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沙林(Sarin),化学名称甲氟膦酸异丙酯,属于含磷类神经性毒剂,可以破坏胆碱能神经 (即以乙酰胆碱为递质的神经),也就是抑制了乙酰胆碱,使乙酰胆碱过量积累,胆碱能神经的正常传导功能受到破坏,从而产生一系列的中毒症状。沙林(Sarin)的销毁目前成为世界各国研究的热点,目前常用的方法有水解法和热解法,但都存在着效率低下、反应时间过长等问题。
光化学在星际过程、大气化学、环境污染以及生物体系中发挥重要的作用,因此引起了理论和实验化学家的广泛关注。最近一段时间,研究人员发现在一定的波长下,沙林(Sarin)可以高效而快速地分解,这为人们打开了一条处理和销毁沙林(Sarin)等军用毒剂的新路。
然而,由于军用毒剂的特殊性,虽然研究人员发现在一定波长范围内沙林(Sarin)可以分解,且最大吸收在204nm附近,但对于其光解产物的具体组成却不能明确地测定,同时,对于至关重要的反应机理实验上也不能给出。
我们运用量子力学的的方法对沙林(Sarin)的基态、激发态以及光解离的动力学过程进行了理论研究。由于实验上并没有测得沙林(Sarin)的基态结构,考虑到计算只可以得出某一构象最低能量,不能保证是能量最低构象,因此我们使用密度泛函(DFT)的方法优化多个不同的分子构象,从而得到基态的能量最低构象。同时,我们还采用完全活化空间自洽场(CASSCF)方法对基态和激发态进行进一步研究。
为了解释沙林(Sarin)分子紫外可见吸收光谱,即对光解离的动力学过程进行研究,得到其在光照下可能断裂的键及其光解离途径以及整个光反应过程的能量变化,我们采用完全活化空间自洽场(CASSCF)与单激发组态相互作用方法连用的手段,得到了反应的势能面,解释了反应机理。计算发现:从S<,0>态到S<,1>态的垂直激发能为198nm,这与实验值204nm非常一致;在优化的结构、计算的能量和分子轨道分析的基础上,S<,1>态和T<,1>态分别被指认为<1>nπ<*>态和<3>nπ<*>态;当204nm的光把分子由基态激发至第一激发单态后,首先发生系问窜越到T<,1>态,随后发生P-C键的解离生成C<,3>H<,7>PO<,2>F和CH<,3>自由基。