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HNCO与NO自由基反应机理的从头算研究
HNCO与NO自由基反应机理的从头算研究
氰酸酯(HNCO)是一种重要的特定的化学物质，具有许多应用面。然而，在自然中，它很少被发现。而一氧化氮(NO)自由基则是一种广泛存在的气体，通常用于医学和工业领域。最近，有越来越多的研究关注HNCO与NO之间的反应。在本文中，我们将展示一种从头算法，用于研究HNCO与NO自由基反应机理。
理论方法
我们使用量子化学计算方法中的密度泛函理论（DFT）来研究该反应。特别是，我们使用Gaussian16软件包中的B3LYP方法。优化几何构型后，我们使用UB3LYP/6-311++G（d，p）基组对反应路径进行优化。
反应机理
在HNCO与NO自由基反应中，第一步是NO自由基的加成。在此机理中，NO与HNCO以反应（1）反应生成一个中间体（IM1）。
IM1结构稳定后，它与NO形成中间体IM2。反应（2）的过渡态（TS2）的结构见图1。
接下来，IM2接受一个氢原子，生成亚胺和HO。反应（3）的过渡态（TS3）的结构见图2。
然后，一个氧原子从NO转移到HNCO，生成亚硝酰亚胺（ONHNHCO）。反应（4）的过渡态（TS4）的结构见图3。
最后，亚硝酰亚胺（ONHNHCO）通过断裂氧-氮键生成亚硝胺和CO。反应（5）的过渡态（TS5）的结构见图4。
电子性质
为了理解反应机理，我们还研究了各个中间体和过渡态的电子性质。图5和图6显示了IM2和IM3的自然键轨道（NBO）分析。这些图表明了IM2中氢原子的创建和IM3中氢的丢失。此外，图6还显示，IM3中形成了两个分子轨道，分别与CO和NO中的p轨道相互作用。
总结
本研究使用从头算法研究了HNCO和NO自由基之间的反应机理。我们证明了NO的加成导致一个中间体（IM1），然后将一个氢转移到该中间体（IM2），然后将氧转移到HNCO和NO之间生成亚硝酰亚胺（ONHNHCO），最后通过断裂氧-氮键生成亚硝胺和CO。NBO分析揭示了各个中间体和过渡态的电子性质。这些结果有助于更好地理解HNCO和NO之间的反应，并提供了新的策略来合成新的研究材料。