亚硝酰氢与羟基自由基反应的密度泛函理论研究

用密度泛函理论研究了HNO OH反应机理。在(U)B3LYP/aug-cc-pVTZ水平上,优化了反应通道上各驻点(反应物、中间体、过渡态和产物)的几何构型,获得了零点能校正后的反应势能曲线。研究表明:根据进攻方式的不同,有3个反应通道,反应通道不同则产物不同。反应的主要产物是NO H_2O,次要产物是NH_2 O_2;主要产物和次要产物与反应物的总能量之差(经零点能校正后)分别为-133.42 kJ/mol和150.44 kJ/mol。生成主要产物时主要反应通道的活化能为102.11 kJ/mol。     

密度泛函方法的ZSM-5分子筛上苯与乙烯烷基化反应机理研究

采用密度泛函(DFT)方法对于ZSM-5分子筛上苯与乙烯的烷基化反应机理进行研究。选取了包含酸性质子的8T原子簇模型代表ZSM-5分子筛的部分结构。采用B3LYP/6-31G(d)水平从生成能与反应活化能角度对于烷基化反应发生时可能存在的2种联合机理和一种分步机理进行了计算与比较。结果表明,联合反应机理中乙烯的质子化和C-C键的形成同时发生,而分步机理开始于乙醇盐中间体的生成,随后与苯反应生成反应产物。分步机理中乙醇盐中间体生成步骤的活化能(124.55 kJ/mol)低于联合机理的反应活化能(168.98 kJ/mol和156.06 kJ/mol),而烷基化步骤的活化能(209.35 kJ/mol)高于联合机理的反应活化能,由此可以推断ZSM-5分子筛上苯与乙烯的烷基化反应时2种机理同时发生,存在竞争关系。     

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。     

分子筛合成过程中三聚铝硅酸盐生成机理的DFT研究

采用密度泛函理论研究了在分子筛合成的碱性环境中铝硅酸盐三聚体的生成机理.在B3LYP/6-31 G(d,p)计算水平上对反应物、过渡态和产物分别进行了几何结构的全优化和频率计算,通过内禀反应坐标的方法验证了反应路径,并计算了反应的活化能.采用COSMO-RS模型考虑了溶剂效应.结果表明,二聚硅酸分子SiOSi(OH)6和单体铝酸根离子Al(OH)**的缩聚反应可以按照协同方式进行,SiO-Al桥键的形成与水分子的脱除同时发生,最终生成铝硅酸盐的三聚体.计算得到的缩聚反应活化能为80.1 kJ/mol.     

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。     

NO~+和C_6H_6相互作用的理论研究

[C_6H_6NO]~+离子,在芳香化合物的亚硝化反应中,可形成两类较为重要的中间体。用密度泛函理论,在B3LYP/6-311++G~(**)基组水平上对NO~+…C_6H_6复合物体系的两类中间体可能构型进行了自由优化,得到了13个能量极小的复合物。结果显示,NO~+和C_6H_6结合方式分三类:(a)～(e)为第Ⅰ类,结构为NO~+中的N或O原子与苯环以π-π堆积作用结合形成的π复合物;(f)～(j)为第Ⅱ类,结构为C2原子上的H转移到苯环的其它C上形成σ复合物;(k)～(m)为第Ⅲ类,结构为C2原子上的H转移到N或O原子上,形成质子转移σ复合物。在考虑零点能(ZEP)和基函数重叠误差(BSSE)校正基础上,得到了各复合物的结合能。通过计算得出,第Ⅰ类复合物的结合能在(153～199)kJ/mol之间,第Ⅱ类复合物的结合能在(83～92)kJ/mol之间,第Ⅲ类复合物的结合能在(189～244)kJ/mol之间,其中复合物的最稳定构型为第Ⅲ类σ复合物中的m结构,即质子H连在N原子上的结构,其结合能为-243.93 kJ/mol。复合物的键长、原子净电荷等都表明,NO~+与C_6H_6结合时电子从苯环向NO...     

6-巯基嘌呤质子转移异构化的量子化学计算研究

采用密度泛函B3LYP方法,在6-311G(d,p)基组水平上对6-巯基嘌呤质子转移引起的硫酮式与硫醇式互变异构反应机理进行了计算研究,获得了互变异构过程的反应焓、活化能、活化吉布斯自由能和质子转移反应的速率常数等参数。计算结果表明,6-巯基嘌呤无论是孤立分子还是一水合物,其硫酮式TP2是最稳定的异构体。计算结果同已有实验结果相符。由硫酮式通过分子内质子转移向硫醇式异构化找到4条反应通道(P1,P2,P3,P4),各通道的活化能分别为114.0,133.9,128.0,95.1 kJ·mol~(-1)。当水分子参与反应以双质子转移机理异构化时,活化能垒显著降低,各通道的活化能依次降为51.2,63.0,70.5,42.8 kJ·mol~(-1),可见,水助催化有利于硫酮式向硫醇式转变。计算结果还表明,氢键的强弱对TP2一水合物的稳定性会有一定的影响。     

苯甲基阴离子复合物结构与性质的理论研究

用G98程序在B3LYP和MP2方法上和理论上计算苯…甲基阴离子复合物以预测其构型,得4种.在考虑基组重叠误差校正基础上,得结合能,并用自然键轨道分析法讨论其相互作用.结果表明,甲基阴离子中C13与苯中的一个C原子直接相连的构型比较稳定,其结合能为-108.45 kJ/mol(B3LYP/6-31+G*)、-154.1 kJ/mol(MP2(FC)/6-311++G**).其余的构型靠碳的孤对电子与C-Hσ反键轨道作用而形成,且稳定性较差.     

含氮化合物碱性强弱的量子力学研究

利用密度泛函理论的量子力学从头算法,计算原油及石油产品中不同含氮化合物与H+的结合能,并采用COSMO(conductor-like screen model)模型模拟溶剂的介质环境.结果表明,在水溶剂中,含氮化合物与H+结合的强弱与碱性强弱具有密切关系;与H+结合得越强,其碱性就越强;反之,则越弱.因此,可以算出它们在水溶剂中与H+结合能的高低,判断其碱件的强弱.脂肪胺、非芳香杂环氮化物与H+质子的结合能约在-660～-640 kJ/mol之间,吡啶、芳香胺和吡咯类氮化物分别约为-620、-600、-510 kJ/mol,它们的碱性依次减弱.随着N-烷基苯胺烷基链中碳原子数从0增长到6,与H+结合能从-595 kJ/mol降低到-610 kJ/mol,碱性不断增强;烷基链继续增长,结合能变化很小,对碱性影响不大.芳香环的并入以及芳香环的连接方式,对五员和六员杂环氮化物碱性的影响有所不同.不同氮化物碱性的强弱和其结构有关,尤其电子密度的分布状态,其中电子共轭结构对碱性有很大的影响.     

呋咱和氧化呋咱及其衍生物生成热和爆轰性能的量子化学研究

用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G*基组水平上,全优化计算了呋咱和氧化呋咱及其衍生物的几何构型,通过G3方法和设计等键反应计算出各物质的生成热(HOF),用Monte-Carlo方法,基于0.001 e·bohr3等电子密度面所包围的空间求得分子平均摩尔体积和理论密度,用Kamlet-Jacobs方程基于理论密度和生成热计算出各物质的爆热、爆速和爆压。结果表明:当呋咱环上配位氧原子成为氧化呋咱环后,与配位氧原子相邻的N-O键容易成为引发键,氧化呋咱环容易开环,而三唑环比氧化呋咱环更容易开环;9种化合物中呋咱并[3,4-e]-1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物(FTDO)的生成热最大,爆轰性能最好,其次是四嗪并氧化呋咱和三唑并氧化呋咱,其生成热和爆轰性能优于呋咱类衍生物,且优于苯环并呋咱和苯环并氧化呋咱。说明化合物的含氮量和含氧量越高,氧平衡值越接近零,其爆轰性能越好。