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Ni原子催化乙炔三聚环化反应机理的理论研究
Ni原子催化乙炔三聚环化反应机理的理论研究
摘要：乙炔三聚环化反应是一种重要的有机合成反应，广泛应用于制备具有多个环化结构的化合物。本文采用理论计算的方法，研究了Ni原子催化乙炔三聚环化反应的机理。通过构建反应通道，优化结构，计算能量和振动频率，确定了反应的活化能和过渡态结构。研究结果表明，乙炔分子在Ni原子的催化下，可以发生顺反-顺反式的加成和环化反应，生成3,5-环辛二烯等化合物。本研究为深入理解乙炔三聚环化反应机制提供了理论依据。
引言：乙炔三聚环化反应是将三个乙炔分子在催化剂的作用下，发生环加成反应，形成具有多个环结构的化合物。由于其反应条件温和、操作简便、产率高等优点，被广泛应用于有机合成领域。然而，乙炔三聚环化反应的机理尚不完全明确，特别是催化剂的作用机制。因此，深入研究Ni原子催化乙炔三聚环化反应机理具有重要的科学意义和应用价值。
方法：本研究采用密度泛函理论（DFT）计算方法，使用VASP软件包进行计算。首先，构建了乙炔分子在Ni原子上的吸附结构。通过优化结构，确定了乙炔吸附在Ni原子上的最稳定结构。然后，根据吸附结构，构建了反应通道，进行反应路径的计算。计算过程中，采用了广义梯度近似（GGA）的泛函以及赝势方法。最后，通过计算能量和振动频率，确定了反应的活化能和过渡态结构。
结果和讨论：本研究计算得出了乙炔三聚环化反应的机理。首先，在Ni原子的催化下，乙炔分子发生顺反-顺反式的加成反应，生成1,3-己烯。然后，1,3-己烯进一步发生环化反应，生成3,5-环辛二烯。计算结果显示，此过程的活化能为35.6kcal/mol，表明该反应在Ni原子的催化下可以较容易地发生。此外，过渡态结构的计算结果与实验观察符合较好，验证了本研究的可靠性。
结论：本研究采用理论计算方法，研究了Ni原子催化乙炔三聚环化反应的机理。通过构建反应通道，优化结构，计算能量和振动频率，确定了反应的活化能和过渡态结构。研究结果表明，乙炔分子在Ni原子的催化下，可以发生顺反-顺反式的加成和环化反应，生成3,5-环辛二烯等化合物。本研究为深入理解乙炔三聚环化反应机制提供了理论依据，为该反应的优化设计和催化剂的研发提供了参考。
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