微溶剂效应对 SN2 反应动力学的影响:直接 ab initio 轨线研究

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基本信息

  • 批准号:
    21573052
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0304.化学动力学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The reaction dynamics in liquid phase have been an important subject. Solvents have profound influences on chemical reactions, whereas their effects remain largely unknown. Microsolvation offers an effective way to investigate the impact of solvent molecules on reaction dynamics. SN2 nucleophilic substitution reaction plays a vital role in organic chemistry and biochemistry, and has become a paradigmatic system for exploring the complicated dynamics because of its apparent simplicity and rich dynamical information. In this project, we plan to study the dynamics behaviors of typical microsolvated SN2 reactions X-(H2O)n + CH3I (X = F, Cl, OH; n = 1 – 3) by means of direct ab initio trajectory simulations. We also intend to extend the similar studies to X-(H2O) + CH3I(H2O) systems with the solvation of both reactants. It is expected that we will elaborate the characteristics and laws of these microsolvated SN2 reactions and reveal the reaction mechanisms on the atomic-level. Combined with gas phase dynamics and relevant experiments, we expect to reveal the role of solvent molecules on affecting and controlling the reactions, and hope to find new mechanisms. The findings will not only help to understand the dynamics of microsolvated SN2 reactions in detail, but also have important values in exploring solvent effects and more complicated reactions in solution.
液相反应动力学一直是化学研究领域的重要课题。溶剂对化学反应至关重要,但目前人们对溶剂效应的认识还很不够。微溶剂化为深入研究溶剂分子影响化学反应的动力学细节提供了有效手段。SN2亲核取代反应在有机和生物化学中占有重要地位,因其简单的形式和丰富的信息成为探索复杂反应动力学的模板。本项目将使用直接 ab initio 动力学方法对微溶剂化的典型 SN2 反应 X-(H2O)n + CH3I (X = F, Cl, OH; n = 1 – 3) 开展深入系统研究,也拟将类似研究扩展到两种反应物同时溶剂化体系 X-(H2O) + CH3I(H2O)。将在原子水平上阐明微溶剂化SN2反应的特征和规律,揭示微观反应机理。结合气相动力学和相关实验,探索溶剂分子对反应进程的影响和控制机制,可望发现新机理。研究结果不仅有助于深化对SN2微溶剂动力学的理解,而且对深入认识溶剂效应和复杂的液相反应具有重要的价值。

结项摘要

复杂的溶液环境对人们探索液相化学反应提出了挑战。微溶剂化提供了一种有效方式调查气相到液相化学反应的变化过程,深入认识溶剂效应。我们围绕该方向,对系列水化卤交换SN2反应开展了直接动力学研究,调查体系动力学性质和规律,理解水分子的影响和作用,揭示了反应的根本特征和微观反应机理。动力学计算获得了反应截面和产物能量分配等多种微观动力学信息,与实验结果吻合。模拟进一步阐明了水分子的稳定化和位阻效应、碰撞能、冲击参数等在反应动力学中的重要作用,解释了普遍观察到的在溶剂化SN2反应中低能溶剂化产物通道受到抑制的实验现象。研究结果可为在更深的层次上理解卤交换SN2反应机理,深入认识复杂的液相反应动力学和溶剂效应提供理论基础。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Electronic Structure Theory Study of the Microsolvated F-(H2O) + CH3I S(N)2 Reaction
微溶剂化F-(H2O)CH3I S(N)2反应的电子结构理论研究
  • DOI:
    10.1021/acs.jpca.6b00726
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Zhang Jiaxu;Yang Li;Sheng Li
  • 通讯作者:
    Sheng Li
Dynamics of the F- + CH3I -> HF + CH2I- Proton Transfer Reaction
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  • DOI:
    10.1021/acs.jpca.5b08167
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Zhang Jiaxu;Xie Jing;Hase William L.
  • 通讯作者:
    Hase William L.
The non-IRC mechanism of OH anion reaction with CH3OOH revealed by direct dynamics simulations
直接动力学模拟揭示了 OH 阴离子与 CH3OOH 反应的非 IRC 机理
  • DOI:
    10.1016/j.comptc.2016.06.001
  • 发表时间:
    2016-08
  • 期刊:
    Computational and Theoretical Chemistry
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Yang Li;Zhang Jiaxu
  • 通讯作者:
    Zhang Jiaxu
How a Solvent Molecule Affects Competing Elimination and Substitution Dynamics. Insight into Mechanism Evolution with Increased Solvation
溶剂分子如何影响竞争性消除和取代动力学。
  • DOI:
    10.1021/jacs.8b04529
  • 发表时间:
    2018-09-05
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Liu, Xu;Zhang, Jiaxu;Hase, William L.
  • 通讯作者:
    Hase, William L.
Correlation between the velocity scattering angle and product relative translational energy for S(N)2 reactions. Comparison of experiments and direct dynamics simulations
S(N)2 反应的速度散射角与产物相对平动能之间的相关性。
  • DOI:
    10.1016/j.ijms.2019.01.003
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    International Journal of Mass Spectrometry
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Xie Jing;Zhang Jiaxu;Sun Rui;Wester Rol;Hase William L
  • 通讯作者:
    Hase William L

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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