Ru(II)催化有机叠氮与炔反应机理的理论研究

采用密度泛函理论, 对在Ru(II)催化剂存在下, 有机叠氮化合物和末端炔的反应机理作了深入理论研究. 在B3LYP/LANL2DZ水平上, 对该反应体系中势能面各驻点的几何构型进行了全优化计算, 并经振动频率分析确定了过渡态和中间体, 通过内禀反应坐标(IRC)的计算, 确认了反应物、中间体、过渡态和产物的相关性. 对多个反应通道的协同反应以及分步反应进行了研究. 结果表明: 协同反应通道Ic和分步反应通道IIc是反应能垒较低的反应通道, 活化自由能较其它反应通道低, 有利于1,5-二取代1,2,3-三唑的生成, 具有特定的区域选择性, 与实验结果吻合.     

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。     

金属Ir4 Cluster催化丙烯加氢反应势能面的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)对金属Ir4 cluster催化丙烯Propene加氢反应的反应机理进行了理论研究. 在B3LYP理论水平下优化了反应通道上反应物、中间体、过渡态和产物各驻点物种的几何构型, 构建了该反应的基态势能面. 计算结果表明, Ir4 cluster催化丙烯加氢反应, 主要通过3条反应通道(c,d和e)进行. 主反应通道c 是H1原子先经过中间体1加成到丙烯的边端C上形成中间体3, 然后H2原子经过渡态TS3—5, 中间体5和过渡态TS5-P加成到中间C上生成产物P. c通道无论从动力学角度还是热力学角度都是最有利的; 反应通道d和e中的最高势垒和通道c上的相比差别不大, 具有一定的竞争性, 是次通道.     

过氧亚硝酸与酪氨酸的反应机理

用密度泛函理论(DFT)研究了过氧亚硝酸与酪氨酸的反应机理. 在B3LYP/6-311G(d,p)水平上对该反应体系的反应物、中间体、过渡态和产物进行了几何构型优化并计算了振动频率和能量. 计算结果表明, 过氧亚硝酸不易直接与酪氨酸反应, 而是先分解产生自由基(·OH和·NO2), 而后再与酪氨酸分步作用. 过氧亚硝酸与酪氨酸的反应生成两种主要产物, 分别为3-羟基酪氨酸和3-硝基酪氨酸, 这一结论与实验所得到的结果一致. 此外在同一计算水平上采用SCRF(PCM)方法计算了溶剂化效应, 结果表明, 极性溶剂可以增加自由基结合的稳定化能, 并降低反应通道的活化能, 有利于反应的进行.     

CuCl2催化（2-甲基辛烷-2,3-二烯-4-基）磷酸乙酯氯代环化反应机理理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法对CuCl2催化的(2-甲基辛烷-2,3-二烯-4-基)磷酸乙酯氯代环化反应机理进行了理论研究.在6-31+G(d)基组水平上对反应机理中所有反应物、过渡态、中间体和产物进行了优化,通过能量和振动频率分析以及IRC计算证实了中间体和过渡态的合理性.在相同基组水平上应用自然键轨道(NBO)理论和分子中的原子(AIM)理论分析了复合物的成键特征和轨道间相互作用.反应物R和催化剂CuCl2可通过IA和IB两条可行反应通道生成中间体IM9,控制步骤活化能分别是129.61和142.10kJ/mol.中间体IM9到产物P也有两条反应路径PA和PB,控制步骤活化能分别是179.55和9.83kJ/mol.整个反应机理中IA→PB和IB→PB反应通道可能同时发生,反应控制步骤活化能最低反应通道为IA→PB.     

氧原子与羟亚甲基自由基反应机理的理论研究

用量子化学从头计算法对氧原子与羟亚甲基自由基在最低双重态势能面上的反应进行了研究,计算了势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量。计算采用G2(MP2)理论方法。计算结果表明,反应首先形成中间体OCH_2OH,而后经不同过渡态解离为H_2CO+OH或H+HCOOH。由中间体形成甲醛和甲酸的过渡态的能量分别比反应物低202.5和355.3kJ/mol,计算得到2个反应通道的反应热分别为-314.1和-402.9kJ/mol,与实验结果(-307和-398kJ/mol)符合很好。根据能量数据可以预言形成甲酸的通道将是主要的反应通道。     

ClO与ClO自由基反应机理及电子密度拓扑分析

利用密度泛函理论对ClO与ClO自由基反应机理进行了深入理论探讨,在B3LYP/6-311＋＋G（3df）水平上对该反应体系的反应物、中间体、过渡态及产物进行了几何构型优化,对反应通道进行了IRC(内禀反应坐标）路径解析,计算了沿各反应通道的能垒和离解能,并进行了零点能校正.从量子拓扑学的角度,对反应通道IRC途径上一些重要点进行了电子密度拓扑分析,讨论了反应过程中化学键的断裂、生成以及键的变化规律,找到了反应途径的能量过渡态和结构过渡态.     

单重态二溴卡宾和甲醛环加成反应的量化研究

采用量子化学密度泛函理论,研究了单重态二溴卡宾和甲醛环加成反应的机理.在B3LYP/6-31G*基组水平上,优化得到了反应途径上反应物、过渡态、中间体和产物的几何构型;计算并考察了四种可能反应途径势能面上各驻点的构型参数、振动频率和能量;通过振动分析对过渡态和中间体构型进行了确认.计算结果表明,二溴卡宾和甲醛反应有四条反应通道,其中c反应通道(即0°-0°型)控制步骤的活化能仅为13.7 kJ·mol－1,反应容易进行.     

OH+C_2H_2N←C_2H_3+NO→OH+C_2H_2N反应机理的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论研究了反应通道(a)C2H3+NO→CH3+NCO和(b)C2H3+NO→OH+C2H2N的反应机理.在B3LYP/6-31G(d)水平上优化了反应物、中间体、过滤态、产物的几何构型,通过频率分析确定了11个中间体和10个过渡态.所有的反应物、中间体、过渡态、产物都在CCSD/6-311++G(d,p)水平上进行了单点能较正.并讨论了反应的异构化过程.计算结果表明10是能量最低的中间体,比反应物的能量低308 479kJ/mol;过渡态1/3,2/5,3/4,4/8比反应物的能量高,其中3/4是能量最高的过渡态,比反应物的能量高91 894kJ/mol.通道(a)和(b)的理论放热值分别为111 059和96 619kJ/mol.     

N'-苯亚甲基-苯并酰肼气相高温分解反应机理的密度泛函研究

利用密度泛函理论研究了N'-苯亚甲基-苯并酰肼气相高温分解生成苯腈和苯甲酰胺的反应机理.首先用B3LYP/6-31G(d,p)方法优化反应中反应物、过渡态、中间体及产物的几何构型,然后通过振动分析确认了过渡态的结构,并通过内禀反应坐标方法(IRC)确认能量最低的反应途径.报道了3条可能的反应通道,包括1条直接协同高温分解反应和2条先成环后协同高温分解反应途径,其中直接协同高温分解反应由于能垒低.因此发生的几率较大.     

DFT研究SiN与ClO反应的产物通道

利用量子化学从头算和密度泛函理论(DFT)对SiN和ClO反应机理进行了理论研究.在B3LYP/6-311 G(d,p)水平上优化得到了反应势能面上各驻点的几何构型;通过频率分析和内禀反应坐标(IRC)计算对过渡态与反应物和产物的连接关系进行确认.在CCSD(T)/cc-pVTZ水平上对各物种的能量进行校正,得到了反应势能面.计算结果表明：该反应体系存在单态和三态势能面,其中单态势能面上反应通道(1)和(2)是主反应通道,P4为主产物.     

木质素二聚体模型化合物热解机理的量子化学研究

β-O-4连接是木质素主体结构单元之间的主要联结方式。采用密度泛函理论方法B3LYP,在6-31G (d, p)基组水平上,对β-O-4型木质素二聚体模型化合物(1-愈创木基-2-(2-甲氧基苯氧基)-1,3丙二醇)的热解反应机理进行了研究。提出了三种热解反应途径:C_β-O键均裂的后续反应、C_α-C_β键均裂的后续反应以及协同反应。对各种反应的反应物、产物、中间体和过渡态的结构进行了能量梯度全优化,计算了各热解反应途径的标准动力学参数。分析了各种主要热解产物的形成演化机理以及热解过程中温度对热解机理的影响。计算结果表明,C_β-O键的均裂反应和协同反应路径(1)和(3)是木质素二聚体热解过程中主要的反应路径,而C_α-C_β键的均裂反应和协同反应路径(2)和(5)是主要的竞争反应路径;热解的主要产物是酚类化合物如愈创木酚、1-愈创木基-3-羟基丙酮、3-愈创木基-3-羟基丙醛、愈创木基甲醛和乙烯等。在热解低温阶段协同反应是热解过程中的主要反应形式,而在高温阶段自由基均裂反应是热解过程的主要反应形式。     

Theoretical Studies on the N-Phenylpyrrolidine Formation Mechanism Based on the Reaction of Phenylamine with 1,4-Butanediol

The reaction mechanism of phenylamine reacting with 1,4-butanediol to give N- phenylpyrrolidine was investigated with traditional transition state theory. Based on the experimental results, two reaction channels were discussed. The geometries of their reactants, products, intermediates and transition states were optimized. The possible transition State and activation energy were determined by vibrational analysis and IRC verification. And finally, the main reaction channel was given.     

多通道反应O(3P)＋CH2F的理论研究

用密度泛函理论研究了氧原子与氟代甲基自由基的反应.反应中出现的所有物种的平衡构型用B3LYP方法在6-311＋＋G（2d, 2p）基组水平上进行了优化，同时对各物种进行了频率分析；在同一理论水平上计算了各反应通道的势能面变化，分析了反应物、中间体、过渡态、产物的振动模式随反应途径的变化关系，阐明了该多通道反应的反应机理.     

硝酸溴与三重态氧原子反应机理的密度泛函研究

The theoretic study of reaction between BrONO2 and O(3P) is reported by using the molecular orbital ab initio and density function theory (DFT). Equilibrium structural parameters, harmonic vibrational frequencies, total energy and zero energy of reactants, transition states, inter mediates and products during reactions are computed by B3LYP theory level with the basis set 6-311+G(d,p). The transition states and inter mediates of the reaction are verified by frequency analysis, and the relation ship of reactants, transition states, intermediates and products is affirmed by Intrinsic Reaction Coordinate(IRC) calculation. The activation energy of the reaction has also been calculated. Based on the optimized structure, the single point energy of all species is obtained by CCSD(T) with the basis set 6-311+G(d,p). The results show that there are three exothermic channels and their corresponding products are: cis-Br ONO + 3O2, trans-BrONO + 3O2 and BrOO+NO2. The activation energy of three channels is 91.58, 101.25, 51.17kJ/mol under B3LYP and 141.19, 148.39, 103.21 kJ/molunder CCSD(T) theory level. The third channel is the dominant channel.     

HOSO+NO反应的机理及动力学

在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上研究了HOSO+NO的反应机理. 优化得到了反应势能面上各驻点的几何构型, 通过内禀反应坐标(IRC)确认了反应物、中间体、过渡态和产物的相关性. 在CCSD(T)/6-311++G(d,p)水平上对计算得到的构型进行了能量校正. 应用经典过渡态理论(TST)与变分过渡态理论(CVT), 并结合小曲率隧道(SCT)效应模型校正的方法计算了标题反应在200-3000 K温度范围内的速率常数k^TST、k^CVT和k^CVT/SCT. 计算结果表明: HOSO+NO反应在单重态和三重态条件下均可发生, 其中单重态反应为主反应通道, HNO+SO₂为主产物. 并利用电子密度拓扑分析方法研究主反应通道反应过程中的化学键变化.     

激发态Ti＋(3d14s2)与丙炔醇气相反应理论研究

用量子化学密度泛函(DFT)方法研究了激发态Ti^＋(3d¹4s²)与丙炔醇(PPA)气相反应的机理. 在B3LYP/DZVP水平上, 优化了反应的两个通道的反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型, 并在MP4/[6-311＋G**(C,H,O)＋Lanl2dz (Ti)]水平上计算了各驻点的单点能量. 为了确证过渡态的真实性, 在B3LYP/DZVP水平上进行了内禀坐标(IRC)计算和频率分析, 获得了二重态反应势能面, 确定了反应机理. 研究结果表明生成产物为[C₃H₃O]^＋和Ti—H的通道是主要反应途径.     

N-亚苯基氨基酰胺气相高温分解反应机理的密度泛函研究

利用密度泛函理论研究了N-亚苯基氨基酰胺气相高温分解生成苯腈和苯甲酰胺的反应机理。首先用B3LYP／6-31G(d,p)方法优化反应中反应物、过渡态、中间体及产物的几何构型,通过振动分析确认了过渡态的结构,并通过内稟反应坐标方法(IRC)确认能量最低的反应途径。本文报道了三条可能的反应通道,包括一条直接协同高温分解反应和两条先成环后协同高温分解反应途径,其中直接协同高温分解反应由于能垒低,因此发生的几率较大     

CH2＝CHCl与O(3P)反应的理论研究

用量子化学密度泛函理论和QCISD (Quadratic configuration interaction calculation)方法, 对O(³P)与CH₂CHCl的反应进行了理论研究. 在UB3LYP/6-311＋＋G(d,p), UB3LYP/6-31＋＋G(3df, 3pd)计算水平上, 优化了反应物、产物、中间体和过渡态的几何构型, 并在UQCISD(T)/6-311＋＋G(2df,2pd)水平上计算了单点能量. 为了确证过渡态的真实性, 在UB3LYP/6-311＋＋G(3df,3pd)水平上进行了内禀坐标(IRC)计算和频率分析, 并确定了反应机理. 研究结果表明, 反应主要产物为CH₂CHO和Cl.     

HS和HONO反应机理的研究

采用密度泛函和耦合簇理论方法研究了HS与HONO的反应机理.在B3LYP/6-311+G(2df,2p)水平上对HS+HONO反应中的所有物种进行了几何构型优化和频率分析,通过内禀反应坐标(IRC)确认了反应物、过渡态、中间体和产物之间的相关性;采用CCSD(T)/6-311+G(2df,2p)方法获得了各物种的单点能.计算结果表明:HS+HONO的主要反应通道为HS+cis-HONO→p2-cis-IM1→p2-cis-TS→p2-IM2→P2(H_2S+NO_2),其反应活化能为71.26kJ·mol~(-1).