单线态氧与氯代酚作用机理的理论研究

论文摘要

氯代酚作为常见的环境污染物,对其降解的研究已成为热点。本实验室在前期的研究中发现氯代酚敏化光降解的初级产物（中间体）遇氧化剂NBS,会有发光现象产生,且发光信号强度与氯代酚浓度密切相关,并由此建立了测定氯代酚的流动注射化学发光分析方法。同时实验研究已证实单线态氧与氯代酚反应直接导致了氯代酚的敏化光降解,但是目前我们无法通过实验手段来确定氯代酚敏化光降解后产生的中间体的结构,进而也无法深入探讨单线态氧参与下的氯代酚的敏化光降解机理。计算化学利用有效的数学近似以及电脑程序来计算分子性质进而研究化学问题。利用计算化学方法预测某些反应已取得很好的效果。为此,本文先后选择氯代酚中的代表物质2,4-二氯苯酚和邻氯苯酚作为模型分子,借助计算化学的方法从理论上来模拟单线态氧与氯代酚的反应,以期来推测出该类中间体的结构。依据Bobrowski等人提出的“单线态氧与芳香性和不饱和化合物加成时所涵盖的四大反应类型”,总结归纳出单线态氧与2,4-二氯苯酚（邻氯苯酚）反应的十二条具体的反应路径。通过密度泛函理论B3LYP方法在6-31+G（d, p）基组水平优化得到了反应路径上的反应物（反应复合物）、中间体、过渡态和产物的几何构型、零点能和谐振频率,同时在B3LYP/6-311+（2df, p）水平上进行了单点能计算。最后得出单线态氧与2,4-二氯苯酚（邻氯苯酚）的含有含氢基团的双键进行1,3加成反应,生成一个烯丙基氢过氧化物以及单线态氧与2,4-二氯苯酚（邻氯苯酚）进行1,4加成生成一个氢过氧化物酮类物质的反应,在热力学上发生的可能性较大;进而再通过对它们二者反应活化能垒的分析,发现单线态氧与2,4-二氯苯酚（邻氯苯酚）的含有含氢基团的双键进行1,3加成反应,生成一个烯丙基氢过氧化物的反应在动力学更可行。其间还通过反应过程中所涉及到的各驻点,对它们中的相关原子间的距离以及相关原子的NBO电荷的分析来揭示单线态氧与2,4-二氯苯酚（邻氯苯酚）反应的机理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 氯代酚及其危害
• 1.2 氯代酚的降解
• 1.2.1 光降解氯代酚
• 1.2.2 敏化光降解氯代酚
• 1.2.3 单线态氧的简介
• 1.3 氯代酚的分析
• 1.3.1 常见的检测氯代酚的方法
• 1.3.2 化学发光方法检测氯代酚
• 1.4 计算化学在机理研究中的应用
• 1.4.1 主要的计算方法简介
• 1.4.1.1 半经验分子轨道（MO）方法
• 1.4.1.2 从头计算（Ab initio）方法
• 1.4.1.3 密度泛函（Density Functional theory）方法
• 1.4.2 基组简介
• 1.4.3 Gaussian 软件简介
• 1.5 本课题的研究目的和主要内容
• 第二章 单线态氧与2，4-二氯苯酚作用机理的理论研究
• 2.1 引言
• 2.2 研究方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 对反应物的初步分析结果
• 2.3.2 各反应类型的热力学计算结果
• 2.3.3 可能反应类型的动力学研究结果
• 2.3.3.1 反应类型（1）的具体研究结果
• 2.3.3.2 反应类型（4）的具体研究结果
• 2.4 本章小结
• 第三章 单线态氧与邻氯苯酚作用机理的理论研究
• 3.1 引言
• 3.2 研究方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 对反应物的初步分析结果
• 3.3.2 各反应类型的热力学研究结果
• 3.3.3 可能反应类型的动力学研究结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 主要结论与展望
• 4.1 主要结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文