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杂环硅烯反应活性的理论研究

2020-12-12阅读(966)

杂环硅烯反应活性的理论研究

论文摘要

硅烯为卡宾的硅类似物,在有机光和热化学中作为一类重要的反应活性中间体而引起了化学界的广泛兴趣。杂环型硅烯是早已在实验上合成的稳定硅烯,因其在有机硅化学的重要作用,十几年来在实验和理论上均有研究报道。理论和实验研究表明：硅烯具有亲电和亲核的双重反应性,能够进行许多化学反应,如插入反应、加成反应、聚合反应等等。硅烯的反应是合成含硅新键和含硅杂环化合物的有效方法。自从1994年Denk首次合成N-杂环硅烯以来,新的杂环硅烯不断被合成出来,实验上和理论上的研究从未间断。这促使我们进一步对N-杂环硅烯进行理论研究。通过我们的工作,希望能够加深对稳定N-杂环硅烯的反应性质的理解,并且希望本文的工作能够对实验研究者有一定的帮助。与N-杂环硅烯的实验研究相比,关于N-杂环硅烯的结构和反应性质在理论上的报道还是有限的。人们对杂环硅烯的认识还是不够的。基于N-杂环硅烯的研究现状,本论文的内容主要包括以下几个方面：第一章绪论,对硅烯化学的发展史和研究现状进行了概括,同时还介绍了本论文工作用的主要研究方法和各自特点。简单的闸述了本论文的主要研究内容和创新之处。第二章使用密度泛函理论（DFT）,在B3LYP/6-311++G（d,p）水平上研究了五种氮杂环型不饱和硅烯（1,3,4）和氮杂环型饱和硅烯（2,5）分别与H-X键的插入反应,阐明了插入反应的机理并对各反应的结果进行了比较。杂环型硅烯与H-X的插入反应机理类似于简单硅烯,体现了硅烯的亲电亲核的双重反应性。由反应势垒和反应热看出,饱和硅烯的反应性比不饱和硅烯的反应性高。第三章选用四种属于不同点群的N-杂环硅烯（1-4）与乙烯（C2H4）和甲醛（CH2O）分子反应,采用MP2/6-31G（d,p）的计算方法。计算研究了可能的环加成反应参数,并对计算结果进行比较。计算结果显示,N-杂环硅烯（1-4）与C2H4和CH20反应都经历一个过渡态,最终形成由Si原子,C1原子和C2（O）原子组成的三元环结构的产物。这与简单硅烯的加成反应相似。N-杂环硅烯与C2H4发生亲电加成,而与CH20反应是亲核加成反应,这也体现了N-杂环硅烯的亲电和亲核的双重反应活性。第四章采用密度泛函理论,在B3LYP/6-31G（d,p）的水平上研究了N-杂环硅烯的低聚物的结构,并且采用含时密度泛函理论在相同的计算水平下,研究计算了低聚物的激发光谱。结果显示,当共轭体系越多,π键的成分增大,使能级差减小,激发能降低,分子的最大激发波长向长波方向移动,即发生红移。这说明它们可以作为很好的光电材料。从而在理论上说明了N-杂环硅烯的聚合反应的重要地位。为设计新的有机硅合成反应提供了重要的理论依据。第五章在自洽场理论上采用Tomasi的连续极化介质模型,考虑了溶剂对N-杂环硅烯反应活性的影响。N-杂环硅烯的实验研究都是在溶剂中进行的,但是在理论研究方面,关于溶剂效应的研究仍很少,所以考虑溶剂效应是有一定意义的。本文通过选择四氢呋喃（THF）溶剂,研究了溶剂对N-杂环硅烯的反应活性的影响。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 第一节 研究背景
  • 第二节 研究方法
  • 第三节 本论文的研究内容及创新之处
  • 参考文献
  • 第二章 杂环硅烯插入反应的理论研究
  • 2O和NH3反应'>第一节 杂环型稳定硅烯插入HF、H2O和NH3反应
  • 1 计算方法
  • 2 杂环硅烯前线轨道分析
  • 3 杂环型硅烯与HX插入反应
  • 4 五种杂环型硅烯反应活性的比较
  • 5 结论
  • 2S和PH3反应'>第二节 杂环型稳定硅烯插入HCl、H2S和PH3反应
  • 1 反应势能能垒分析
  • 2 键长及自然电荷分析
  • 3 第二,三周期氢化物与杂环硅烯发生插入反应比较
  • 本章小结
  • 参考文献
  • 第三章 杂环硅烯环加成反应理论研究
  • 2H4加成反应研究'>第一节 N-杂环硅烯与C2H4加成反应研究
  • 1 计算方法
  • 2 反应路径分析
  • 3 反应势能及自然电荷分析
  • 4 热力学及动力学计算
  • 2O加成反应研究'>第二节 N-杂环硅烯与CH2O加成反应研究
  • 1 计算方法
  • 2 反应路径分析
  • 3 反应势能及自然电荷分析
  • 4 热力学和动力学计算
  • 本章结论
  • 参考文献
  • 第四章 杂环硅烯低聚物的结构性质研究及激发光谱分析
  • 第一节 聚合物的稳定构型
  • 1 计算方法
  • 2 由三种不同单体构成聚合物的稳定构型
  • 第二节 聚合物的激发光谱分析
  • 1 以N-杂环硅烯1 为单体的低聚物前线轨道以及激发光谱分析
  • 2 以饱和N-杂环硅烯2 为单体的低聚物前线轨道及光谱分析
  • 3 以N-杂环硅烯3 为单体形成低聚物前线轨道及光谱分析
  • 本章小结
  • 参考文献
  • 第五章 N-杂环硅烯反应的溶剂效应
  • 第一节 N-杂环硅烯1与HF插入反应的溶剂效应
  • 第二节 N-杂环硅烯1环加成反应的溶剂效应
  • 第三节 溶剂对N-杂环硅烯低聚物性质的影响
  • 本章结论
  • 参考文献
  • 论文总结与展望
  • 硕士期间发表文章
  • 致谢

    • 相关论文文献

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