来自C-H,N-H和O-H酸的身份质子转移反应. 一个ab initio,DFT和CPCM-B3LYP水溶剂模型研究
James R Keeffe1, Scott Gronert, Michael E Colvin
1Department of Chemistry and Biochemistry, San Francisco State University, 1600 Holloway Avenue, San Francisco, California 94132, USA.
这项研究研究了质子转移反应,发现气相脱质化度与激活度的相关性很差. 然而,复杂化热量和激活热量显示出良好的相关性,突出了过渡状态稳定因子.
科学领域:
- 物理化学 物理化学
- 计算化学计算化学
- 化学动力学 化学动力学
背景情况:
- 质子转移反应是化学的基础,影响酸行为.
- 了解气相与水相反应动态对于精确的化学建模至关重要.
- 均衡和动力参数之间的相关性在溶液中确立得很好,但在气相中不太了解.
研究的目的:
- 为了研究在气相中的酸及其基之间的同一性质子转移反应.
- 为了比较气相反应热量与激活热量,并探索它们的相关性.
- 阐明控制离子-分子复合体中过渡状态稳定性的因素.
主要方法:
- 量子化学计算 (MP2/6-311+G) 用于优化所有物种的几何形状.
- 使用合集群,DFT (气相) 和COSMO (水溶剂模型) 进行了单点计算.
- 使用自然人口分析 (NPA) 来计算电荷分布和过渡状态参数.
主要成果:
- 脱质的度与实验气相和水相测量结果相对应得很好.
- 脱质和激活的气相度显示出差的相关性,与水相布伦斯特德相关性不同.
- 复杂化和激活的气相度与相关性很好,这表明离子-分子复杂体内的过渡状态稳定.
- 在溶液中观察到的"酸异常"在气相中被发现不存在.
结论:
- 复合体和过渡状态中的间歇性静电相互作用,在分离的反应物中不存在,解释了气相中脱质和激活度之间的差相关性.
- 这些相互作用在水中因溶剂作用而减弱.
- 过渡状态的稳定性受离子三重体结构和电荷分布的影响,反应末端的电子负性起着关键作用.
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