若干重要化学反应机理和溶剂效应的理论研究

论文摘要

确定化学反应机理是研究化学反应的一个重要研究内容,通过结合量子化学计算程序和化学理论知识的方法可以从理论上获得化学反应历程。在理论和计算化学中,为了与实际研究体系相一致,得到较真实、可靠的研究结果,采用理论手段来考虑溶剂效应越来越得到重视和发展。本文对几个重要反应体系的机理进行了理论研究。研究内容涉及到有机催化反应机理,光化学反应机理和生物体系中的水解反应机理,还对反应过程中的溶剂效应进行了研究和估计。在第二章中,报道了GaCl3催化α,β-不饱和酮与2,6-二甲苯基异腈的[4+1]环加成反应得到不饱和γ-内酯衍生物的反应机理。在此工作中,我们阐明了GaCl3的催化作用和催化反应机理,并且还证实了GaCl3是一个较弱的配体,易于从反应产物中离去,不同于其他一些过渡金属催化剂。在研究中,还采用了极化连续介质模型的自洽反应场方法对反应过程的结构在甲苯溶剂中进行了计算。计算结果表明,整个反应是一个放热过程,第二步反应是整个反应过程的决速步骤,反应能垒为9.36 kcal/mol。尽管溶剂效应增高了反应能垒（约5.0 kcal/mol）,却没有改变总反应趋势。考虑反应物α,β-不饱和酮的影响后,GaCl3催化剂很容易从产物中离去,然后参与到下一个催化循环过程中。说明使用催化计量的GaCl3就可以使反应顺利进行,得到较高的收率。研究结果与实验结果一致。在第三章中,阐明了炔基锂与一氧化氮合成二唑衍生物的反应机理。一氧化氮的化学固定在有机合成中具有重要的研究意义,然而其反应活性较高,故怎样温和、有效地引入到有机合成中,一直是研究的主要目的。最近,实验发现采用炔基锂可以有效地固定一氧化氮得到二唑衍生物,但其反应机理

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 密度泛函理论
• 1.2 过渡态理论简介
• 1.3 溶剂效应简介
• 1.3.1 溶剂效应的本质
• 1.3.2 溶剂效应的计算方法和模型
• 1.3.3 自由能微扰方法
• 1.4 研究工作概况
• 参考文献
• 3催化[4+1]环加成反应机理的理论研究'>第二章 GaCl₃催化[4+1]环加成反应机理的理论研究
• 2.1 引言
• 2.2 计算方法
• 2.3 结果与讨论
• 3 催化反应过程'>2.3.1 GaCl₃催化反应过程
• 2.3.1.1 第一步：形成反应复合物2.
• 2.3.1.2 第二步：2,6-二甲苯基异腈3 进攻复合物2
• 2.3.1.3 第三步：C6 原子进攻O 原子生成产物8
• 3 催化反应过程的影响'>2.3.2 溶剂对GaCl₃催化反应过程的影响
• 3 催化反应过程的影响'>2.3.3 反应物对GaCl₃催化反应过程的影响
• 3 催化下的反应过程'>2.3.4 没有GaCl₃催化下的反应过程
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 炔基锂与一氧化氮合成二唑衍生物的反应机理的理论研究
• 3.1 引言
• 3.2 计算方法
• 3.3 结果和讨论
• 3.3.1 气相中的反应机理
• 3.3.1.1 过程1：形成中间体5
• 3.3.1.2 过程2：形成产物5-甲基-3-氧-1,2,3-噁二唑
• 3.3.2 在THF 溶剂中的反应机理
• 3.3.3 产物5-甲基-3-氧-1,2,3-噁二唑的性质分析
• 3.4 结论
• 参考文献
• 附录
• 第四章 邻氯甲苯光解反应机理的理论研究
• 4.1 引言
• 4.2 计算方法
• 4.3 结果和讨论
• 4.3.1 极小点构型、激发能和势能面交叉点
• 4.3.2 三重态上邻氯甲苯离解途径
• 4.3.3 基态上邻氯甲苯反应途径
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 N-（2-氧-1,2-二氢-4-嘧啶）-甲酰胺水解机理的理论研究
• 5.1 前言
• 5.2 计算方法
• 5.2.1 量子力学计算
• 5.2.2 Monte Carlo 模拟
• 5.3 结果和讨论
• 5.3.1 PFA 的基本性质
• 5.3.2 气相中的反应机理
• 5.3.2.1 一分子水参与反应的PFA 水解机理
• 5.3.2.2 两分子水参与反应的PFA 水解机理
• 5.3.3 Monte Carlo 模拟
• 5.3.3.1 溶剂效应对一分子参与PFA 水解途径的影响
• 5.3.3.2 溶剂效应对两分子参与PFA 水解途径的影响
• 5.4 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文
• 致谢