5.3.2 异构化和解离通道
从最可行的加成中间体IM1∗(CH2CH2CO)开始,有4条可能的去活化反应通道:①CO直接离去生成产物P1(CO+3C2H4,-95.4 kcal/mol);②从中间碳原子到末端碳原子发生1,2-H迁移异构化为中间体IM3(3CH3CHCO,-46.3 kcal/mol);③从中间碳原子到羰基碳原子发生1,3-H迁移异构化为中间体IM4(3CH2CHCHO,-25.7 kcal/mol);④经过1,3-H迁移异构化为中间体IM5(CHCH2CHO,-17.6 kcal/mol)。这4条通道对应的过渡态分别为TSIM1/P1(-22.5 kcal/mol)、TSIM1/IM3(-6.9 kcal/mol)、TSIM1/IM4(-1.5 kcal/mol)和TSIM1/IM5(14.1 kcal/mol)。IM5还可以在三态势能面上继续发生异构化和解离,即①从中间碳原子到末端碳原子发生1,3-H迁移,经过过渡态TSIM5/IM4(15.4 kcal/mol)异构化为中间体IM4(CH2CHCHO,-25.7 kcal/mol);②分别经过过渡态TSIM5/IM6(21.9 kcal/mol)和TSIM6/IM7(26.8 kcal/mol),发生1,2-H迁移和CH2O基团的离去,从而形成中间体IM7(19.1 kcal/mol),最终得到产物P4(C2H2+CH2O,36.1 kcal/mol);③分别发生1,3-H迁移和1,2-H迁移而得到最终产物P5(CHCCH2O+H,37.9 kcal/mol)。比较能量可知,从IM1解离形成P1需要克服14.7 kcal/mol的能垒,而形成中间体IM3、IM4和IM5的过程则分别需要克服30.3 kcal/mol、35.7 kcal/mol和51.3 kcal/mol的能量,可以看到后三者反应路径所需能垒远高于前者,相差10 kcal/mol以上。因此,它们对总反应的贡献就可以忽略不计;而且由于过渡态TSIM1/IM5位于反应物之上14.1 kcal/mol,因此由IM5发生的解离通道也是不可行的。因此,从中间体IM1开始最可行的解离通道是生成产物P1(CO+3C2H4)。
从第二个可行加成中间体IM2(CH2(CH2)CO,-42.6 kcal/mol)出发,经过过渡态TSIM2/IM10发生1,3-H迁移反应而形成中间体IM10(CHCH3CO,-27.8 kcal/mol)。从中间体IM10出发有两条可能的异构化和解离通道,经过过渡态TSIM10/IM11(34.7 kcal/mol)形成中间体IM11(-46.3 kcal/mol)再解离生成产物P2和P3;或经过过渡态TSIM10/P2(2.5 kcal/mol)发生-CH3基团的直接离去形成产物P2(HCCO+CH3,-3.8 kcal/mol)。显然IM10→IM11的转化能垒比IM10→P2的转化能垒高32.2 kcal/mol,从IM2出发经IM10直接生成P2的通道是较可行的。此外,由于这个过程的决速步需要克服50.9 kcal/mol的能垒,且TSIM2/IM10能量比反应物高出8.3 kcal/mol。IM2在动力学上较稳定,进一步反应的可行性较小。
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