煤瀝青中16種多環(huán)芳烴烷基化反應的量子化學研究.pdf

1、本文根據密度泛函理論，運用Gaussian09程序包，采用B3LYP方法，基于6-31G(d)基組研究煤瀝青中16種PAHs在HF催化作用下和烯烴的烷基化反應。揭示PAHs在HF催化作用下和烯烴的烷基化反應機理，為煤瀝青改性時選擇催化劑提供理論幫助。計算煤瀝青中16種 PAHs和乙烯烷基化反應的活化能，從活化能角度探討16種PAHs和乙烯烷基化反應的難易程度，為煤瀝青改性時選擇模型化和提供參照。以苯并[a]芘為模型化合物研究其和直鏈烯烴

2、的烷基化反應，得到烯烴和PAHs烷基化反應的規(guī)律，為煤瀝青改性時選擇改性劑提供參照。得出的主要的結論如下：
　　1、分析煤瀝青中16種PAHs碳碳鍵的單雙鍵特性，從鍵能的角度分析得知16種PAHs中芴分子的鍵能分布最為均勻，芴是這16種PAHs中最不活潑的物質。剩余的15種PAHs其碳碳鍵的鍵能分布有較大差異，因此其反應位點可以劃分為活躍反應位點和不活躍反應位點。
　　2、16種 PAHs和乙烯烷基化的反應焓變大約分布在區(qū)間

3、10 kcal/mol～25 kcal/mol之間。16種PAHs中，萘、苊、苊烯、芴、蒽、芘、熒蒽、苯并[k]熒蒽和茚并[1,2,3,cd]芘與乙烯烷基化各種產物的熱力學穩(wěn)定性差別不大，反應焓變大約分布在區(qū)間20 kcal/mol～25 kcal/mol；而菲、苯并[a]蒽、苯并[a]芘、苯并[b]熒蒽、二苯并[a,h]蒽和苯并[g,h,i]芘和乙烯烷基化各種產物的熱力學穩(wěn)定性差別較大，反應焓變大約分布在區(qū)間10 kcal/mol～2

4、5 kcal/mol，最大反應焓變和最小反應焓變相差約15 kcal/mol。
　　3、從吸附焓變及活化能角度探討16種多環(huán)芳烴和乙烯烷基化的反應機理：反應物可以經過三種歷程，形成六元環(huán)的過渡態(tài)。在任何一種歷程中，HF都活化乙烯分子，氟原子幫助脫掉芳環(huán)上的氫。16種PAHs的反應位點可以分為活潑反應位點和不活潑反應位點，活潑反應位點的活化能位于35~41 kcal/mol，不活潑反應位點活化能位于58~59 kcal/mol。不活

5、潑位點有一個明顯的特征是與之相連的兩個碳原子均含有一個碳氫鍵。綜合16種PAHs和乙烯烷基化反應的活化能數據，得到煤瀝青中16種多環(huán)芳烴和乙烯烷基化的難易順序，在16種多環(huán)芳烴中最容易和乙烯烷基化的是苯并[a]蒽，最難的是芴，為煤瀝青改性時選取模型化合物提供指導。
　　4、直鏈烯烴和苯并[a]芘烷基化反應活化能大約分布在區(qū)間36 kcal/mol～48 kcal/mol，隨著烯烴碳鏈的增長其和苯并[a]芘烷基化反應的活化能逐漸減小