论文摘要
本文分别以硅烯和二氯卡宾与异氰酸和异硫氰酸的反应为理论研究模型,系统地研究了它们之间所发生的反应机理,旨在探讨硅烯和二氯卡宾与异氰酸和异硫氰酸的反应机理以及主要的反应产物。本文所采用的主要研究方法为:采用量子化学的B3LYP理论,利用Gaussian98程序,以6-311++G（d, p）基组对反应势能面上各驻点的构型进行了全参数优化,对于各构型的能量进行了零点能和QCISD（T）校正,对于各平衡构型和过渡态构型的真伪均通过振动分析进一步进行确认,对于过渡态的属性均通过内禀反应坐标（IRC）的计算而确定。通过对硅烯与异氰酸和异硫氰酸的反应机理的研究,我们得出如下结论:（1）单重态的硅烯与异硫氰酸和异氰酸的反应都有抽提硫（氧）、插入N-H键、抽提亚氨基等相似的微观机理。（2）硅烯与异氰酸的反应中,有顺式和反式两种结合方式。而硅烯与异硫氰酸的反应中我们没有得到反式结合的构型。（3）在硅烯与异氰酸的反应中,主反应通道为顺式经由三元环中间体的亚氨基抽提反应主要产物为硅甲胺（SiH2NH）和一氧化碳（CO）。而硅烯与异硫氰酸的主反应通道为经由三元环（SiSC）中间体的抽提硫反应,硫代硅甲醛（SiH2S）和异氰氢酸（HNC）为主要产物。两个反应路径中的各驻点的能量均比反应物低,可认为是无势垒的反应,在室温下都是极容易进行的。对于机理完全相同的硫或氧的直接抽提反应以及硅烯插入N-H键的反应,异硫氰酸的反应势垒都低的多,总的来说与硅烯的反应异硫氰酸比异氰酸容易的多。通过对二氯卡宾与异氰酸和异硫氰酸的量子化学研究,我们得出单重态的二氯卡宾可以从异氰酸中抽提氧和亚氨基,也可以从异硫氰酸中抽提硫和亚氨基,而且他们两个都可以发生氢迁移反应,它们的反应机理都是由氧原子,硫原子和氮原子上的孤对电子与二氯卡宾的空p轨道相互作用,形成中间体配合物,但是不同的是二氯卡宾与异氰酸的主反应通道是氢迁移反应,而二氯卡宾与异硫氰酸的主反应通道却是亚氨基抽提反应。全文共分五章。第一章概述了量子化学这一前沿领域的发展和研究现状,并对硅烯和二氯卡宾在这一领域的研究状况进行了简要综述。第二章简要地介绍了基本理论和量子化学计算方法,主要包括量子化学基本理论和分子轨道理论、密度泛函理论、过渡态理论、内禀反应坐标理论等。前两章主要概括了本文工作的理论背景和理论依据,为我们的研究提供了可靠的量子化学理论基础和实践基础。第三章、第四章和第五章中,我们选取了硅烯和二氯卡宾与异氰酸及异硫氰酸反应体系为研究对象,对反应路径做了简单的描述,使反应的微观机理一目了然。通过本研究不仅揭示了硅元素许多新物种的存在形式,丰富了其元素化合物的内容,而且对认识硅元素性质和成键方式及规律都有重要意义,这将为硅烯反应的学科建设起到促进作用。其研究成果可为理论工作者进一步研究此课题提供依据。