目的：介绍如何使用Cantera Reaction Editor创建或修改反应机制。
所用模块：Materials Visualizer、Cantera、DMol3
前提条件：连续搅拌釜式反应器Continuous stirred-tank reactor
Cantera要求将混合物中各个化合物之间可能发生的反应的信息与化合物种类一起保存在数据表中。任何可能的反应产物或催化剂也应包括在内。这些信息一起构成了一种反应机制。Cantera Reaction Editor允许您使用Materials Studio中计算生成的数据创建或修改反应机制。本教程中，将使用DMol3模块进行单一反应动力学计算，得到1,3-丁二烯和乙烯形成环己烯的Diels-Alder环加成结果。
在本教程中，将学习如何使用DMol3反应动力学计算的结果来证实预先存在的反应机理。
注意：为了确保您可以完全按照预期的方式学习本教程，您应该使用“设置管理器（Settings Organizer）”对话框确保项目中所有参数都设置为BIOVIA的默认值。
首先启动Materials Studio并创建一个新项目。
打开New Project对话框，输入reaction_editor作为项目名，单击OK按钮。
新项目将以reaction_editor为项目名显示于Project Explorer中。在本教程中，您将把1,3-丁二烯与乙烯之间的Diels-Alder反应添加到GRI Mechanism（GRIMECH 3.0）的修改版本中。
单击“导入Import”按钮
打开“导入文档Import Document”对话框。导航到Examples/Cantera文件夹并双击MS_gri30.std。
使用相同的步骤导入Diels-Alder.xod。
将打开内容为GRI Mechanism的Cantera数据表和Diels-Alder反应的DMol3反应动力学计算结果的收集文件。
首先，必须根据结构数据计算反应速率。这是使用DMol3 Analysis对话框完成的。
单击模块工具栏上的DMol3按钮
，然后选择Analysis或从菜单栏中选择Modules | DMol3 | Analysis。
从列表中选择“反应动力学Reaction kinetics”。
将温度范围Temperature range设置为从From：200 K至To：6000 K。
使得Diels-Alder.xod文件为当前活动文件，单击Calculate，并关闭对话框。
计算完成后，将打开名为Diels-Alder.std的数据表。该数据表为将反应添加到机制数据表中以供Cantera使用所需的信息，以及利用DMol3计算Diels-Alder.xod中结构的参数设置的所有可用信息。为了确保这些数据的具有合理的物理意义，可以通过验证Diels-Alder.std数据表的Summary选项卡上列出的正向和反向Arrhenius参数的大小是否正确。还可以直观地绘制反应速率和Arrhenius代表的相应拟合质量。
选择Diels-Alder.std数据表上的Graphs选项卡，并突出显示1000/Temperature、log(Forward reaction rate正向反应速率)、log(modified Arrhenius fit) forward reaction rate（修正Arrhenius拟合）正向反应速率和log(standard Arrhenius fit) forward reaction rate（标准Arrhenius拟合）正向反应速率列。
单击“快速绘图Quick Plot”按钮
。
产生的散点图表明，修改后的Arrhenius形式非常适合Materials Studio计算的原始数据。标准的Arrhenius拟合差得多，特别是在高温下。Cantera始终使用修改后的Arrhenius形式。
提示：在某些情况下，可能只有过渡态、反应物和产物作为单独的3D原子文档可用。如果按照联机帮助的DMol3部分中有关如何从原子数据创建收集文档的说明进行操作，这些数据仍然可以导入到Cantera数据表中。
Cantera Reaction Editor用于从DMol3反应动力学分析输出的数据表中提取化合物数据和反应速率。它还计算了热化学数据所需的NASA多项式。
单击Modules工具栏上的Cantera按钮，选择Cantera Reaction Editor或从菜单栏中选择Modules | Cantera | Reaction Editor。
这将打开Cantera Reaction Editor对话框。
从Study table下拉列表中选择MS_gri30.std，然后单击Diels-Alder.std数据表，使其成为当前文档。
三种化合物将出现在Cantera Reaction Editor对话框的反应和结构Reactions and structures列表中：1,3-丁二烯、C2H4和环己烯。此列表中的最后一列是“添加Add”列，指定是否将物种添加到选定的数据表中。
注：对于1,3-丁二烯和环己烯，Add列的值为是，但对于C2H4，该值为否。这是因为Cantera Reaction Editor已确定MS_gri30.std中已存在C2H4，因此无需再次导入。可以通过修改化合物名称Name来更改此行为。这对于添加不同的构型或同一分子的不同自旋态很有用，只要给它们起不同的名字，它们都可以被写入数据表中。
默认情况下，Cantera Reaction Editor对话框将阻止两次添加相同的反应。要两次添加同一反应（并将其标记为重复项），请从“重复项Duplicates”下拉列表中将“Warn警告”更改为“添加Include”。
在名称Name栏中，将1,3-丁二烯buta-1，3-diene改为丁二烯butadiene。
将温度范围Temperature range设置为200 K到6000 K。
打开MS_gri30.std的Reactions选项卡。
Diels-Alder反应已添加到机理中反应列表的底部：
有关用于计算反应速率的信息存储在注释Note列中。
单击Species选项卡并滚动到数据表的底部。保存数据表MS_gri30.std。
丁二烯和环己烯及其NASA多项式已添加到机理数据表中的化合物中。注释Note列包含NASA多项式拟合RMS，以及用于优化结构计算的信息。对每种物质在T=298.15 K的生成焓时进行了计算，并显示在E列中。可以与实验值进行比较，例如在NIST Chemistry WebBook中找到，并用于检验NASA多项式的拟合程度。NIST给出了环己烯的标准生成焓为-1.03 kcal/mol，1,3-丁二烯的标准生成焓为29.95 kcal/mol。NIST给出了反式丁二烯的数据，但Diels-Alder反应包含顺式丁二烯，因此应相应调整标准焓。可以使用DMol3优化这两种构型，发现顺式丁二烯的生成焓高出3.95 kcal/mol，因此我们将使用29.95 kcal/mol的标准焓。丁二烯和环己烯的NASA多项式给出的焓与标准参考数据合理一致，但我们可以通过添加这两种物质作为参考分子来改善这种拟合。
在Cantera Reaction Editor对话框上，在数据表Study table下拉列表中选择MS_gri30.std。
将Diels-Alder.std数据表设置为当前文档，并选择Structures选项卡。
双击Structures列中的buta-1，3-diene1,3-丁二烯将其打开。
Cantera Reaction Editor对话框中的“参考化合物Reference species”部分会将该分子识别为丁二烯，该分子已存在于MS_gri30.std的Species选项卡中。它还评估了Species选项卡中的NASA多项式，从而给出标准生成焓。这里将输入该构象异构体的公认标准生成焓，以创建一个改进的参考化合物。
在Cantera Reaction Editor对话框中，将生成焓Enthalpy of formation更改为29.95 kcal/mol。
对Diels-Alder.std数据表的Structures选项卡中的环己烯Diels-Alder.std重复该过程，这次将生成焓Enthalpy of formation更改为-1.03 kcal/mol。
这两个新化合物将被添加到Reference选项卡的底部。由于我们在表格中添加了新的参考化合物，我们应该重新计算所有化合物的NASA多项式，以确保其一致性。
单击Species选项卡，然后选择表中的任意单元格。
在Cantera Reaction Editor上单击“重新计算选定化合物的NASA多项式Recompute NASA polynomials for selected species”的Recompute按钮。
现在，丁二烯和环己烯的标准焓应该比以前更接近其参考值。Cantera Reaction Editor还可以验证数据表。验证工具可查找缺失化合物、重复化合物和反应，并检查反应是否平衡。
注：丁二烯和环己烯的预测生成焓与可接受的标准值之间的初始合理一致性是由于数据表中的所有NASA多项式均采用与本特定文件中Diels-Alder反应相同的计算设置进行计算。如果你正在扩展一个反应机制，而所有化合物的来源都未知，这通常是无法估算的，必须非常小心地处理添加化合物的参考值。
在Cantera Reaction Editor对话框上，在数据表Study table下拉列表中选择MS_gri30.std。
出现一条消息，说明数据表验证成功Validation of study table successful。这意味着反应机理中没有任何信息缺失，可以继续进行计算。
单击OK按钮并关闭Cantera Reaction Editor对话框。
将使用Cantera中改进的反应机理来检查连续流搅拌釜式反应器中环己烯的制备。
单击Modules工具栏上的Cantera按钮，然后选择Calculation或从菜单栏中选择Modules | Cantera | Calculation。
从任务Task下拉列表中选择CSTR。确保在“组分Composition”部分中选择了摩尔分数Mole fraction单选按钮。使用“化合物Species”下拉列表将C3H8和丁二烯butadiene添加到对话框中。
将温度Temperature设置为900 K，压强Pressure设置为1e5 Pa。
点击More…按钮打开Cantera CSTR对话框，并取消选中等温Isothermal复选框。将输出时间窗口Output time window设置为1000 s，并将时间步长Time step设置为1 s。
Cantera Calculation对话框如下所示。
如有必要，使用Job Control选项卡选择网关位置Gateway location和队列Queue。
将在Project Explorer中创建一个新文件夹MS_gri30 Cantera CSTR。计算完成后，将打开文件MS_gri30.txt。该文本文件中显示的最终状态应显示乙烯（C2H4）和甲烷（CH4）以及输入反应物的摩尔分数。通过绘制反应物的质量分数随时间变化的函数，可以研究该反应中可能形成的环己烯。
双击MS_gri30 Cantera CSTR\MS_gri30 Results.std打开。
选择A列时间Time (s)和W列环己烯质量分数Mass fraction cyclohexene，然后单击“快速绘图Quick Plot”按钮。
将新创建的曲线图文件重命名为cyclohexene.xcd。
选择A列时间Time (s)、G列C3H8质量分数Mass fraction C3H8、H列C2H4质量分数Mass fraction C2H4和I列CH4质量分数Mass fraction CH4。
单击“快速绘图Quick Plot”按钮，将新创建的曲线图文件重命名为dissociation.xcd。
这些曲线图表明，丁烷（C3H8）在如此高的温度下部分解离并生成乙烯和甲烷。同时，一小部分乙烯与釜式反应器中的丁二烯反应生成环己烯。
从菜单栏中选择File | Save Project，然后选择Window | Close All。
尚未在Materials Studio中创建的反应机制将具有与其关联的隐式参考状态。通常，该参考状态基于公认的标准生成焓，但这无法证实。如果要修改和修改此类反应机制，必须非常小心，以确保使用Cantera Reaction Editor添加的化合物与反应机制中已隐含的参考状态相对应。
因此，在本节中，将说明如何在没有已知参考状态的情况下修改数据表。为此，创建了GRI 3.0 Mechanism的一个版本，该版本在Reference选项卡上没有条目。
单击“导入Import”按钮打开Import Document对话框。导航到Examples/Cantera文件夹，双击MS_gri30v2.std。
显示包含GRI 3.0 Mechanism的数据表（不含任何参考化合物）。在导入Diels-Alder反应之前，数据表必须包含新化合物的参考标准焓。将再次使用NIST Chemistry WebBook中的值。一般来说，如果可能，导入的化合物数据最好使用与反应机理原始作者相同的来源。
单击Modules工具栏上的Cantera按钮，选择Reaction Editor或从菜单栏中选择Modules | Cantera | Reaction Editor。
从数据表Study table下拉列表中选择MS_gri30v2.std。
双击Project Explorer中的Diels-Alder.std并打开，然后单击Structures选项卡。
现在需要按照与之前相同的程序添加丁二烯作为参考化合物。
双击Structures列中的buta-1，3-diene1,3-丁二烯打开它。
在Cantera Reaction Editor对话框中，将生成焓更改为29.95 kcal/mol。
重复此步骤，添加生成焓为-1.03 kcal/mol的环己烯作为参考物质。
既然丁二烯和环己烯存在参考化合物，将能够像以前一样导入Diels-Alder反应。当新化合物被加入时，只有它们会计算出新的NASA多项式，并且它们会非常精确地拟合参考生成焓。所有现有化合物数据将保持不变。
双击Project Explorer中的Diels-Alder.std，使其成为当前文档。
在反应和结构Reactions and structures列表的名称Name栏中将buta-1，3-diene1,3-丁二烯改为butadiene丁二烯。
Diels-Alder反应、环己烯和丁二烯现在添加到数据表中。您可以验证数据表，以检查它是否可用于计算。
在数据表Study table下拉列表中选择MS_gri30v2.std。
出现一条消息，说明数据表验证成功Validation of study table successful。
从菜单栏中选择File | Save Project，然后选择Window | Close All。
[2] NIST Chemistry WebBook 声明：如需转载请注明出处（华算科技旗下资讯学习网站-学术资讯），并附有原文链接，谢谢！
