SN1反应机理高斯计算过渡态搜寻求助

孤月杰

各位老师，在计算亲核取代反应机理过程中遇到过渡态搜寻难题。反应如下所示。在第一步过渡态计算过程中，就是C-Br键断裂，形成碳正离子。输入计算是这样的

%chk=D:\Desktop\TS1.chk
%mem=8GB
%nprocshared=8
# opt=(calcfc,ts,noeigen) freq b3lyp/6-31g(d,p) scrf=(smd,solvent=toluene)

TS1

0 1
C                  1.26718400    3.25783400    0.46327800
C                  1.63310700    1.80389100    0.05238100
C                  0.56073100    0.89909500    0.51096000
C                 -0.67971900    0.74858600   -0.31094000
Br                 1.50884200   -1.62794100   -0.02273100
O                 -0.78943900    1.18961700   -1.43912000
O                 -1.64339300    0.12939100    0.37823000
C                 -3.74681824   -1.14064434    0.14311190
C                 -2.95026500    0.14219631    0.04783767
H                  2.07415400    3.92196400    0.14033100
H                  0.34167300    3.58425600   -0.01773600
H                  1.15652100    3.35628600    1.54720700
H                  2.58072700    1.52482900    0.51792500
H                  1.72983400    1.74684800   -1.03344800
H                  0.47045800    0.66332500    1.56693100
H                 -4.79688347   -0.90218518    0.33937811
H                 -3.69162354   -1.70717977   -0.79082924
H                 -3.38127897   -1.77332962    0.95752190
H                 -2.98727807    0.72312179    0.97463562
H                 -3.29678372    0.78444781   -0.76748795

结果计算完是有一个虚频，但是对应的振动方式是，Br原子和碳原子上的氢原子结合，发生消除反应。调整了好多次C-Br键的长度，以及碳原子的角度，但计算完TS都是和碳原子上的氢原子结合。

请教老师们，怎样可以正确计算出SN1反应过程中形成碳正离子的过渡态，万分感谢

zjxitcc

需要考虑显式溶剂，Br-需要被溶剂包裹。可以考虑使用QM/MM或ONIOM方式计算反应机理。

孤月杰

zjxitcc 发表于 2026-6-18 15:04
需要考虑显式溶剂，Br-需要被溶剂包裹。可以考虑使用QM/MM或ONIOM方式计算反应机理。

非常感谢老师的回复。计算为了比较SN1和SN2反应的能垒，SN2可以正常计算过渡态计算能垒，SN1卡在了这一步过渡态计算，整个计算过程中都是使用隐式溶剂计算，如果要使用显示溶剂计算，是不是所有计算都要更改。另外老师我尝试使用同样的方法计算叔丁基溴，是可以正常得到C-Br键伸缩的过渡态，但这个结构就是不对。

zjxitcc

孤月杰 发表于 2026-6-18 15:43
非常感谢老师的回复。计算为了比较SN1和SN2反应的能垒，SN2可以正常计算过渡态计算能垒，SN1卡在了这一步 ...

（1）你继续坚持隐式溶剂模型。那就继续尝试找过渡态，使用更复杂的计算技巧。例如从叔丁基溴的C-Br解离过渡态结构出发，固定反应中心的原子不变，将旁观基团替换为目标基团，构造出你当前CH3CH2CH(Br)COOEt过渡态的猜想结构，然后使用冗余内坐标（opt=modredundant或opt(calcfc,modredundant)）固定反应中心的原子，只优化周围的旁观基团和原子，这样可以尽量降低周围原子的受力。接着放开坐标限制，再利用opt(calcfc,ts,noeigen)尝试寻找过渡态。

如果不清楚如何通过modredundant进行限制性优化，应当在计算前仔细阅读
在Gaussian中做限制性优化的方法 http://sobereva.com/404

（2）你不坚持隐式溶剂模型。那么SN1和SN2都改在显式溶剂下计算。

孤月杰

zjxitcc 发表于 2026-6-18 15:52
（1）你继续坚持隐式溶剂模型。那就继续尝试找过渡态，使用更复杂的计算技巧。例如从叔丁基溴的C-Br解离 ...

非常感谢老师，我学习试试看。

Accelerator

非极性溶剂里卤代酯主张SN1简直是疯了 先算个热力学呢

孤月杰

Accelerator 发表于 2026-6-23 10:54
非极性溶剂里卤代酯主张SN1简直是疯了 先算个热力学呢

感谢回复。实验证明反应速率与两种原料的浓度都有关系，表明是发生SN2反应。现在需要通过理论计算SN1需要的能垒大于SN2，仅热力学计算反应前后，没法直接证明。最近尝试计算得到的过渡态，是一个碳正和间位的碳发生转移，形成三元环的一个结构，书里也说明这个反应的可能性。也尝试去计算平面形的碳正，固定两个碳的距离，不让形成环，但计算完结果不是很好。

KazusaT

孤月杰 发表于 2026-6-23 13:27
感谢回复。实验证明反应速率与两种原料的浓度都有关系，表明是发生SN2反应。现在需要通过理论计算SN1需要 ...

我说的不客气一点，是个学过有机的人都不会觉得甲苯里这个条件下这个反应走SN1，如果是为了研究某些特定的问题还好，为了解释实验之类的算这个完全是闲的没事干了。

孤月杰

文章增加点内容，确实没啥意义。

Accelerator

孤月杰 发表于 2026-6-23 13:27
感谢回复。实验证明反应速率与两种原料的浓度都有关系，表明是发生SN2反应。现在需要通过理论计算SN1需要 ...

"仅热力学计算反应前后，没法直接证明"怎么没法证明？热力学不可能发生的反应找过渡态有什么用？翻开任何一本教科书，哪本不是在用碳正离子热力学讨论SN1？
试图论证这个反应不经历SN1并不明智。一本正经地论证一个基本常识问题，通常只会显得自己stupid。

此外，这个碳正离子优化不出来是正常的，肯定会变成氧鎓。

孤月杰

Accelerator 发表于 2026-6-25 10:58
"仅热力学计算反应前后，没法直接证明"怎么没法证明？热力学不可能发生的反应找过渡态有什么用？翻开任何 ...

好吧，是我把问题想简单了。之前尝试用叔丁基溴计算过碳正，过渡态搜索很简单。想着换这个结构也挺容易比较反应能垒的。确实，去检索相关SN1计算的案例很少，SN2很多。