本课题来源为广东省科学技术厅，实际经费投入全部来自省科技厅经费。 相较于热、电和光等手段，机械力是一种不为人熟知的诱导化学反应方式。机械力诱导的化学反应发生的条件相对温和，为新的绿色合成提供可能；此外，机械力可以改变化学反应的路径，得到意想不到的产物，这些反应通过传统的手段很难或不可能发生。因此，机械力化学在绿色有机合成和新型聚合物功能材料制备中有很好的应用前景。当前，在高分子力化学中，力敏团是非常重要的组成部分。当力敏团被共价引入高分子主链中并受到外力作用后，会诱导特定化学反应的发生，改变材料局部的物理和化学特性。在机械响应聚合物中，通过将力敏团与聚合物或聚合物基质相连，从而把施加在聚合物上的机械力和力敏团具有的特殊化学反应耦合在一起。这些力敏团可以用于损伤探测、自增强/增韧、自修复、释放特定小分子或质子、催化化学反应等。在对材料的检测和使用寿命上都有很高要求的领域，如医药、航天和海洋等领域，机械响应聚合物有着巨大的应用前景。 为了深入探索机械力化学的规律和力敏团的性质，本研究运用量子化学、分子动力学模拟、过渡路径采样法和沿反应坐标的能量分解分析方法，系统研究了硫代琥珀酰亚胺在不同反应路径下的中性开环水解反应机理和茂金属化合物在溶剂中的离解反应机理。工作重点主要为：（1）对现有计算方法（特别是沿反应坐标的能量分解分析方法）的进一步改进和这些方法在机械力化学中的应用；（2）通过功能和机理解析，运用机器学习方法初步分析了不同力敏团的特性和共性。具体地：运用量子化学方法系统研究了硫代琥珀酰亚胺在不同反应路径下的中性开环水解反应机理，包括水分子4条不同的进攻路线以及协同和分步反应机理。完善了沿反应坐标能量分解分析方法的理论框架，同时提出了能量加权的通量理论和其在反应坐标鉴定和反应机理解析中的潜在应用，并以丙氨酸二肽模式系统和二茂铁系统为代表，展示了沿反应坐标能量分解分析方法的功能，揭示了二茂铁作为力敏团的微观理化基础（减少了对二茂钌的研究）。增加了机器学习方法在分子结构分类中的应用研究，运用机器学习方法构建了分子的结构-功能预测模型，分析了力敏团的结构性质，为机器学习方法在设计力敏团方面的应用提供理论依据。分别撰写了利用函数拟合计算committor的软件和运用通量最大化优化反应坐标的软件，这些软件为本项目所研究的力敏团性质和机理提供了有力支持，也为进后进一步深化力敏团的研究打下基础。就通量的数值计算提出了新的方法，并申请了专利。 本研究的创新性在于首次基于统计物理理论，发展了反应坐标鉴定和能量分解分析方法，并开创性地应用到机械力化学研究中。本项目所揭示的力敏团性质和机理以及所改进/开发的理论计算方法为后期更多力敏团的深入研究打下了很好的基础。