子化学从头计算研究。通过系统构象搜寻,对低能量稳定构象进行了红外振动频率和1H、13C-NMR及偶合常数等光谱学性质的计算,并对计算结果进行详细的归属和解析。在化学位移计算方面,HF／631g(d)和DFT／BG3LYP／6311 g(2d,p)方法计算结果相当。但对于自旋偶合常数的计算,用HF／631g(d)方法不能得到准确的结果,只能用密度泛函大基组的方法才能得到比较准确的结果。计算结果表明有机分子光谱性质的理论计算尤其是核磁性质的计算是一种非常有效的辅助结构确定方法。     

丙烯酸正丁酯聚合的Diels-Alder反应机理理论研究

本文从理论上对丙烯酸正丁酯(nBA)自引发聚合的Diels-Alder反应机理进行了研究.利用DFT方法在UB3LYP/6-31G*水平上对反应的最低能量路径进行了计算,各驻点能量分别采用MP2/6-311G**和B3LYP/6-311 G(3df;2p)进一步精确计算.结构表明:此Diels-Alder反应仅包括一种途径,即路径(I),另一条途径在热力学不支持.     

用密度泛函理论研究苦参碱质子转移的异构化

采用密度泛函B3LYP/6-311G(d,p)方法和分子内质子迁移及水助质子迁移2种途径,计算苦参碱酮式与烯醇式互变异构反应,得到各异构体和过渡态的结构及变化过程中的活化能、反应焓、活化吉布斯自由能等性质。结果表明:苦参碱结构中有3个椅式和1个近扭船式六元环。无论是孤立分子还是一水合物,其酮式是最稳定结构。水助质子迁移可以大大降低反应活化能,其氢键起重要作用。得到了非平面四元环及六元环的过渡态,其碳原子杂化方式均为sp~3。     

正己烷裂解反应自由基模型的理论研究

采用量子化学法研究了模型化合物正己烷裂解过程,并计算其动力学参数。依据自由基理论,建立由216个基元反应组成的正己烷裂解反应自由基模型,用CBS-QB3法计算链引发和终止反应动力学参数,用MPW1B95/6-311+G(2d,2p)法计算链增长反应动力学参数。根据动力学参数计算结果,忽略相对不重要的反应,将模型简化为160个基元反应。模拟计算表明,在相同的裂解条件下,简化模型模拟结果与完整模型模拟结果一致,各组分相差不大于0.1%wt;建立的动力学模型对主要产物收率预测较好,与实验值相差小于0.7%wt,可正确地预测正己烷裂解产物的组成和各组分含量沿反应管长度的分布,为进一步研究复杂的烃裂解过程提供了基础。     

2-锗萘与2,3-二甲基丁二烯杂Diels-Alder反应的研究

采用密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311G(d,p)水平上,研究2-锗萘作为亲二烯体与2,3-二甲基丁二烯的杂Diels-Alder反应的微观机理和势能剖面,考察反应的取代基效应和溶剂效应.计算结果表明,所研究反应均以协同非同步的方式进行,且C-Ge键总是先于C-C键形成.发生在Cl-Ge2位上的反应中,形成2个新键的非同步性比发生在Ge2-C3位上的大,且前者在热力学和动力学上都比后者容易进行,与实验完全一致.exo进攻方式在动力学上都比相应的endo容易,但二者在热力学上的差别一般比较小.锗原子上的CCl3和NH2取代基,一般有利于反应,而C(CH3)3取代基则相反.苯溶剂对所研究反应的势能剖面影响较小.