双光子协同光化学周环反应的选择规则

从理论和实验两方面比较了双光子(频率)和相应的单光子(频率2)协同周环反应。二者常得到不同的产物,表明Woodward-Hoffman规则不适用于双光子反应。为解释这一差异,提出用线性多烯烃的HudsonKohler态而不是休克尔分子轨道作为反应中双光子激发产生的最低激发态。根据这一能态的轨道对称性,并利用前线轨道理论,给出了双光子周环反应的选择规则。     

前线轨道理论在化学中的应用

前线轨道理论认为：分子在反应过程中是分子轨道起变化，优先起作用的是前线轨道，即分子中的最高被电子占有分子轨道(HOMO)和最低空分子轨道(LUMO)，分子轨道的对称性特别是前线轨道的对称性在反应历程中起决定作用。     

Fe~+催化N_2O与H_2反应的理论探究

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP与耦合簇(CCSD)方法,研究了气相中四重态和六重态势能面上Fe+催化N2O氧化H2的微观机理.采用分子轨道理论和自然键轨道理论(NBO)对反应势能面进行分析,并通过自旋-轨道耦合(SOC)计算,讨论了势能面的交叉情况和自旋翻转的可能性.用Kozuch提出的能量跨度模型,确定了整个反应的决速过渡态(TDTS)和决速中间体(TDI),最后计算了催化剂的转化频率(TOF),以评价催化剂的性能.     

用分子轨道法探讨周环反应过渡状态的芳香性

我们直接考察了电环反应、环加成反应和σ键迁移反应的过渡状态分子轨道(TSMO)能级,确定了反应过渡状态(TS)的芳香性规则与正常环状共轭多稀分子的Hückel-m?bius芳香系的芳香性规则相同。这种处理方法的基本特点是直接计算了各类周环反应过渡状态的分子轨道能级以及它们的活化能.     

Pt(Ⅱ)催化炔基氮丙啶合成环戊烷吡咯机理的密度泛函理论研究

用量子化学密度泛函理论B3LYP方法在6-311G(d,p)的计算水平上对Pt Cl2催化2-炔基-1-氮杂环己烷合成1,4,5,6-四氢化环戊烷吡咯的反应,进行了计算,找到两条主要的反应通道,最优势反应路径包括炔基的活化、氮丙啶的氮与炔基间的环化反应、环异构化、质子转移和催化剂解离5个步骤。Pt Cl_2催化作用的本质在于Pt~(2+)与炔基配位,能降低炔基反键轨道π*_(C1-C2)的能级,降低炔基反键轨道π*_(C1-C2)与氮丙啶的氮原子孤电子占据轨道LP-(2p)_N的能级差,使丙啶氮原子与炔基之间的环化反应势垒下降。     

CH2(3B1)与NO反应的势能面和速率常数的理论计算

CH2(3B1)与NO的自由基碰撞反应已有许多实验研究,得到了其反应的主要通道[1-3].从理论角度来探讨其反应的途径,目前报导较少.虽然实验对其反应的总反应速率常数有较多的报导[1,5-6],但是从理论上来研究其碰撞过程和计算速率常数的工作尚未有报道.本文用多参考态组态相互作用(MRCI)方法,其中参考态是采用完全活化空间(CAS),所选的活化空间是3个活化电子和3个活化轨道,组态相互作用考虑了除C,N和O的1s轨道以外的所有轨道的单激发和双激发组态,所用基组是cc-pvDZ标准基组,这种方法通常写作CAS(3,3)+1+2/cc-pvDZ.在此模型下计算出反应速率常数k,并与实验数据进行了比较.     

AuCl_3催化羟基苯炔基酮合成氧杂螺酮的理论研究

用量子化学密度泛函理论(DFT)B3LYP方法在6-311++G(d,p)基组的计算水平,对AuCl3催化羟基-苯炔基酮合成不饱氧杂螺酮的反应机理进行了理论研究.研究表明,该反应最优势路径包括炔基的活化、羰基氧与炔基碳亲核环化反应、螺碳的形成、双分子间的氢转移和催化剂解离等步骤.AuCl3催化作用的本质在于,Au(Ⅲ)与炔基配位后,降低炔基反键轨道π*(C1—C2)的能级,减小炔基反键轨道π*(C1—C2)与羰基氧原子孤对电子占据轨道2p-(LP)C=O的能级差,促进羰基氧原子的孤对电子向反键轨道π*(C1—C2)转移,使羰基-炔基之间的亲核环化反应势垒下降.另外,当用氢原子替代反应底物炔基上连接的苯基时,速率控制步骤的反应势垒升高,反应活性下降.     

气相中CuO~+活化CO中C—O键的理论计算

采用密度泛函UB3LYP/6-311+G(2d)方法计算研究了CuO+在基态和激发态下与CO的反应机理,全参数优化了反应势能面上各驻点的几何构型,用频率分析方法和内禀反应坐标(IRC)方法对过渡态进行了验证,并用UB3LYP/6-311++G(3df,3pd)、单点垂直激发、自然键轨道理论(NBO)、Harvey等的方法分别进行各驻点单点能校正、单重态和三重态反应势能面交叉点CP确定、电荷转移分析、最低能量交叉点(MECP)的优化及计算.计算结果表明该反应为一步反应,反应的机理为插入消去机理;在1-3CP点构型中,Cu原子的孤对电子与O—C键的反键空轨道有着较强的稳定化能;反应能通过该构型发生了"势能曲线交叉",动力学上有效的降低了活化能,热力学上增加了反应的放热,这与实验研究结果是一致的.     

气相中TiO催化CO_2加氢的两态反应密度泛函理论研究

为了说明两态反应会影响甚至决定整个反应的反应速率或选择性,运用密度泛函(DFT)B3lyp/6-311+G(3df,2p)方法,对TiO催化CO2加氢生成甲酸反应的单、三重态各个驻点结构进行优化.发现在两个自旋态势能面之间有四处能量交叉点(CPs),由此找出最低能量交叉点(MECP),根据交叉点的构型计算自旋-轨道耦合(SOC)常数,用Landau-Zener非绝热跃迁公式计算出MECP处的跃迁几率,发现四处最低能量交叉点都具有较强的自旋-轨道耦合作用和较高的跃迁几率,且四个最低能量交叉点处电子的自旋翻转均发生在Ti原子不同的d轨道之间,确定了最低能量反应路径.用能量跨度模型计算了在298K下TiO的转化频率(TOF)及整个过程的控制度(XTOF),同时确定了整个反应过程中的决速态.     

吡啶甲酸铑阳离子催化甲醇羰基化反应IRC解析及催化剂结构与性能的理论计算

分别采用从头算HF方法和密度泛函(DFT) B3LYP方法,在LANL2DZ基组下,应用内禀反应坐标(IRC)理论分析吡啶甲酸铑阳离子催化甲醇羰基化决速步骤反应沿最小能量途径(MEP)上相互作用分子间化学键的变化,对比[Rh(CO)2I2)]-催化剂,从催化剂结构、分子轨道分布等方面,探讨吡啶甲酸铑阳离子催化剂具有较高...     

微扰分子轨道理论与Diels-Alder反应

本文介绍了用于分析Diels-Alder反应的前线轨道的微扰分子轨道理论(PMO),从而用前线轨道的分子轨道系数和能量,解释了D-A反应的反应性规律和区域选择性规律。     

煤灰中高岭石熔融性的密度泛函理论研究

选出两种复盐,熔融温度高的高岭石和熔融温度低的含钾高的微斜长石.以第一性原理的密度泛函理论(DFT)和量子化学从头算法为理论基础,结合PW 91算法和广义梯度近似(GGA),对煤灰中高岭石和微斜长石的反应活性进行计算,然后分析它们的最高能量占据轨道(HOMO)、最低空轨道(LUMO)、态密度和Milliken布局数.计算结果表明:高岭石轨道的能级差ΔE较大、化学活性低,高温脱水后生成莫来石,莫来石的结构比较稳定;高岭石脱水后易和电子接受体反应,不易和电子给予体反应,K~+作为电子接受体进入高岭石晶格变成微斜长石,煤灰熔融温度降低.     

C_(4v)ML_5分子片的杂化轨道和轨道相互作用

从等瓣类似原理出发,利用分子电子结构的分子片观点,作者提出用“前线杂化轨道”来描述分子片的特征杂化轨道,它具有高度的方向性,反映分子片的电子结构、成键特征和反应性能。本文介绍了一种确定分子片的前线杂化道(Frontier Hybitad Orbital,简记成FHO)的计算方法,应用该方法研究了一系列C_(4v)ML_5分子片的杂化轨道和轨道的相互作用,着重讨论了由ML_5分子片构成的分子M_2L_(10)(如Mn_2(CO)_(10)、Mn_2Cl_(10)~(4-)等)和XM_2L_(10)(如HCr_2(CO)_(10)~-)中的M-M键的性质,解释了HCr_2(CO)_(10_~-离子中的Cr-H-Cr的稳定结构不是直线而是弯曲的,其键角为150°左右。     

1,3-丁二烯及呋喃与硫甲醛杂Diels-Alder反应的理论研究

采用量子化学从头算方法在 HF/6 - 31G*及 MP2 /6 - 31G*水平上对 1,3-丁二烯及呋喃与硫甲醛间的杂 Diels- Alder反应进行了理论研究 .利用能量梯度法对反应途径上各驻点的几何构型进行了优化 ,对过渡态进行了振动分析确认 .结果表明 :两反应均为双分子基元反应 ,两反应中牵涉到的前线轨道 (FMO)相互作用主要是 1,3-丁二烯或呋喃分子的最高占据轨道 (HOMO)与硫甲醛分子的最低空轨道 (L UMO)间的相互作用 ,在 MP2 /6 - 31G*水平所计算的两反应的活化势垒分别为 3.70 k J· mol- 1及 9.5 8k J· mol- 1 ,这与实验上所观察到的 1,3-丁二烯及呋喃容易与硫羰基化合物发生杂 Diels- Alder反应的实验现象是一致的 .     

NNK结构与其代谢机理和致癌性研究

目的从化学结构的角度研究4-(N-甲基-N-亚硝胺)-1-(3-吡啶基)-丁酮(4-(methylnitro-samino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone,NNK)的代谢机理和致癌性。方法利用HyperChem计算化学软件,在扩展休克分子轨道法的基础上进行计算,分析计算结果,阐述NNK的代谢机理以及其致癌性。结果前线轨道的能量差很小,而且LUMO能量低于原子轨道能量,决定了NNK代谢反应既可以接受电子作为氧化剂发生还原反应,也可以提供电子作为还原剂发生氧化反应。电荷分布的局部集中,为亲电试剂的进攻提供了便利。无论是NNK还是其初级代谢产物,高风险诱变性和致癌性基团的存在是其具有潜在致癌性的基础。结论从计算结果可以对NNK的代谢机理和致癌性作出令人满意的合理解释。     

MEHMO法计算F+H_2共线反应势能面

用改进的EHMO(MEHMO)法计算了F+H_2共线反应的势能面,本方法在H矩阵的对角元中引入了一项描述不同原子间排斥力的经验项,基组选用F原子的2p_(?)轨道和H原子的1s轨道,参数值B为0.64,在得到的势能面上,于R_(UH)~*=2.54 a.u.和P_(HH)~*=2.18a.u.处出现的位垒高度为15.72kJ/mo1.反应产物和作用物的能量差为-144.21kJ/mo1.本文所得结果与实验测定、从头计算法的结果一致。     

非对称取代四苯基卟啉蒽醌与钴(Ⅱ)配位反应动力学

用光度法研究了非对称取代四苯基卟啉蒽醌化合物与金属钴(Ⅱ)离子在DMF溶剂中配位反应的动力学以及镉(Ⅱ)离子对该反应的催化作用，探讨了温度以及取代基的电子效应和空间位阻对反应速率的影响，并用半经验量子化学计算方法PM3计算了卟啉分子的前线轨道能量差△E和卟啉环中两个氮原子(=N-)的净电荷。从理论上分析和解释了实验结果。     

α-氨基酸癸胺衍生物缓蚀性能的理论评价

采用量子化学计算和分子动力学模拟相结合的方法,在液相条件下对2-氨基-N-癸烷-3-(4-羟基苯基)丙酸(A)、2-氨基-N-癸烷-乙酰胺(B)、2-氨基-N-癸烷-丙酸(C)和2-氨基-N-癸烷-3-甲基-丁酰胺(D)4种缓蚀剂分子抑制盐酸对低碳钢腐蚀的性能进行理论分析,考察其前线轨道能量、全局反应活性参数、Fukui指数、重原子对前线轨道的贡献,计算缓蚀剂分子与金属Fe(001)表面的吸附能。结果表明:缓蚀剂分子A具有最强的反应活性;缓蚀剂分子B拥有较高的局部反应活性,C次之,D最小;缓蚀剂分子与金属表面的结合力由强到弱依序为A、B、C、D;4种缓蚀剂分子的缓蚀性能由高到低依次为A、B、C、D,缓蚀性能与实验数据相吻合。     

硝基苯的电场极化效应及其电还原理论研究

以半经验分子轨道方法计算在点电荷模拟电场中硝基苯的分子结构参数.结果表明正、负电场较大程度地降低了分子的生成热,增加分子的稳定性,改变了极性分子的偶极矩,对极性基团的部分键有较强的活化作用.分子生成热和偶极矩为负电场强度的二次函数.分子生成热与电荷-偶极(20%)和电荷-非偶极(80%)相互作用有关.偶极矩中线性极化占90%,非线性极化约10%.负电场极化效应改变了硝基苯的前线轨道的组成成分,增强了电子和轨道的离域性,为还原反应提供有利的分子轨道,有利于硝基苯的还原.     

Keggin型杂多阴离子α-[AlW9Mo3O40]5-电子性质的密度泛函理论研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)方法研究Keggin型杂多阴离子α-[AlW9Mo3O40]5-的电子性质.计算结果表明:α-[AlW9Mo3O40]5-的最高占有轨道(HOMO)主要分布在桥氧原子(Ob)上,由Ob原子的p轨道构成,而最低空轨道(LUMO)则集中在Mo原子和Ob原子上,由Mo原子的d轨道和Ob原子的p轨道构成,两者具有反键作用;预测在发生第一次氧化还原反应时,主要是Mo原子得电子被还原;Al原子、W原子和Mo原子都从邻近的O原子上得到电子,负电荷离域在整个阴离子簇的O原子上,并且W桥氧为亲核反应活性中心;W桥氧为碱性最强部位,易于发生亲核反应,这与电荷分析得到的结论一致.