水液相下Eda酮式異構體與超氧化氫自由基反應的DFT理論計算

摘要：在M06-2X/SMD/6-311+G（d，p）理論水平下，研究水液相1個大氣壓、310.15K溫度下依達拉奉（Eda）酮式異構體與超氧化氫自由基（·HO2）的反應機理.結果表明：Eda酮式異構體與·HO2的反應有抽H、加成和單電子轉移3個過程；抽H反應主要通過·HO2抽取雜環H和甲基H實現，反應的自由能壘為77.1～78.7kJ/mol；加成反應可通過·HO2加成不飽和C的過程實現，加成自由能壘為48.2～95.0kJ/mol；加成到雜環上與甲基相連的C原子的放熱反應最具優勢，自由能壘為48.2kJ/mol；單電子轉移的自由能壘為141.1kJ/mol，該過程不能實現.可見，水液相下Eda酮式異構體可通過抽H和加成反應消除·HO2.

關鍵詞：依達拉奉酮式異構體；超氧化氫自由基；密度泛函理論；過渡態；Marcus理論；電子轉移；自由能壘

中圖分類號：O641.12文獻標志碼：A文章編號：1671-5489（2024）05-1254-13

DFT Theoretical Calculation of Reaction between Eda Keto Isomers and Superoxide Hydrogen Radical in Aqueous Liquid Phase

PAN Yu2，JIANGChunxu'，WANG Haolin3，YANG Ying'，DONGLeigang'，WANG Zuocheng.4，LI Bing

（1.Theoretical Com putingCenter，Baicheng Normal University，Baicheng 137000，Jilin Province，China;2.College of Physics and Electronic Information，Baicheng Normal University，Baicheng 137000，Jilin Province，China;3.College of Forest，BeihuaUniversity，Jilin 132013，Jilin Province，China;4.College of Medicine，Hainan Vocational University of Science and Technology，Haikou 571126，China）

Abstract：At the theoretical level of M06-2X/SMD/6-311+G（d，p），we studied the reaction mechanism between Edaravone Eda）keto isomers and superoxide hydrogen radical HO2 in aqueous liquid phase at 1 atmospheric pressure and 310.15 K temperature.The results show that there are three processes in the reaction of Eda keto isomers with HO2：H extraction，addition and single electron transfer.The H extraction reaction is mainly achieved through HO extraction ofheterocyclic H and methyl H，and the free energy barrier of the reaction is 77.1-78.7 kJ/mol.The addition reaction can be realized by the process of HO2 addition to unsaturated C，and the free energy barrier of addition is 48.2-95.0 kJ/mol.The most advantageous exothermic reaction is the addition of C atoms connected to methyl groups on heterocycles，with a free energy barrier of 48.2 kJ/mol.The free energy barrier of single electron transfer is 141.1 kJ/mol，which is impossible.Therefore，the Eda keto isomer in aqueous liquid phase can eliminate·HOz by H extraction and addition reactions.

Keywords：Eda keto isomer;superoxide hydrogen radical;density functional theory;transitionstate;Marcustheory;electrontransfer;free energy barrier

超氧化氫自由基（·HO2）活性氧由生命體的自氧化作用產生，它是生命體內羥基自由基（·OH）的前體.·HO2、超氧陰離子自由基（O2-）和·OH等氧自由基的氧化能力強，它們在生命體內可通過氧化反應攻擊蛋白質和DNA等有機分子，損傷生命體內正常細胞，并阻礙正常的新陳代謝，最終導致冠心病、痛風、腦卒中和癌癥等慢性病以及機體衰老.·HO2的H原子還會被體內的其他有機基團取代，形成更大的氫超氧自由基（·LO2），攻擊生命體內的DNA或RNA等生物大分子，·LO2與胸腺嘧啶和堿基的加成反應還會導致DNA遺傳信息改變[2.不健康的生活方式、惡劣的情緒以及電磁波輻射會使生命體產生大量的·HO2等自由基，強紫外線照射會導致皮膚產生·HO2等自由基，及時消除各種自由基對健康有重要作用，因此藥物分子通過與自由基發生反應從而消除自由基的研究具有重要意義.

文獻[4-6]研究表明，依達拉奉（Eda，C10H10N2O）有較好的抗氧化和消炎作用，可清除大腦內部羥基基團；文獻[7]研究表明，Eda分子能有效降低·HO2，O2和·OH等在生命體內的含量，從而抑制它們對生命體的副作用.為從理論上說明Eda分子的抗氧化活性，人們開展了Eda烯醇式異構體與·HO2，·OH和O2等自由基的反應機理研究.孫偉等]研究表明，·HO2抽烯醇式Eda的羥基H是無勢壘反應，·HO2加成到烯醇式Eda中不飽和C的自由能壘多數在溫和反應能壘83.6kJ/mol以下，說明烯醇式Eda具有清除·HO2的能力.王玲等[0]研究表明，Eda烯醇式異構體與·OH反應可通過抽H、加成和電子轉移3個過程實現，反應能壘為2.8～77.9kJ/mol，低于溫和反應能壘83.6kJ/mol[9]，說明烯醇式Eda具有較好的消除·OH的能力.張雪嬌等[研究表明，O：與Eda烯醇式異構體抽H原子反應的自由能壘為12.2～139.1kJ/mol，均低于極限反應能壘160.6kJ/mol[9]，有些甚至低于反應自發進行的能壘40.2kJ/mol，說明烯醇式Eda具有清除O2的能力.

文獻[12]研究表明，水液相下Eda烯醇式向酮式異構的自由能壘為73.4kJ/mol，低于酮式向烯醇式異構的能壘82.1kJ/mol，二者能壘均低于溫和反應能壘83.6kJ/mol，Eda酮式與烯醇式可互變，且Eda酮式比烯醇式的分布高.但Eda酮式異構體消除·HO2反應的理論研究目前尚未見文獻報道.為對Eda消除·HO2的機制有全面認識，并為研究Eda酮式異構體消除·OH和O2提供理論依據，本文在文獻[8，10-11，13-17]的基礎上，對水液相下Eda酮式異構體與·HO2反應進行研究.

1計算方法

采用處理主族元素以及氫鍵、范德華力等作用有較好表現的M06-2X[1820]泛函，在分裂彌散基組6-311+G（d，p）[21-22]水平及310.15K和1個標準大氣壓的水溶劑環境（即生命體內的一般環境）下，優化所有相關反應駐點物種結構，穩定駐點的紅外振動無虛頻，反應過程的過渡狀態（鞍點）[2的紅外振動有且只有一個虛頻，過渡態與相關穩定駐點的關聯性通過內稟反應坐標（IRC）計算24]確認，為獲得精確的反應勢能面以及相關復合物的結合與解離能，采用MN15[25]泛函，在高角動量基組6-311++G（2df，pd）[26]下計算相關體系的單點能.在結構優化和單點能計算時的水溶劑效應采用SMD模型[7]方法處理，物種的自由能是其自由能熱校正與單點能之和，以反應物自由能為相對勢能零點，繪制反應過程的勢能面；反應的自由能壘（活化能）是鞍點（過渡態）能量與反應物能量之差；反應物復合物RC的結合能是相關反應物與RC的焓變，產物復合物PC的解離能為其與解離產物的焓變.

電子轉移無過渡態，反應能壘△Gr用Marcus理論[28-29]計算：

其中λ為重組能，可表示為

其中△GSET為產物與反應物的自由能變，△EsET為產物與反應物的非絕熱能變.

·HO2攻擊7H形成的反應物復合物標記為RC-·HO2·7H，·HO2抽取7H的過渡態標記為TS_·HO2_7H，得到的產物復合物標記為PC_7H·H2O2；·HO2攻擊1C形成的反應物復合物標記為RC-·HO2_1C，·HO2加成到1C的過渡態標記為TS_·HO2_1C，·HO2加成到1C得到的產物加合物標記為P_·HO2-1C；其他駐點標記法與此相似.

采用Gaussian16[30]程序計算，采用AIM2000程序[31]計算駐點關鍵點的pBcP（成鍵臨界點BCP的電荷密度）與pRcP（成環臨界點RCP的電荷密度）及其Laplace值V2p.

2結果與討論

水溶劑環境下優化的Eda酮式異構體構型如圖1所示.

計算表明，·HO2的H原子和2個O原子的電子自旋密度分別為-0.010，0.300，0.710，單電子在鄰羥基O上分布最多，鄰羥基O原子是·HO2與Eda酮式異構體發生反應的最佳位點（反應位原子）.研究表明，相似于氨基酸分子與OH自由基的反應以及Eda烯醇式異構體與·HO2自由基的反應，Eda酮式異構體與·HO2自由基的反應同樣有抽H、加成和電子轉移3種情形.

2.1抽H過程

計算表明，·HO2抽Eda酮式異構體中甲基H和雜環H遠低于抽苯環H的能壘，因此本文對抽甲基H和雜環H的過程進行較詳細討論.對抽甲基18H過程，研究發現無法形成反應物復合物，該反應是直接抽H過程，能壘相對較高，因此不進行討論.7H是序號最小的H，該抽H過程能壘較高且產物復合物不穩定，對該抽H過程進行較詳細討論，以便與優勢抽H過程進行比較.反應過程分別如圖2和圖3所示，反應過程的勢能面如圖4所示.

2.1.1·HO2抽7H

首先，·HO2從無窮遠處（物理）攻擊苯環的7H，當·HO2與7H的距離為0.25314nm時，·HO2與7H發生庫侖作用，得到反應物復合物RC-·HO2·7H，放熱0.1kJ/mol（即RC-·HO2·7H的結合能是0.1kJ/mol）.該能量會被水溶劑迅速吸收，不能做后續反應的可資用能，后文相似處不再贅述.RC-·HO2·7H較Eda+·HO2體系穩定，·HO2抽取7H過程是先形成反應物復合物，再經過渡狀態抽H的間接抽H過程，下文相似處不再贅述.

其次，RC-·HO2·7H的2C-7H鍵長從0.10811nm拉伸至0.13963 nm，其pBcp從0.28397減小至0.11976，V2p從-0.99075變為-0.11579，共價鍵2C-7H強度顯著減弱，形成過渡態TS·HO27H，該過渡態產生的自由能壘為118.4kJ/mol.然后越過過渡態，7H繼續向26O遷移，與·HO2結合成H2O2分子，得到產物復合物PC_7H·H2O2，其能壘為118.4kJ/mol，接近反應進行十分緩慢的能壘120.0kJ/mol，說明·HO2抽取Eda酮式異構體7H的過程十分緩慢，即Eda酮式異構體利用提供7H消除H2O2自由基的速率十分緩慢.

最后，PC_7H·H2O2解離成PC_7H自由基和H2O2，解離能為20.5kJ/mol，該過程可通過分子碰撞實現.NPA電荷計算表明，PC_7H·H2O2中H2O2的電荷量接近0，解離后得到H2O2的電荷量為0，說明該·HO2抽7H過程是H原子遷移.H2O2各原子電子自旋密度均為0，失去氧化能力，下文相似之處不再贅述.

2.1.2·HO2抽8H

首先，·HO2與8H發生庫侖作用（26O與8H的距離為0.26709nm），得到RC-·HO2·8H反應物復合物，放熱2.4 kJ/mol.其次，RC-·HO2·8H的3C-8H鍵長從0.10842nm拉伸至0.13930nm，3C-8H共價鍵強度顯著減弱，形成過渡態TS·HO28H，該過渡態產生的能壘為115.5kJ/mol.然后越過過渡態，8H繼續向26O遷移，得到PC_8H·H2O2產物復合物.該反應的能壘接近反應進行十分緩慢的能壘120.0kJ/mols，說明Eda酮式異構體通過提供8H消除H2O2自由基的速率十分緩慢.最后，PC_8H·H2O2解離成PC_8H自由基和H2O2，解離能為5.4kJ/mol，該過程容易實現.

2.1.3·HO2抽9H

首先，·HO2與9H發生庫侖作用（26O與9H的距離為0.27338nm），得到RC-·HO2·9H反應物復合物，放熱0.2kJ/mol.其次，RC-·HO2·9H的4C-9H鍵長從0.10836nm拉伸至0.14099nm，4C-9H共價鍵強度顯著減弱，形成過渡態TS·HO2_9H，該過渡態產生的能壘為115.6kJ/mol.然后9H繼續向26O遷移，得到PC_9H·H2O2產物復合物.Eda酮式異構體通過提供9H消除H2O2自由基的速率也十分緩慢.最后，PC_9H·H2O2解離成PC_9H自由基和H2O2，解離能為2.7kJ/mol.

2.1.4·HO2抽10H

首先，·HO2與10H發生庫侖作用（26O與10H的距離為0.26984nm），得到RC-·HO2·10H反應物復合物，放熱2.2kJ/mol.其次，RC-·HO2·10H的5C-10H鍵長從0.10843nm拉伸至0.300370.13957nm，5C-10H共價鍵強度顯著減弱，形成過渡態TS·HO。10H，其產生的能壘為112.3kJ/mol.然后，10H繼續向26O遷移，得到PC_10H·H2O2產物復合物.Eda酮式異構體通過提供10H消除H2O2自由基的速率也十分緩慢.最后，PC_10H·H2O2解離成PC_9H自由基和H2O2，解離能為5.7 kJ/mol.

2.1.5·HO2抽11H

首先，·HO2與11H發生庫侖作用，同時與13N發生氫鍵作用（26O與11H的距離為0.26921nm，24H與13N的距離為0.16619nm），得到RC-·HO2·11H反應物復合物，放熱28.3kJ/mol.其次，RC-·HO2·11H的6C-11H鍵長從0.10837nm拉伸至0.14047nm，6C-11H共價鍵強度顯著減弱，形成過渡態TS·HO。11H，其產生的能壘為140.7kJ/mol.然后，11H繼續向26O遷移，得到PC_11H·H2O2產物復合物.最后，PC_11H·H2O2解離成PC_11H自由基和H2O2，解離能為18.6 kJ/mol.過渡態TS·HO211H產生的能壘140.7kJ/mol接近反應很難進行的能壘145.0 kJ/mol，說明Eda酮式異構體不能通過提供11H消除·HO2.

2.1.6·HO2抽19H

首先，·HO2攻擊甲基的19H，當26O與19H的距離為0.30037nm時，26O與19H發生庫侖作用，24H與雜環π-氫鍵作用，得到反應物復合物RC-·HO2·19H（結合能為8.5kJ/mol）.其次，RC-·HO2·19H的17C-19H鍵長從0.10837 nm拉伸至0.12757 nm，其pBcP從0.27196減小為0.16283，V2p從-0.90359變為-0.28891，17C-19H共價鍵強度減弱，形成過渡態TS·HO219H，過渡態產生的能壘為77.1kJ/mol.然后，越過過渡態，19H繼續向26O遷移，得到PC_19H·H2O2產物復合物.過渡態TS·HO219H產生的能壘77.1kJ/mol低于溫和反應能壘83.6 kJ/mol9，說明酮式Eda可通過提供19H消除·HO2.最后，PC_19H·H2O2解離成PC_19H自由基和H2O2，解離能為11.7 kJ/mol.

2.1.7·HO2抽20H

首先，·HO2從無窮遠處攻擊20H，當26O與20H的距離為0.32398nm時，26O與20H發生庫侖作用，24H與雜環π-氫鍵作用，得到反應復合物RC-·HO2·20H（結合能為11.4kJ/mol）.其次，17C-20H鍵長從0.10931nm拉伸至0.12754nm，共價鍵強度減弱，形成過渡態TS·HO。20H，產生的能壘為75.9kJ/mol.然后，20H繼續向26O遷移，得到產物復合物PC_20H·H2O2.75.9kJ/mol低于溫和反應能壘84.5kJ/mol，說明Eda酮式異構體可通過提供甲基氫20H消除·HO2.最后，PC_20H·H2O2解離成PC_20H自由基和H2O2，解離能為16.4 kJ/mol.

2.1.8·HO2抽21H

首先，·HO2從無窮遠處攻擊雜環的21H，當26O與21H的距離為0.26337nm時，26O與21H發生庫侖作用，24H與雜環π-氫鍵作用，得到反應物復合物RC-·HO2·21H（結合能為8.4kJ/mol）.其次，15C-21H鍵長從0.10925nm拉伸至0.13084nm，共價鍵強度減弱，形成過渡態TS·HO。21H，能壘為78.7kJ/mol.然后，21H繼續向26O遷移，得到產物復合物PC_21H·H2O2.78.7kJ/mol低于溫和反應能壘84.5kJ/mol，說明Eda酮式異構體可通過提供雜環氫21H消除·HO2.最后，PC_21H·H2O2解離成PC_21H自由基和H2O2，解離能為10.5 kJ/mol.

2.1.9·HO2抽22H

與上述情況相比，·HO2抽22H的抽H能壘最低，產物復合物最穩定.首先，·HO2從無窮遠處攻擊雜環氫22H，當26O與22H的距離為0.29523nm時，26O與22H發生庫侖作用，24H與雜環及苯環π-氫鍵作用，得到反應復合物RC-·HO2·22H，結合能為10.8kJ/mol.其次，15C-22H鍵長從0.10936nm拉伸至0.12920nm，其pBce從0.27010減小至0.15390，V2p從-0.89682變為-0.24513，共價鍵強度減弱，形成過渡態TS·HO。22H，能壘為75.5kJ/mol.然后，22H繼續向26O遷移，得到產物復合物PC_22H·H2O2.75.5kJ/mol低于溫和反應能壘84.5kJ/mol[a]，酮式Eda可通過提供22H消除·HO2.最后，PC_22H·H2O2解離成PC_22H自由基和H2O2，解離能為12.0kJ/mol.

由圖4可見，·HO2抽H的自由能壘為0～140.7kJ/mol，均低于極限反應能壘160.6kJ/mol[9]，Eda酮式異構體可通過提供H原子消除·HO2.·HO2抽雜環及甲基H的能壘均低于溫和反應能壘83.6kJ/mol，遠低于抽苯環H的能壘.原因是雜環及甲基的C-H鍵比苯環的C-H鍵紅外振動頻率小，C-H鍵活化程度好，·HO2抽雜環及甲基H比抽苯環H的C-H鍵長改變小.抽苯環H的產物復合物相對不穩定，表明·HO2抽H反應活性位點是雜環及甲基H.

2.2加成過程

研究表明，·HO2可加成到除雜環碳15C和甲基碳17C外所有不飽和的碳和氮上.對·HO2加成到1C（序號最小）和14C（能壘最?。┑姆磻M行詳細討論，其他情況只做一般討論.反應過程分別如圖5和圖6所示，反應的勢能面如圖7所示.

2.2.1·HO2加成到1C

首先，·HO2從物理無窮遠處攻擊1C，當26O-1C距離為0.32473nm時，pBcP和V2p分別為0.00663，0.02045，26O與1C發生庫侖作用；同時，24H與苯環在π-氫鍵作用下形成RC-·HO21C反應物復合物，結合能為12.1kJ/mol.其次，·HO2繼續向苯環運動，當26O-1C距離為0.18216nm時，二面角1C-2C-3C-4C從0.7°變為-5.3°，1C-2C-3C-5C從0.8°變為-6.2°，1C-2C-3C-6C從0.5°變為-6.3°，苯環的RCP和V2p分別從0.02260，0.16519降為0.02182，0.15849，苯環形變其大π鍵作用減弱；二面角12N-1C-2C-6C從-179.2°變為149.7°，形成過渡態TS_·HO2_1C，過渡態產生的內稟能壘為95.0kJ/mol.最后越過過渡態，·HO2繼續向苯環運動，當26O-1C鍵長減小至0.14711nm時，其pCP和V2p分別為0.23579，-0.48364，26O-1C共價鍵作用，完成·HO2向1C的加成，得到加合產物P_·HO2-1C.

2.2.2·HO2加成到2C

首先，·HO2攻擊2C，當26O-2C距離為0.32734nm時，26O與2C發生庫侖作用，24H與苯環在π-氫鍵作用下形成RC-·HO2_2C反應物復合物，結合能為12.4kJ/mol.其次，·HO2繼續向苯環運動，當26O-2C距離為0.18664nm時，苯環形變，共面性變差，其大π鍵作用減弱，過渡態TS_·HO22C形成，過渡態產生的能壘為73.6kJ/mol.最后，越過過渡態，·HO2繼續向苯環運動，當26O-2C鍵長減小至0.14564nm時，形成26O-2C共價鍵，得到加合產物P_·HO2-2C.

2.2.3·HO2加成到3C

首先，·HO2攻擊3C，當26O-3C距離為0.33441nm時，·HO2與Eda分子在π-氫鍵和范德華力作用下，形成RC-·HO2_3C反應復合物，結合能為9.1kJ/mol.其次，·HO2繼續向苯環運動，當26O-3C距離為0.18340nm時，苯環共面性變差，大π鍵作用減弱，形成過渡態TS_·HO2_3C，過渡態產生的能壘為85.2kJ/mol.最后，越過過渡態，·HO2繼續向苯環運動，當26O-3C鍵長減小至0.14527nm時，形成26O-3C共價鍵，得到加合產物P_·HO2-3C.

2.2.4·HO2加成到4C

首先，·HO2攻擊4C，當26O-4C距離為0.33207nm時，·HO2與Eda分子（苯環部分）在π-氫鍵和范德華力作用下形成RC-·HO24C反應物復合物，結合能為9.6kJ/mol.其次，·HO2繼續向苯環運動，當26O-4C距離為0.18726nm時，苯環共面性變差，大π鍵作用減弱，形成過渡態TS_·HO24C，過渡態產生的能壘為73.9kJ/mol.最后，越過過渡態，·HO2繼續向苯環運動，當26O-4C鍵長減小至0.14588nm時，形成26O-4C共價鍵，得到加合產物P·HO2-4C.

2.2.5·HO2加成到5C

首先，·HO2攻擊5C，當26O-5C距離為0.33046nm時，·HO2與Eda分子（苯環部分）在π-氫鍵和范德華力作用下，形成RC-·HO2_5C反應物復合物，結合能為10.6kJ/mol.其次，·HO2繼續向苯環運動，當26O-5C距離為0.18356nm時，苯環共面性變差，大π鍵作用減弱，形成過渡態TS·HO25C，過渡態產生的能壘為83.9kJ/mol.最后，越過過渡態，·HO2繼續向苯環運動，當26O-5C鍵長減小至0.14571nm時，26O-5C共價鍵作用，得到加合產物P·HO2-5C.

2.2.6·HO2加成到6C

首先，·HO2攻擊6C，當26O-5C距離為0.33222nm時，·HO2與Eda分子（苯環部分）在π-氫鍵和范德華力作用下，形成RC-·HO2_6C反應物復合物，結合能為10.6kJ/mol.其次，·HO2繼續向苯環運動，當26O-6C距離為0.18571nm時，苯環共面性變差，大π鍵作用減弱，形成過渡態TS_·HO26C，過渡態產生的能壘為69.7kJ/mol.最后，越過過渡態，·HO2繼續向苯環運動，當26O-6C鍵長減小至0.14562nm時，26O-6C共價鍵作用，得到加合產物P_·HO2-6C.

2.2.7·HO2加成到14C

首先，·HO2攻擊14C，當26O-14C距離為0.29838nm時，p和V2p分別為0.00891，0.03043，26O與14C發生庫侖作用；同時，24H與雜環π-氫鍵作用，形成RC-·HO214C反應物復合物，結合能為9.6kJ/mol.其次，·HO2繼續向雜環運動，當26O-14C距離為0.20020nm時，形成過渡態TS_·HO2_14C.從RC-·HO214C到TS_·HO2_14C過程，雜環的二面角12N-13N-14C-15C從-0.9°變為-14.2°，13N-14C-15C-16C從0.9°變為12.5°，雜環C與甲基C的二面角14C-15C-16C-17C從0.7°變為-6.6°，pRCP從0.04910降至0.04873，雜環與甲基的大π鍵作用減弱，TS_·HO2_14C產生的內稟能壘為48.2kJ/mol.最后，越過過渡態，·HO2繼續向雜環運動，當26O-14C鍵長減小至0.14312nm時，其pBP和V2p分別為0.28219，-0.97880，26O-14C共價鍵作用，完成·HO2向14C的加成，得到加合產物P_·HO2-14C.

2.2.8·HO2加成到16C

首先，·HO2攻擊16C，當26O-14C距離為0.28413nm時，26O與14C發生庫侖作用，24H與雜環π-氫鍵作用，形成RC-·HO2_16C反應物復合物，結合能為10.6kJ/mol.其次，·HO2繼續向雜環運動，當26O-16C距離為0.18465nm時，形成過渡態TS_·HO2_16C.從RC-·HO2_16C到TS·HO2_16C過程，雜環形變，大π鍵作用減弱，TS_·HO2_16C產生的內稟能壘為81.5kJ/mol.最后，越過過渡態，·HO2繼續向雜環運動，當26O-16C鍵長減小至0.13710nm，同時12N-16C共價鍵斷裂，·HO2加成到16C，形成加合產物P_·HO2-16C.

2.2.9·HO2加成到12N

該過程是直接加成.首先，·HO2從無窮遠處攻擊12N，不形成反應復合物.當26O-12N距離為0.15515nm時，形成過渡態TS_·HO2_12N.從Eda到TS_·HO2_12N過程，雜環嚴重形變，大π鍵作用顯著減弱，TS·HO212N產生的內稟能壘為321.5kJ/mol.其次，越過過渡態，·HO2繼續向雜環運動，當26O-12N鍵長減小至0.14214nm時，·HO2加成到12N，形成加合產物P_·HO-12N.

2.2.10·HO2加成到13N

該過程是間接加成.首先，·HO2攻擊13N，當26O-13N距離為0.30876nm時，·HO2與Eda分子（雜環部分）在π-氫鍵和范德華力作用下，形成RC-·HO2_13N反應物復合物，結合能為9.7kJ/mol.其次，·HO2繼續向雜環運動，當26O-13N距離為0.15543nm時，形成過渡態TS·HO213N.從RC-·HO213N到TS·HO213N過程，雜環嚴重形變，大π鍵作用減弱，TS_·HO213N產生的內稟能壘為139.5kJ/mol.最后，越過過渡態，·HO2繼續向雜環運動，當26O-13N鍵長減小至0.14463nm，·HO2加成到13N，形成加合產物P·HO2-13N.

由圖7可見，·HO2與Eda酮式異構體的相關C原子加成反應能壘為48.2～95.0kJ/mol，低于或接近溫和反應能壘83.6kJ/mol[a]，Eda酮式異構體可通過·HO2與其不飽和C的加成反應消除·HO2.·HO2與Eda酮式異構體的N原子加成反應能壘為139.5～321.5kJ/mol，接近或高于極限反應能壘160.6kJ/mola]，Eda酮式異構體不能通過·HO2與其不飽和N的加成反應消除·HO2.·HO2與14C的加成反應最具優勢，加成能壘為48.2kJ/mol，接近反應極易進行的能壘45.5kJ/mol，說明Eda酮式異構體與·HO2加成反應的活性位點是雜環的14C.·HO2與14C的加成反應產物最穩定，反應是放熱過程.而其他加成過程的加成產物相對不穩定，反應是吸熱過程，其中·HO2與N的加成反應產物不穩定，反應不能實現.

2.3單電子轉移過程

單電子從Eda分子酮式異構體向。HO2轉移，得到Edat和。HO2的反應過程以及相關物種的電荷分布（NPA電荷）如圖8所示.

通過對基于反應物的產物Edat和HO2的高水平單點能計算，以及優化的反應物Eda酮式異構體和·HO2的高水平單點能計算，得到反應過程的非絕熱能之差AEser=213.0 kJ/mol.通過對產物Edat和.HO，（優化的）與反應物Eda分子酮式異構體和.HO2（優化的）的高水平單點能及自由能校正計算，得到反應的自由能之差AGSET=132.6 kJ/mol.將數據代入式（2）得到反應的重組能A=80.4 kJ/mol.將數據代入式（1）得到Eda分子酮式異構體的單電子向.HO2轉移的自由能壘AGtr=143.7 kJ/mol.該能壘低于反應不能進行的能壘160.5kJ/mol[9]，但遠高于溫和反應能壘83.6 kJ/mol[9]，說明水溶劑環境下電子從Eda酮式異構體向.HO2轉移反應很慢，Eda酮式異構體通過電子轉移消除·HO2的速率很小.

3結論

綜上所述，本文在MN15/SMD/6-311++G（2df，pd）//M06-2X/SMD/6-311+G（d，p）雙水平下研究了水溶劑環境1個大氣壓310.15 K溫度下Eda酮式異構體與·HO2的反應機理，得到如下結論：

1）Eda酮式異構體與·HO2的反應有抽H、加成和單電子轉移3種方式；

2）抽H反應主要在抽取雜環H和甲基H的反應通道實現，能壘為77.1～78.7kJ/mol；加成反應主要在.HO2加成到與甲基相連的雜環C的反應通道實現，能壘為48.2kJ/mol；單電子從Eda酮式異構體向.HO2轉移的能壘為141.1 kJ/mol，該反應不能實現.

綜上可見，水溶劑環境下Eda酮式異構體可以通過抽H和加成過程消除·HO2.

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（責任編輯：單凝）