GeX2(X=F,Cl)与甲醛环加成反应机理的理论研究

在从头算方法HF/6311+G水平上研究了单重态GeX2(X=F,Cl)与甲醛的环加成反应,找到了反应的中间配合物和过渡态,并在MP4(SDTQ)/6311+G计算水平上进一步进行单点算,对得到的复合物以振动频率确认其驻点性质(过渡态和稳定态),讨论了其反应机理.结果表明,二氟锗烯与甲醛的环加成反应分两步进行,第一步生成中间配合物,是一个无势垒的放热反应;第二步是中间配合物异构化为产物%D二氟锗杂环氧甲烷,计算的反应势垒为196.4kJ/mol,是整个反应发生的控速步骤.而在二氯锗烯与甲醛环加成反应中,对应的控速步骤的能垒仅为125.7kJ/mol.与二氟硅烯与甲醛环加成反应相比,二氟锗烯与甲醛的环加成反应速率要慢一些,而二氯锗烯与甲醛环加成反应速率则与其相当.     

乙醇-水分子团簇(C2H5OH)nH2O(n=1-4)的稳定结构特性研究

采用密度泛函理论M06-2X方法, 在6-311 ++G(2d,2p)// 6-311 ++G(d,p)基组水平上对乙醇-水分子团簇(C2H5OH)nH2O(n=1-4)进行计算, 得到乙醇-水分子团簇的各种稳定构型, 并对乙醇水分子团簇的结构特点进行了分析, 优化的各种低能结构、结构参数、氢键、结合能、平均氢键参数、NBO电荷分布等．结果表明: 最低能稳定结构都是环状的, 而且这些团簇除了形成O―H…O型主氢键外, 还有另一种作用方式C―H…O, 称之为次氢键．虽然C―H…O氢键远弱于O―H…O氢键, 但是对团簇的某些性质也有一定的影响.     

乙醇-水分子团簇(C2H5OH)nH2O(n=1-4)的稳定结构特性研究

采用密度泛函理论M06-2X方法, 在6-311 ++G(2d,2p)// 6-311 ++G(d,p)基组水平上对乙醇-水分子团簇(C2H5OH)nH2O(n=1-4)进行计算, 得到乙醇-水分子团簇的各种稳定构型, 并对乙醇水分子团簇的结构特点进行了分析, 优化的各种低能结构、结构参数、氢键、结合能、平均氢键参数、NBO电荷分布等．结果表明: 最低能稳定结构都是环状的, 而且这些团簇除了形成O―H…O型主氢键外, 还有另一种作用方式C―H…O, 称之为次氢键．虽然C―H…O氢键远弱于O―H…O氢键, 但是对团簇的某些性质也有一定的影响.     

Cu(Ι)催化合成六氢氮类杂卓衍生物反应机理的研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,研究了Cu(I)催化六氢氮杂卓衍生物偶联反应的微观反应机理。在6-31+G(d)的水平下,对反应路径中的所有反应物、中间物、过渡态和产物进行了构型优化,通过振动频率分析及内禀反应坐标(IRC)计算对过渡态进行了验证,应用自然键轨道理论(NBO)和分子中的原子理论(AIM)分析了这些物质的轨道间相互作用及成键特征。报道了可能的反应通道CuI+R1+R2→IM2→TS1→IM3→TS2→IM4→IM5→TS3→IM6→TS4→IM7→P1→P1 +IM8→IM9a→TS5a→IM10a→TS6a→IM11a→IM12→TS7→IM13→TS8→IM14→TS9→IM15→P2活化能相对较低,是主要的反应通道。同时对比研究了在没有Cu(Ι)催化剂时,反应的活化能为199.01kJ/mol,而在Cu(Ι)催化下,反应活化能为176.94kJ/mol,说明了Cu(Ι)催化剂促进了反应的进行。     

Cu(Ι)催化合成六氢氮类杂卓衍生物反应机理的研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,研究了Cu(I)催化六氢氮杂卓衍生物偶联反应的微观反应机理.在6-31+G(d)的水平下,对反应路径中的所有反应物、中间物、过渡态和产物进行了构型优化,通过振动频率分析及内禀反应坐标(IRC)计算对过渡态进行了验证,应用自然键轨道理论(NBO)和分子中的原子理论(AIM)分析了这些物质的轨道间相互作用及成键特征.报道了可能的反应通道CuI+R1+R2→IM2→TS1→IM3→TS2→IM4→IM5→TS3→IM6→TS4→IM7→P1→P1+IM8→IM9a→TS5a→IM10a→TS6a→IM11a→IM12→TS7→IM13→TS8→IM14→TS9→IM15→P2活化能相对较低,是主要的反应通道.同时对比研究了在没有Cu(Ι)催化剂时,反应的活化能为199.01kJ/mol,而在Cu(Ι)催化下,反应活化能为176.94kJ/mol,说明了Cu(Ι)催化剂促进了反应的进行.     

4,7-二(5-溴噻吩-2-基)-2,1,3-苯并噻二唑低聚物光伏性能的理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似方法, 在PW91/DNP水平上研究了4,7-二(2-溴代噻吩-5-基)-2,1,3-苯并噻二唑(简称DT(Br)BT)的低聚合物(DT(Br)BT)n(n=1~6)的稳定构型、前线轨道和吸收光谱. 结果表明: 随着聚合度增加, (DT(Br)BT)n的聚合能增强, 前线轨道能隙变窄, 而且(DT(Br)BT)2和(DT(Br)BT)5-ring均为平面构型. 光谱分析表明: DT(Br)BT单体的最强吸收峰384 nm在紫外区; 当n=2~6时,(DT(Br)BT)n的吸收峰均发生红移, 而且环状聚合物红移程度不如链状聚合物红移程度大;(DT(Br)BT)2最强吸收峰757 nm在可见光区, 其余(DT(Br)BT)n(n=3~6)的最强吸收峰都在红外区. 通过比较稳定构型、前线轨道和吸收光谱表明, (DT(Br)BT)2和(DT(Br)BT)5-ring具有更好的光伏性能, 此研究结果对太阳能电池材料的发展具有潜在的指导意义.     

Si掺杂4,7-二(2-噻吩基)苯并噻二唑-3-辛基噻吩二炔在SnO_2(100)表面吸附的理论研究

采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,在GGA/PW91/DNP水平上研究了4,7-二(2-噻吩基)苯并噻二唑-3-辛基噻吩二炔(简称PTE-DTBT)和Si掺杂4,7-二(2-噻吩基)苯并噻二唑-3-辛基噻吩二炔(简称PTE-DTBT-Si)在SnO_2(100)表面的吸附.通过吸附前后化合物PTE-DTBT和PTE-DTBT-Si的Mulliken charge和前线轨道分析表明:当PTE-DTBT和PTE-DTBT-Si吸附在SnO_2(100)表面时,PTE-DTBT向SnO_2(100)表面转移了0.059 e电荷,SnO_2(100)表面向PTE-DTBTSi转移0.042 e电荷;同时前线轨道能隙变窄.通过吸附前后SnO_2(100)表面的能带和态密度分析表明:在SnO_2(100)表面吸附了化合物PTE-DTBT和PTE-DTBT-Si后,SnO_2中价带和导带间的禁带变窄或消失.且研究表明,PTE-DTBT掺杂一个Si原子后,电池材料光伏性更好.     

2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面的裂解机理

本文研究了2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面解离的可能微观反应机理,使用完全线性同步和二次同步变换(complete LST/QST)方法确定解离反应的过渡态。采用基于第一性原理的密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法,优化了2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇裂解反应过程各物种在Ni(100)表面的top,hollow和bridge位的吸附模型,计算了能量,并对布局电荷进行了分析,得到了各物种的有利吸附位。结果表明： 2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面都存在β-H和γ-H两个平行竞争的解离过程,其中2-丙醇在Ni(100)表面β-H解离的速控步骤活化能为64.7 kJ∙mol-1,而γ-H解离速控步骤活化能为233.1kJ∙mol-1,故β-H解离过程占优势,主要产物是CH3COCH3;相反,1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面β-H解离的速控步骤活化能为257.1 kJ∙mol-1,而γ-H解离速控步骤活化能为148.1kJ∙mol-1,故γ-H解离过程占优势,主要产物是CF3CH=CH2。由此说明,电负性更大的氟原子取代2-丙醇中的氢原子之后,2-丙醇在Ni表面的解离机理发生了改变。理论预测结果与实验结论一致。     

2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面的裂解机理

本文研究了2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面解离的可能微观反应机理,使用完全线性同步和二次同步变换(complete LST/QST)方法确定解离反应的过渡态.采用基于第一性原理的密度泛函理论与周期平板模型相结合的方法,优化了2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇裂解反应过程各物种在Ni(100)表面的top,hollow和bridge位的吸附模型,计算了能量,并对布局电荷进行了分析,得到了各物种的有利吸附位.结果表明:2-丙醇和1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面都存在β-H和γ-H两个平行竞争的解离过程,其中2-丙醇在Ni(100)表面β-H解离的速控步骤活化能为64.7 k J·mol-1猯,而γ-H解离速控步骤活化能为233.1 k J·mol-1猯,故β-H解离过程占优势,主要产物是CH3COCH3;相反,1,1,1-三氟-2-丙醇在Ni(100)表面β-H解离的速控步骤活化能为257.1 k J·mol-1猯,而γ-H解离速控步骤活化能为148.1 k J·mol-1猯,故γ-H解离过程占优势,主要产物是CF3CH=CH2.由此说明,电负性更大的氟原子取代2-丙醇中的氢原子之后,2-丙醇在Ni表面的解离机理发生了改变.理论预测结果与实验结论一致.     

(H2O)n (n=1-3)和H2SO4作用下H2CO3气相分解反应机理的理论研究

本文利用CCSD(T)/6-311++(3df,3pd)//B3LYP-D3/6-311++G(3df,3pd)+ 0.9686×ZPE理论方法对(H2O)n (n=1-3)和H2SO4存在与不存在的情况下,H2CO3气相分解反应机理进行了理论研究。计算结果表明(H2O)n (n=1-3)和H2SO4都能使H2CO3气相分解反应的能垒显著地降低,其催化能力按由强到弱的顺序是H2SO4>(H2O)2>(H2O)3>H2O。     

Si(001)-(2*2*1):H表面O2吸附的密度泛函理论研究

建立了一种计算Si(001)-(2×2×1):H表面O2吸附的理论模型．在周期性边界条件下,采用基于密度泛函理论广义梯度近似的超软赝势法对Si(001)-(2×2×1):H表面O2吸附进行了第一性研究．通过占位能的计算,得到了Si(001)-(2×2×1):H表面O2的最佳吸附位置．计算结果表明吸附后的反应产物应为Si=O和H2O,从理论上支持了D．Kovalev等人提出反应机制．     

Mechanism of heterogeneous mercury oxidation by HCl on V2O5(001) surface

The selective catalytic reduction (SCR) system for NO_X removal in coal-fired power plants has a promoting effect on the oxidation and removal of elemental mercury. In this study, basic mechanism of mercury oxidation by V₂O₅-based SCR catalyst is investigated via density functional theory method and the periodic slab models. Calculations are conducted to determine the adsorption energies and geometries of Hg⁰, HgCl, HgCl₂ and HCl on V₂O₅(001) surface, and to reveal the energy profile of oxidation reaction and the structures of relative transition states and intermediates. The results indicate that HCl can significantly promote Hg⁰ oxidation on V₂O₅(001) surface, by forming an intermediate HgCl-surface which is important for Hg⁰ oxidation. The Hg⁰ oxidation goes through Hg⁰ → HgCl → HgCl₂, and the two stages of the reaction follow Eley–Rideal mechanism and Langmuir-Hinshelwood mechanism, respectively. The formation of HgCl₂ is the rate-determining step due to its high energy barrier. Three detailed reaction pathways are obtained, and the related energy profiles and structures are analyzed in detail. The Hg⁰ oxidation reaction can take place through all three pathways even if differences exist in each other, while pathways I and II have relatively low energy barriers.     

FeCl3催化2-(1-丙炔基)-2’-乙酰基联苯环化反应的机理研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法研究了2-(1-丙炔基)-2’-乙酰基联苯分子内环化生成菲衍生物的反应机理。结果表明,该反应在无催化剂和FeCl3催化下均能通过四元环和八元环路径生成产物,其相应的决速步骤分别为四元环和八元环的生成过程。在无催化剂时,四元环路径和八元环路径的决速步骤的能垒相差仅6.8kJ·mol-1,两条路径为竞争反应。在FeCl3催化下,四元环路径决速步骤的能垒为137.52 kJ·mol-1,比八元环路径的低57.4 kJ·mol-1,为优势反应路径。该能垒比没有催化剂时低114.23 kJ·mol-1,表明FeCl3对于该反应具有强的催化作用,能够有效地提高反应速率,使反应在温和的条件下进行。     

FeCl_3催化2-(1-丙炔基)-2'-乙酰基联苯环化反应的机理研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法研究了2-(1-丙炔基)-2'-乙酰基联苯分子内环化生成菲衍生物的反应机理.结果表明,该反应在无催化剂和FeCl_3催化下均能通过四元环和八元环路径生成产物,其相应的决速步骤分别为四元环和八元环的生成过程.在无催化剂时,四元环路径和八元环路径的决速步骤的能垒相差仅6.8 kJ·mol~(-1),两条路径为竞争反应.在FeCl_3催化下,四元环路径决速步骤的能垒为137.52 kJ·mol~(-1),比八元环路径的低57.4 kJ·mol~(-1),为优势反应路径.该能垒比没有催化剂时低114.23 kJ·mol~(-1),表明FeCl_3对于该反应具有强的催化作用,能够有效地提高反应速率,使反应在温和的条件下进行.     

FeCl3催化2-(1-丙炔基)-2’-乙酰基联苯环化反应的机理研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法研究了2-(1-丙炔基)-2’-乙酰基联苯分子内环化生成菲衍生物的反应机理。结果表明,该反应在无催化剂和FeCl3催化下均能通过四元环和八元环路径生成产物,其相应的决速步骤分别为四元环和八元环的生成过程。在无催化剂时,四元环路径和八元环路径的决速步骤的能垒相差仅6.8kJ·mol-1,两条路径为竞争反应。在FeCl3催化下,四元环路径决速步骤的能垒为137.52 kJ·mol-1,比八元环路径的低57.4 kJ·mol-1,为优势反应路径。该能垒比没有催化剂时低114.23 kJ·mol-1,表明FeCl3对于该反应具有强的催化作用,能够有效地提高反应速率,使反应在温和的条件下进行。     

密度泛函理论研究碱金属原子在完美氧化镁(001)表面的吸附

基于平面波赝势法的密度泛函理论系统地研究了孤立碱金属原子(锂、钠、钾、铷、铯)在完美氧化镁(001)表面的吸附. 锂在氧位表面上的吸附能是0.72 eV,大约是其它碱金属的3倍. 锂和表面氧之间较强的相互作用主要是来源于共价键的作用,这可由态密度和差分电荷密度的分析所证实. 讨论碱金属在MgO(001)表面吸附的成键机理.     

Ba和Sr原子在ZnO(0001)表面吸附的密度泛函理论研究

我们采用密度泛函理论下的平面波赝势方法研究Ba和Sr原子在ZnO(0001)表面的吸附结构和性质,仔细研究了三个吸附位（T4, H3 and Top）。发现Ba和Sr吸附在表面的H3和T4位时,他们之间的结合能相差很小,且这两种金属更易于吸附在表面的T4位,我们把计算的结果与贵金属在ZnO(0001)表面的吸附行为及前人的实验结果进行了比较,理论上发现Ag和Au易于吸附在ZnO(0001)表面的H3位,而实验上观察到即使在很小吸附比的条件下ZnO(0001)表面上也能形成Cu的团簇结构,这主要是由于Cu和ZnO(0001)表面衬底强的相互作用所致。     

Ba和Sr原子在ZnO(0001)表面吸附的密度泛函理论研究

我们采用密度泛函理论下的平面波赝势方法研究Ba和Sr原子在ZnO(0001)表面的吸附结构和性质,仔细研究了三个吸附位（T4, H3 and Top）。发现Ba和Sr吸附在表面的H3和T4位时,他们之间的结合能相差很小,且这两种金属更易于吸附在表面的T4位,我们把计算的结果与贵金属在ZnO(0001)表面的吸附行为及前人的实验结果进行了比较,理论上发现Ag和Au易于吸附在ZnO(0001)表面的H3位,而实验上观察到即使在很小吸附比的条件下ZnO(0001)表面上也能形成Cu的团簇结构,这主要是由于Cu和ZnO(0001)表面衬底强的相互作用所致。     

Computational studies on the thermal decomposition of the CH2FOCHFO radical

Theoretical studies have been carried out on the kinetics and thermochemistry of the thermal decomposition of the CH₂FOCHFO radical formed during the photo-oxidation of CH₂FOCH₂F (HFE-152E) using the dual-level method of obtaining the optimised structure at DFT(M06-2X)/6-311++G(d,p) followed by a single-point energy calculation at the G3 level of theory. The rate constant for different reaction channels involved during the decomposition processes of CH₂FOCHFO is evaluated at 298 K and 1 atm using canonical transition-state theory. The results point out that the C–H bond scission is the dominant path involving an energy barrier of 9.5 kcal mol^?1 determined at the G3 level of theory. A potential energy diagram is constructed and the results are compared with the data available from the literature for a structurally similar molecule.     

程序性死亡蛋白配体1抑制剂2-甲基-3-二苯基甲醇衍生物的定量结构活性关系研究

本文研究了二十种2-甲基-3-二苯基甲醇衍生物衍生物作为PD-L1抑制剂的定量结构活性关系. 用密度泛函理论在B3LPY/6-31+G(d,p)水平对它们的结构和性质进行计算,求得最高占有轨道能级E_HOMO、最低空轨道能级E_LUMO、总能量E_T、 偶极矩DM、绝对硬度?、绝对电负性χ、软度S、电负性ω和能隙ΔE等性质. 用主成分分析(PCA)、多元线性回归(MLR)和多元非线性回归(MNLR)建立它们的定量结构活性关系(QSAR). 基于统计分析构建定量模型并预测化合物的性质. MLR和MNLR统计结果的相关系数R²分别为0.661和0.758. 用留一法交叉检验(LOO-CV),r²_m检验和“Golbraikh&Tropsha”标准分析用于检验MLR和MNLR模型的稳健性. 结果表明两种模型均具有统计显著性和稳健性,两种模型均能预测其生物活性,可用于PD-L1免疫检查点抑制剂生物活性的预估.