一类酮-烯醇互变异构反应的热力学和动力学研究开题报告

研究背景：

互变异构是一类特殊形式的重排反应，是指某些有机化合物的两种异构体自发进行可逆性的相互转换，并且这两种异构体处在动态平衡中，一般为官能团的改变。常见的互变异构包括酮-烯醇， 酰胺-亚胺酸，内酰胺-内酰亚胺，烯胺-亚胺烯胺-烯胺等。互变异构对于研究反应机理来说非常重要，通过研究酮-烯醇的互变异构反应，可对物理化学中的动力学及反应热力学中有更加深入的了解。烯醇是有一个碳上含有碳碳双键和一个羟基的有机化合物，在乙烯的燃烧过程中，科学家第一次发现了这种有机物。由于烯醇通常情况下无法稳定存在，它的研究一直是化学家们挑战的对象。酮-烯醇式互变异构现象在羰基化合物普遍存在，它可被酸碱所催化，化合物的结构不同，在平衡体系中烯醇式的含量也不同。以丙酮为例：

目前，对于水溶液中烯醇-酮式互变异构的研究，主要有核磁共振法，紫外吸收光谱法， 高效液相色谱紫外检测法，电化学法和毛细管电泳法等，但是这些检测方法存在一些缺点，如：操作复杂。仪器价格偏高等。而且对于酮-烯醇式互变异构的国内研究比较少，而且年代较为久远。所以现代更应研究酮-烯醇式互变异构在热力学和动力学上的研究。

目的：

通过对酮-烯醇式互变异构作高精度的量子化学计算研究，探讨异构化反应活化能，获得该反应过程中的过渡态的能量性质，振动性质，微观电子结构、几何参数、光谱数据、电荷布局、反应活性部位，热力学常数，分子轨道信息，表面电荷分布等，对反应机理做出合理解释。

意义：

通过高精度的量子化学计算法，探讨酮-烯醇式互变异构的反应机理，反应活化能，弄清过渡态的能量性质，振动性质，微观电子结构，找到过渡态的空间结构，以便将来更好的研究酮-烯醇的反应过程，开发酮-烯醇的多方面性能和用途，提供相关的学术研究。

主要研究内容：

通过对酮-烯醇式的作高精度的量子化学计算研究，获得该类化合物的空间结构，几何参数，光谱数据，电荷布局，反应活性部位等.具体研究内容如下:

1.利用现代科技文献的查阅方法和手段，如因特网，网上图书馆，电子期刊数据库，查阅有关互变异构的的概念以及酮-烯醇式互变异构的原理，研究方法，有关理论研究方面的科技文献资料，并对文献进行综合，分析，研究总结。在此基础上，选择合适的测量方法，拟定出具体研究方案，写出开题报告.。

2.查阅文献，设计理论计算方案，确定具体计算步骤，对酮-烯醇式互变异构的动力学热力学研究，通过研究训练培养动手能力，独立思考问题，独立解决问题的能力，初步提高自己的科研能力。

3.将得到的数据进行整理，与已有的实验数据进行比较.。

4.对研究的目标体系进行评价，并对一些相关的性质等进行理论预测。

预期目标:

1.利用现代科技文献的查阅方法和手段，如因特网，网上图书馆，电子期刊数据库，查阅有关互变异构的的概念以及酮-烯醇式互变异构的原理，研究方法，有关理论研究方面的科技文献资料；

2.整合所查阅的文献，分析研究总结，完成开题报告；

3.选择合适的量子化学计算方法，拟定出具体的研究方案；

4. 学会操作量子化学计算软件Gaussian03，利用NMR研究互变异构动态变化过程中详细的物质结构信息；采用密度泛函方法优化出酮-烯醇式过渡态的空间几何结构；利用合适的研究方法对过渡态产物作频率分析，得到红外光谱数据；计算得到体系的电荷布局；分析微观机理，得到分子轨道等信息；计算得到吸收光谱信息，如紫外吸收光谱数据；利用最新的福井函数，得到体系的反应活性部位；

5.整理数据；

6.对研究的目标体系进行评价，并对一些相关的性质等作出理论预测；

7.完成毕业论文设计。

1. 学习并初步掌握量子化学计算软件Gaussian03的安装和操作；

2. 掌握几种常用的量子化学计算方法如AM1，HF，MP2，B3LYP等的使用方法和适用研究体系；

3. 采用量子化学AM1方法研究过渡态的几何构型并完成全部振动分析计算，计算包括括真动能修正的异构化反应活化能和反应焓，采用密度泛函方法优化出酮-烯醇式的空间几何结构；

4. 寻找从烯醇式到酮式的过渡态，通过相关软件观察过渡态的能量性质，振动性质；

5. 对研究对象作频率分析，得到红外光谱数据等；

6. 分析微观机理，得到分子轨道等信息.

7. 计算得到吸收光谱信息，如紫外吸收光谱数据；

8.利用最新的福井函数，得到体系的反应活性部位.

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