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本文根据密度泛函理论,运用Gaussian 09程序包,采用B3LYP方法,基于6-31G(d)基组研究煤沥青中16种PAHs在HF催化作用下和烯烃的烷基化反应。揭示PAHs在HF催化作用下和烯烃的烷基化反应机理,为煤沥青改性时选择催化剂提供理论帮助。计算煤沥青中16种PAHs和乙烯烷基化反应的活化能,从活化能角度探讨16种PAHs和乙烯烷基化反应的难易程度,为煤沥青改性时选择模型化和提供参照。以苯并[a]芘为模型化合物研究其和直链烯烃的烷基化反应,得到烯烃和PAHs烷基化反应的规律,为煤沥青改性时选择改性剂提供参照。得出的主要的结论如下:1、分析煤沥青中16种PAHs碳碳键的单双键特性,从键能的角度分析得知16种PAHs中芴分子的键能分布最为均匀,芴是这16种PAHs中最不活泼的物质。剩余的15种PAHs其碳碳键的键能分布有较大差异,因此其反应位点可以划分为活跃反应位点和不活跃反应位点。2、16种PAHs和乙烯烷基化的反应焓变大约分布在区间10kcal/mol~25 kcal/mol之间。16种PAHs中,萘、苊、苊烯、芴、蒽、芘、荧蒽、苯并[k]荧蒽和茚并[1,2,3,cd]芘与乙烯烷基化各种产物的热力学稳定性差别不大,反应焓变大约分布在区间20 kcal/mol~25kcal/mol;而菲、苯并[a]蒽、?、苯并[a]芘、苯并[b]荧蒽、二苯并[a,h]蒽和苯并[g,h,i]芘和乙烯烷基化各种产物的热力学稳定性差别较大,反应焓变大约分布在区间10kcal/mol~25kcal/mol,最大反应焓变和最小反应焓变相差约15kcal/mol。3、从吸附焓变及活化能角度探讨16种多环芳烃和乙烯烷基化的反应机理:反应物可以经过三种历程,形成六元环的过渡态。在任何一种历程中,hf都活化乙烯分子,氟原子帮助脱掉芳环上的氢。16种pahs的反应位点可以分为活泼反应位点和不活泼反应位点,活泼反应位点的活化能位于35~41kcal/mol,不活泼反应位点活化能位于58~59kcal/mol。不活泼位点有一个明显的特征是与之相连的两个碳原子均含有一个碳氢键。综合16种pahs和乙烯烷基化反应的活化能数据,得到煤沥青中16种多环芳烃和乙烯烷基化的难易顺序,在16种多环芳烃中最容易和乙烯烷基化的是苯并[a]蒽,最难的是芴,为煤沥青改性时选取模型化合物提供指导。4、直链烯烃和苯并[a]芘烷基化反应活化能大约分布在区间36kcal/mol~48kcal/mol,随着烯烃碳链的增长其和苯并[a]芘烷基化反应的活化能逐渐减小,表明碳链越长的烯烃越容易与pahs发生烷基化反应。随着直链烯烃的双键向碳链中间移动形成不同的同分异构体,其和苯并[a]芘烷基化反应活化能增大,双键在碳链末端的烯烃最容易和苯并[a]芘发生烷基化反应,双键在中间的烯烃最难和苯并[a]芘发生烷基化反应。