C2H4N2 异构体的 ab initio 表征：结构、电子能量、光谱参数与形成路径
化学物理
2026-01-13 v1
摘要
本工作对C2H4N2关键异构体进行了系统性理论研究，旨� characterize其分子结构、光谱常数和电子能量，并阐明合理的形成与破坏路径，为天化学与大气探测提供关键数据。采用最先进的量子化学方法，尤其是 CCSD(T)-F12/cc-pVTZ-F12 进行几何优化。此外，还在 CCSD(T)/aug-cc-pVTZ、CCSD(T)/cc-pVTZ、MP2/aug-cc-pVTZ 和 CIS 级别进行了计算。采用 B3LYP/6-31G(d,p) 级别进行内离加反应坐标（IRC）计算以探索反应路径。对所有考虑的异构体确定零点能校正。识别出六个能量较低的C2H4N2异构体，全部位于全局最小值附近1 eV 之内。在其中，甲基腈肼（MCA）具有最低的相对能量（约0.2 eV）和显著的电偶极矩5.00 D，使其成为气相检测的强烈候选对象。MCA的旋转常数分别在CCSD(T)-F12/cc-pVTZ-F12 级别计算得到：Ae = 34932.44 MHz，Be = 4995.31 MHz，Ce = 4520.30 MHz。发现V3 扭转势垒为631.19 cm^{-1}。为所有异构体计算了至六次级的离心扭曲常数。对MCA，如CH3N + HCN -> CH3NHCN 和相关异构体的形成路径进行了表征。大偶极矩和独特的旋转特征支持甲基腈肼及其相关C2H4N2异构体通过射电、红外和微波光谱被检测到的可能性。所发现的异构体化学和反应路径对于气相环境中的形成至关重要。这些结果为未来的观测和建模工作奠定了坚实基础。
引用
@article{arxiv.2601.07078,
title = {Ab Initio Characterization of C2H4N2 Isomers: Structures, electronic energies, spectroscopic parameters and formation pathways},
author = {Oko Emmanuel Godwin and Natalia Inostroza and Diego Mardones and Luca Bizzocchi and Edgar Mendoza and María Luisa Senent and Miguel Carvajal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.07078},
year = {2026}
}