环己二烯自由基的氧化机理和萜烯二次臭氧化物的研究

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生物源排放的异戊二烯以及单萜烯是挥发性有机化合物(VOCs)的重要组成部分。森林释放的萜烯,经紫外灯照射能与大气中的相关组分发生光化学反应(如OH、O3以及NO3),生成的二次污染物(醛、酮以及更高氧化态化合物)通过吸附于颗粒物的形式形成二次有机气溶胶(SOA),这一过程使得臭氧浓度增加及光化学烟雾的形成,而这些不仅影响大气环境还会对人体健康造成危害,如呼吸道疾病。因此研究萜烯在大气中的氧化机理,才能更有效地指导萜烯类化合物在大气中的降解,有效调控对大气环境的影响。本篇文章第二部分使用量子化学结合化学动力学,进一步研究了由萜烯在大气氧化下得到的环己二烯型自由基在大气环境下与氧气的反应历程。通过使用RHF-UCC SD(T)-F12a/cc-pVDZ-F12方法,结合过渡态理论和RRKM等理论计算了反应过程中各路径的分支比以及反应速率、产率等进而得到环己二烯型自由基与氧气的反应机理。文章的第三部分主要合成了几种萜烯的二次臭氧化物(SOZs),并对SOZs结构进行了相关表征;其次还研究了3-Carene SOZ的水解以及检测3-Carene气相臭氧化条件下3-Carene SOZ的生成情况。主要成果如下:(1)环己二烯型自由基(CHRs)与氧气的反应利用高水平量子化学结合化学动力学,对环己二烯型自由基(CHRs)与氧气的大气氧化机制进行研究。具有甲基和异丙基取代基的环己二烯基(CHR)是环己二烯型萜烯在大气氧化中通过OH自由基的氢夺取形成的。在这篇文章中,对大气条件下O2与环己二烯自由基(c-C6H7)和2-甲基-5-异丙基,2-异丙基-5-甲基和1-异丙基-4-甲基-CHR的反应进行了理论研究。计算表明,c-C6H7的反应形成苯,其他三个CHR反应均形成单位产率的对甲基异丙基苯+HO2。c-C6H7的反应与c-C6H6-OH的反应大不相同。(2)实验合成萜烯SOZs及SOZs的研究自行搭建了烯烃的臭氧化装置,装置主要部分为臭氧发生器以及玻璃管反应发生器。本实验主要是合成萜烯SOZs并对其进行标准谱图的表征,进而对SOZs的降解进行研究。我们将萜烯溶于戊烷溶剂中并低温(乙腈/液氮)臭氧化分解,再通过层析柱分离纯化得到SOZ;本实验成功合成了3-Carene SOZ、β-Pinene SOZ和1-癸烯SOZ,并对这些SOZs用1H-NMR,13C NMR,FTIR,GC-MS进行表征得到SOZs标准谱图。探究3-Carene SOZ水解(溶于重水)时发现其水溶性很小,能发生部分水解,但在大气中研究SOZs的水解显得毫无意义。3-Carene气相臭氧化实验也并未检测到3-Carene SOZ的生成。
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