在水溶液中通过水合铁的甲-甲醇氧化:DFT和car-parrinello分子动力学研究的联合DFT和car-parrinello分子动力学研究
Bernd Ensing1, Francesco Buda, Michiel C M Gribnau
1Theoretical Chemistry, Faculty of Sciences, Vrije Universiteit Amsterdam, De Boelelaan 1083, NL-1081 HV Amsterdam, The Netherlands. ensing@cmm.upenn.edu
Journal of the American Chemical Society
|April 1, 2004
概括
从芬顿的试剂中产生的铁离子被证实是氧化有机基质 (如甲) 的活性物种. 计算表明,即使有溶剂效应,氧反弹机制也受到青,支持其在芬顿氧化中的作用.
科学领域:
- 计算化学的计算化学
- 氧化机制 氧化机制
- 有机金属化学 有机金属化学
背景情况:
- 众所周知,芬顿的试剂 (Fe2+/H2O2) 可以产生铁离子 ([FeIVO]2+).
- 铁离子作为芬顿化学中的活性氧化物种的精确作用需要详细的机械研究.
研究的目的:
- 以计算方式研究铁离子与甲作为模型有机基质的反应性.
- 为了确定铁离子的首选氧化机制 (氧气反弹与甲协调).
- 评估溶剂对反应能量的影响.
主要方法:
- 静态密度函数理论 (DFT) 的计算.
- 卡尔-帕里内洛分子动力学 (MD) 模拟.
- 限制性 (第一原理) 分子动力学对于溶剂效应.
主要成果:
- 在真空中,DFT计算显示了强烈的偏好氧反弹机制 (3 kcal/mol屏障) 与甲协调 (23 kcal/mol屏障) 相比,甲氧化由[{H2O) 5FeIVO]2+发生.
- 甲到甲醇的整体氧化在能量方面是有利的 (-47 kcal/mol).
- 溶剂效应使氧回弹机制中H抽象的自由能量屏障增加到水溶液中的22kcal/mol.
结论:
- 铁离子被证实是芬顿类反应中的活性氧化中间体.
- 氧反弹机制是由铁离子氧化甲的主要途径.
- 尽管溶液中的障碍增加了,但对于具有强C-H键的基质,铁离子氧化是可行的.
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