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张家旭、杨丽课题组在化学反应动态学理论模拟取得新进展

发布时间:2017-06-27浏览次数:821来源:化工学院

日前,我校化工与化学学院张家旭、杨丽教授课题组在基于化学反应动态学的理论模拟研究方面取得新进展。研究成果发表在物理化学领域国际一流期刊J. Phys. Chem. Lett. 2017, 8, 1885,影响因子9.353,第一作者为2016级博士生刘旭。
静态势能面为化学反应提供了最小能量反应通道(MEP)的基本构架,而非平衡态化学反应通常不遵循MEP。化学动力学模拟通过积分体系哈密顿运动方程,可追踪体系核构型在全维拓扑势能面上随时间的演化,提供直观物理图像,从而在原子-分子水平上揭示微观反应机理,理解内在动力学因素。
作者利用该技术对有机合成及生物化学中具有重要意义的微溶剂化亲核取代反应进行理论模拟。在澄清取代动力学中长期以来存在的一个悬而未解的谜团:热力学禁阻的非溶剂化产物通道往往主导反应进程的基础上(J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 660),进一步发现反应物在入口通道便倾向解溶,包裹亲核试剂的溶剂分子壳层被逐步剥离,以减小其空间位阻。随后取代进程放弃了高度溶剂化的低能路径,反而选择穿越较少溶剂化的高能动力学瓶颈。研究结果揭示了热力学与动力学因素在影响化学反应进程中的相互博弈,获得迄今为止仍知之甚少的溶剂分子动力学效应(J. Phys. Chem. Lett. 2017, 8, 1885)。
此外,该课题组与奥地利Roland Wester教授课题组交叉分子束实验合作,对教科书中基本而重要的消除和取代机理的竞争提供了指纹式识别机制,研究成果发表在《自然》子刊Nat.Commun.2017,影响因子12.124.
以上研究获得国家自然基金面上项目、重点项目子课题及哈工大海外人才基金等项目支持。
原文链接:
(1) J. Phys. Chem. Lett. 2017, 8, 1885
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpclett.7b00577
(2) Nat. Commun. 2017
https://www.nature.com/articles/s41467-017-00065-x