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[新手求助] 如何用计算或模拟评价化学反应的稳定性与中间产物分子的稳定性?

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楼主
本人想请教一下有关如何通过计算来评价中间产物分子的稳定性并预测一下什么溶剂环境下能更利于此可逆反应正向进行并稳定中间产物B从而进一步反应生成D。
反应描述: A + MF ⇌  B  ;  B +  C  → D  
[size=14.6667px]总反应可以理解为连串反应:A为全氟酰氟类物质,类似氟光气;MF为碱金属氟化物;第一步为可逆反应,碱金属氟化物中的F进攻羰基碳发生加和反应生成B(全氟醇盐如三氟甲醇盐);第二步为B与C(甲基化试剂如碳酸二甲酯)的SN2取代反应甲基化生成最终产物D。溶剂:带有多个氧的链状或环状具醚,如二甘醇二甲醚,三甘醇二甲醚,冠醚等能与碱金属离子M产生类似配位作用的溶剂,从而能给中间产物带来一些稳定作用。从不同底物角度来说参与反应的原子少则不到20个,多则70个左右。实验上是先让第一步反应一段时间再加入C接着第二部反应,且MF在此类溶剂中溶解度很低。
[size=14.6667px]关键在于第一步反应和B物质的不稳定性,文献中报道B这种物质具有负超共轭效应(计算也发现C-O键介于双键与单键间,原羰基碳上的C-F键比正常长0.15A左右),本身不稳定寿命短,极易发生逆反应分子内消除再生成A与MF(不论是在溶剂中还是真空或惰性气体环境下(比溶液中更为飞快))。

通过阅读公社中的有关分子稳定性的帖子后,老师们说的分子稳定性与环境和讨论角度很重要。环境为可以与碱金属M产生类似配位作用的溶剂从而可能另中间产物更稳定。讨论角度:①中间产物B的稳定性与热稳定性②第一步可逆反应的稳定性,想令其正向进行程度更大③对不同含氧类溶剂环境的稳定性对比,挑选出最合适的溶剂。

目前对此类反应进行了一下计算:
1、热力学上反应的可行性(ΔG几乎全为负值):使用Gaussian(添加隐式溶剂)对多种底物的此类反应进行了反应自由能变进行了计算,发现当使用F离子(不添加金属离子)时自由能最负;带上MB并添加显式溶剂计算次之;仅使用MF时自由能负值最高。
2、对不同底物的A物质进行了HOMO-LUMO的gap计算:gap值在7.8ev左右。
3、化学反应动力学上:对多种底物进行了势能面扫描和过渡态搜索,经过很长时间,找不到过渡态,无法计算自由能垒和化学反应动力学。而第二部反应的过渡态可以算出。
4、对A与B的mayer键级进行了分析,发现B的C-F键键级很接近1,C-O键在1.5左右。

疑问:
1、反应的一部分阻力应该也存在于氟化碱金属盐MF在无羟基聚醚溶剂中的溶解情况和迁移速率,是否可以在隐式溶剂下把一个或多个溶剂分子显式化当作溶质然后计算MF与B与溶剂分子的结合自由能变来评价不同溶剂分子对反应的促进或对物质的稳定作用。
2、在热稳定性上,像这B种小分子物质并且是在化学反应中、本身就不稳定自发分解,能通过分子动力学升温模拟、从头算动力学来评价吗,或者做分子动力学模拟有意义吗?
3、像这种若真搜索不到过渡态的反应,是不是在计算上做文章的路被堵死了很大一部分?
4、本人新手懂得很少,还请各位老师多多指导计算哪些方面或参数可以评价该化学反应稳定性、物质B的稳定性和溶剂对物质B的稳定作用比较,还请各位老师多多提提建议与指导,谢谢。

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-6-27 09:31:27 | 只看该作者 Only view this author
请问我是放错板块了或者编辑的不合理吗,请老师指出批评,我再修改

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