苯硝化反应机理及其溶剂效应的理论研究

在密度泛函理论(DFT)非限制B3LYP/6-311G^**水平上, 求得苯与硝酰阳离子(NO₂⁺ )硝化反应势能面上的π-过渡态、σ-过渡态, 以及由这两个过渡态通过内禀反应坐标(IRC)计算所得σ-反应络合物和σ-中间体(Wheland中间体)的全优化几何构型、电子结构、IR光谱和热力学性质, 确认了反应通道, 阐明了在亲电取代过程中无同位素效应的实验事实; 求得气相中反应的活化能为8.370 kJ/mol, 速率常数数量级为10¹⁰ mol^-1·s^-1. 从热力学和动力学两方面阐明了苯硝化的亲电取代机理优于单电子转移双自由基机理. 通过自洽反应场(SCRF)B3LYP/6-311G^**计算, 系统研究了相对介电常数分别为5.0, 25.0, 50.0和78.5的溶剂对苯与NO₂⁺反应过程中各驻点的结构和反应机理的影响, 发现溶剂效应使气相中形成σ-过渡态(速控步骤)的活化能下降, 并使该步骤在水溶液中成为无垒反应. 此外还揭示了实验与理论共同关心的Wheland中间体的电荷分布、偶极矩、前线轨道能级差与溶剂稳定化能之间存在的良好线性关系.     

DFT Study of Dimethylaluminum Azide Clusters： Structures,Energies, Frequencies and Thermodynamic Properties

Introduction The organoaluminum azide compounds have been widely used in many fields. These compounds are used as the azidating agents,1-3 and the energetic materials which are always used in national defence industry and in space technology, especially to generate thin films of AlN in various chemical vapor deposition (CVD) sys-tems.4-6 Aluminum nitride has useful properties for coatings, especially for optical or optoelectronic devices, acoustic wave devices and electronic microcircuits.7 …     

HNO与O自由基反应的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)和从头算方法，对HNO与O自由基反应进行了研究。在(U)B3LYP/6-311G^**和(U)B3LYP/aug-cc-pVTZ水平下优化了反应通道上各驻点(反应物、中间体、过渡态及产物)的几何构型。在(U)QCISD/aug-cc-pVTZ水平下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，HNO与O自由基反应过程中存在O → N、O → O和O → H进攻的竞争机制，且存在着多条反应通道。采用过渡态理论计算了600～2 000 K温度范围内3条慢反应通道的速率常数。求得lnk和1/T之间的线性关系。3种通道的阿累尼乌斯指前因子分别为1.469 × 10¹⁰、1.22 × 10¹⁰(1.06 × 10¹⁰)和2.26 × 10¹³。     

3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮与NH3及H2O分子间相互作用的理论研究

在DFT-B3LYP/6-311＋＋G**水平上, 求得3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)/NH₃和NTO/H₂O两种超分子体系势能面上5种全优化构型. 经基组叠加误差(BSSE)和零点能(ZPE)校正, 求得NTO与NH₃和H₂O的分子间最大相互作用能依次为－37.58和－30.14 kJ/mol, 表明NTO与NH₃的分子间相互作用强于与H₂O的作用. 超分子体系中电子均由NH₃或H₂O向NTO转移, 相互作用能主要由强氢键所贡献, 由自然键轨道分析揭示了相互作用的本质. 对优化构型进行振动分析, 并基于统计热力学求得200.0～800.0 K温度范围从单体形成超分子的热力学性质变化. 发现由NTO和NH₃形成超分子II和III在常温下可自发进行; 而NTO和H₂O只在低温下才能自发形成IV, V和VI超分子.     

Theoretical Study on the High Energy Density Compound Hexanitrohexaazatricyclotetradecanedifuroxan

Density functional theory （DFT） has been employed to study the molecular geometries, electronic structures, infrared （IR） spectra, and thermodynamic properties of the high energy density compound hexanitrohexaazatricyclotetradecanedifuroxan （HHTTD） at the B3LYP/6-31G^＊＊ level of theory. The calculated results show that there are four conformational isomers （α, β, γ and δ） for HHTTD, and the relative stabilities of four conformers were assessed based on the calculated total energies and the energy-gaps between the frontier molecular orbitals. The computed harmonic vibrational frequencies are in reasonable agreement with the available experimental data. Thermodynamic properties derived from the IR spectra on the basis of statistical thermodynamic principles are linearly correlated with the temperature. Detonation performances were evaluated by using the Kamlet-Jacobs equations based on the calculated densities and heats of formation. It was found that four HHTTD isomers with the predicted densities of ca. 2 g·cm^-3, detonation velocities near 10 km·s^-1, and detonation pressures over 45 GPa, may be novel potential candidates of high energy density materials （HEDM）. These results may provide basic information for the molecular design of HEDM.     

A theoretical study on nitration mechanism of benzene and solvent effects

Aromatic nitration is an important and canonical example of electrophilic substitution in organic chemistry. The research on nitration mechanism is also very important for synthesis of explosives since benzene molecule is a basic unit to build up into the energetic material. Besides the electrophilic substitution mechanism, there is an electron transfer mechanism[1,2]. The nitronium ion (NO+ 2), however, is a generally accepted active nitrating agent in the aromatic nitration. Therefore, the …     

手性(硫)脲衍生物在不对称有机催化反应中的应用

手性(硫)脲衍生物是各种亲核试剂对亚胺、醛、缺电子烯烃加成反应的非常有效的有机催化剂之一, 已成功应用于对映选择性催化Strecker反应、Michael加成反应、Mannich反应、Baylis-Hillman反应、Henry反应等一系列重要的有机合成反应. 手性(硫)脲衍生物具有催化活性高、对映选择性和功能基相容性好、易于制备和修饰、适用范围广等优点, 成为近年来研究较多的不对称反应有机催化剂. 对手性(硫)脲衍生物在有机催化不对称合成中的应用研究进展进行了评述.     

粉防己碱与牛血清白蛋白相互作用的研究

利用荧光光培和紫外-可见吸收光谱,研究了粉防己碱与BSA相瓦作用的光谱学行为.研究结果表明,粉防己碱埘BSA有较强的荧光猝灭作用,静态猝灭和非辐射能量转移是导致粉防己碱猝火BSA内源荧光的主要原因.利用Stern-Volmer方程处理实验数据,获得了猝火常数Ksv,不同温度下的Ksv分别为1.26×104 L·mol-1(300 K),1.17×104 L·mol-1(310 K),1.12×104 L·mol-1(320 K).根据Forster非辐射能量转移理论计算出了粉防己碱与BSA间的结合距离r(300 K:3.24 nm;310 K:3.31 nm;320 K:3.50nm).此外,还求得了粉防己碱与BSA的结合常数KA(300 K:1.52×105 L·mol-1;310 K:2.03×105 L·mol-1;320 K:2.89×105 L·mol-1)及相应温度下的热力学参数,热力学数据表明二者主要靠疏水作用力结合.粉防己碱与BSA相互作用的同步荧光光谱表明,二者的结合对BSA构象产生了影响.     

硝仿肼离子对相互作用的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)方法,在B3LYP/6-31+G^**水平下,求得硝仿肼离子对体系势能面上2种全优化构型.经基组叠加误差(BSSE)和零点能校正,求得离子对最大相互作用能为-420.03kJ/mol,肼和硝仿离子化所需能量可由该值得到完全补偿.离子对间键的主要贡献为库仑作用,但键鞍点上的电子密度值表明共价作用也有显著的贡献.基于统计热力学求得相关体系的热力学性质,298.2K时由自由离子形成最稳定离子对的最大焓变和最大自由能变化分别为-419.72和-376.61kJ/mol     

高压下1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐的振动光谱及同位素效应（英文）

用密度泛函理论方法研究1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐(HATO)晶体在高压(40 GPa)下性质。在GGA-PW91计算水平并结合超软势基组对HATO晶体结构进优化,其优化结构能再现实验结果。分子间O…H间距随压力的增加而显著减小;但O—H和N—H键长呈现非单调变化。基于不同压力下的优化晶体结构,利用非周期性计算并经校正因子0.967 9校正,求得相应压力下的红外和拉曼谱。预测最强拉曼峰对应于C—C伸缩和NH_2对称变形,位于1 580 cm~(-1),与实验结果一致。虽然阴离子不含氢原子,但阳离子的氘代仍对阴离子的振动光谱产生影响。高压导致分子间氢键增强,导致参与氢键的O—H和O—D振动的拉曼波数减小。氘代后,ND_2的拉曼位移的最明显变化是ν_2伸缩振动波数在高压下急剧增加,导致ND_2ν_2/ν_3在高压下发生偶合。计算出的ν_1至ν_3振动的同位素效应比ν(NH_2)/ν(ND_2)均为1.36～1.38,与由折合质量所求得的值相一致。氘代和压力的变化可引起不同振动模式的偶合。