异氰酸与小自由基反应机理及电子密度拓扑研究

摘要

该论文的研究目的在于利用量子化学方法和电子密度拓扑分析方法研究分子体系的结构及性质,从而对反应过程中化学键的变化规律做出正确的描述和分析,为化学键理论的深入研究提供理论基础.该文的主要研究对象为HNCO与O、F、Cl原子的反应机理.生态环境的恶化引起了人们的越来越多的关注,大气污染问题更是这些年来环境问题的重中之重.对大气分子中小分子的反应机理的研究越来越受到人们的重视.异氰酸(HNCO)是三聚氰酸热分解的一种主要产物,此物质对氮氧化合物的消除起着重要的作用,它能从燃烧的废气中迅速除去有毒的NO<,x>化合物,同时它也是得到NH自由基的有效试剂<'[7]>,高能燃料的燃烧也涉及到异氰酸,因此,在涉及N原子的燃烧化学中起着非常重要作用<'[7]>,所以研究这些反应的反应机理就成为化学家们研究的重点.该文采用了B3LYP、MP2等方法,6-31 1G(d,p)基组和电子密度拓扑分析方法研究了异氰酸与O、F、Cl等小自由基反应的微观机理.该论文的第二章是对量子化学基本原理与量子拓扑学理论的发展历史和研究现状进行了简单的回顾和介绍.量子化学的应用研究范围正在不断扩大,化学键和分子的电子结构仍然是量子化学研究的主要内容之一.近几年来,国际上应用量子拓扑学对化学键及化学反应机制的研究取得了很大的成就.该论文第三章对O自由基与HNCO反应的微观机理进行了研究和讨论,找到了这个反应过程中的四个反应通道,并利用电子密度拓扑分析方法讨论了反应途径中化学键的变化规律.该文在第四章和第五章分别研究了HNCO与X(X=F、Cl)原子的反应机理及反应途径中化学键的变化.根据量子化学计算得到了反应的几个反应通道,电子密度拓扑分析讨论了反应途径中的化学键的变化过程.该论文的创新之处:1、采用三种方法B3LYP、MP2和QCISD进行了各个驻点的能量计算,计算结果表明三种方法计算的能量值只是相对的有些差异,并没有导致能级顺序的交错,说明这三种方法对此自由基反应机理的研究都是适合的.B3LYP可以定性的对此反应进行研究,而MP2对能量计算能够给出和QCISD非常接近的结果.所以MP2方法可以用于此类反应的研究2、对HNCO与O原子的反应,找到了四个可能反应通道,分别是:O(<'3>P)原子分别进攻HNCO分子中的H、N、C及O三种原子生成了8种反应产物.对四个反应通道各个驻点进行能量及反应势垒计算,由分析可知反应通道(1)为此自由基反应得主要反应通道.3、对于HNCO与F、Cl的反应,找到了相应的反应通道,并对其反应机理进行了详细的讨论.4、对几个反应的所有的反应通道进行了详细的电子密度拓扑分析,从电子密度的角度讨论了化学键的形成和断裂的过程,得到了几个反应的结构过渡态,再次证明了我们以前提出的有关不同热效应反应终结构过渡态超前和滞后与能量过渡态的结论的正确性.

目录

文摘

英文文摘

笫一章前言

第二章量子化学基本原理和方法

2.1量子化学基本原理和计算方法

2.2量子拓扑学基本理论

参考文献

第三章O原子与NHCO的反应机理的量子化学及电子密度密度拓扑研究

3.1分子体系的构型优化和反应途径的确定

3.2反应途径上化学键变化的电子密度拓扑分析

2.3 结论

参考文献

第四章F原子与HNCO的反应机理的量子化学及电子密度密度拓扑研究

4.1分子体系的构型优化和反应途径的确定

4.2反应途径上化学键变化的电子密度拓扑分析

4.3 结论

参考文献

第五章Cl原子与HNCO的反应机理的量子化学及电子密度密度拓扑研究

5.1分子体系的构型优化和反应途径的确定

5.2反应途径上化学键变化的电子密度拓扑分析

5.3 结论

参考文献

致谢