卤代乙烷水解反应机理的团簇化模型理论研究

赵金月; 李晗; 王静; 张强

doi:10.14045/j.cnki.15-1220.2025.03.013

内蒙古民族大学学报（自然科学版） ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (3) : 91 -96. DOI: 10.14045/j.cnki.15-1220.2025.03.013

卤代乙烷水解反应机理的团簇化模型理论研究

赵金月, 李晗, 王静, 张强

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摘要

采用密度泛函方法和团簇化模型对卤代乙烷在水溶液中水解反应动力学机制进行了研究。水解反应产物为乙醇和HX（X=F,Cl,Br）。CH₃CH₂F、CH₃CH₂Cl、CH₃CH₂Br的气相单水分子水解反应主要路径ret-S_N2能垒分别为2.76、2.62、2.45 eV。当采用极化连续隐式溶剂效应，能垒分别为2.47、2.20、2.15 eV，体现了水的催化作用和溶剂效应。卤代乙烷随着水合程度的提高，碳端和卤素端的水分子间逐渐形成氢键环，水解反应过程中伴随着沿氢键环的质子转移，氢键网络结构促进了水解反应，随水化程度增加，主要反应路径转变为inv-S_N2反应。CH₃CH₂F、CH₃CH₂Cl、CH₃CH₂Br能垒分别降低0.79、0.25、0.22 eV,0.60、0.14、0.13 eV,0.55、0.11、0.09 eV。水分子数为4时，氢键网络环状结构达到饱和，质子沿十元环氢键链进行转移。当甲醇作为混合溶剂或氢键链中有甲醇分子参与氢键链的形成及质子转移的协同过程时，混合溶剂并未破坏氢键网络的形成及取代反应的质子转移的协同性。