二氟乙胺合成的反应机理及其动力学研究

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本论文主要对二氟乙胺合成反应过程进行深入研究,研究内容主要为:(1)NH3取代C2H3F2Cl反应机理及动力学,(2)参考相关专利基础上对NH3取代C2H3F2X(X=Cl、Br和I)三种合成工艺综合分析研究,(3)有机溶剂对反应过程的影响分析研究。首先利用gussian软件中的B3LYP/6-31++G计算方法完成四种可能机理的过渡态寻找和分子构型优化以及过渡态结构验证。其次根据所得势能面关系和分子前线轨道分析及自然成键轨道分析完成反应机理的验证并最终确定了最优反应机理为氨分子背面进攻取代机理。最后利用自然居数电荷分析取代反应过程可能的复合物构型并确定出5种可能的复合物构型,对其进行分子构型优化确定出氨分子进攻碳原子取代位过程存在的前驱复合物为NH3中的N和H原子与H和F原子最近距离相互作用所形成;离去过程存在的后继复合物为氯原子与任意H原子相互作用形成复合物。利用Kisthelp软件对NH3取代C2H3F2Cl动力学特征进行研究,确定反应动力学方程式为:k=1.0766×10-13exp(-9707.36/T)/cm3mol-1s-1。根据反应势能面、速率常数和平衡常数对NH3取代C2H3F2X(X=Cl,Br和I)三种合成工艺进行综合分析,研究表明氨取代氯反应平衡常数最高且与另外两者存在显著差别说明其转化率最高,其他分析无显著差别,研究得出NH3取代C2H3F2Cl占优势。利用CPCM溶剂计算模型对添加DMF、DMSO和CCl4等六种有机溶剂对反应过程的溶剂效应进行研究,结果表明添加有机溶剂可以增大复合物能量,降低过渡态及中间体能量,对结构分析表明溶剂极性越强可以明显降低过渡态C-X键长,增长C-N键键长并与过渡态符合一次线性关系。深入分析电荷不均匀程度与过渡态C-X键和C-N键长关系进行分析,研究表明电荷不均匀值越高C-X键越短,C-N键越长。C-X键长收缩线性关系式分别为:YCl reaction=-1.28X+3.20;YBr reaction=-1.3X+3.17;YI reaction=-1.25X+3.09,C-N键长伸长关系式为:YCl reaction=0.91X+1.57;YBr reaction=0.97X+1.74;YI reaction=1.02X+1.94。最终确定极性越强会使得电荷不均匀程度越高,导致过渡态C-N键增长,C-X键缩短,进而会使得过渡态活化能降低。
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