几类多重键化合物的结构与反应机理的理论研究

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本文利用量子化学计算方法预测了一类新的三键化合物XCNN (X=Ge, Sn, Pb),揭示了Ge2+N2双分子反应以及腈炔交叉置换反应(NACM)的反应机理。主要内容如下:i)利用CCSD(T)//B3LYP方法对[XCN2] (X=Ge, Sn, Pb)系列分子各个异构体的热力学和动力学稳定性进行了研究。发现XCNN是一个含有XC三键的异构体,稳定性非常好,有利于实验室探测与合成。我们的研究为将来该类新型三键化合物的合成提供了一种新思路。ii)利用CCSD(T)和B3LYP方法研究了Ge2和N2双分子反应的反应机理。IRC路径计算表明,文献所阐述的单重态反应机理是不正确的,正确的反应主通道为:3Ge2+N2 3c-GeNNGe CI 1Ge-cNNGe 1GeNNGe,需要经过一个三态-单态的圆锥交叉点CI。我们的结果很好地解释了文献报道的低温激光溅射实验,并为类似双分子反应如Si2/Sn2+N2的机理研究提供了参考。iii)在DFT方法下对NACM反应机理进行了理论研究。结果显示该反应遵循四元环机理,即通过不稳定的四元环异构体生成产物,与近期的实验现象吻合。计算结果有望为杂原子参与的新型多重键置换反应的设计提供了参考。
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