氯化铁卟啉和氯化四苯基铁卟啉的密度泛函量子化学计算研究

用密度泛函B3LYP／STO-3G^＊和B3LYP／6-311＋（2d,2p）量子化学计算方法对两个铁卟啉分子FePCl和Fe（TPP）Cl进行了几何结构优化和单点计算研究,根据计算结果对这两个铁卟啉分子的结构、电荷密度和自旋密度分布做了详细分析,数据表明有部分自旋密度由Fe原子向卟啉环转移,同时有部分电子由卟啉环向Fe原子迁移。对它们的分子轨道结构也做了详细的讨论,根据计算的相关数据和分子轨道特征分析了铁卟啉活性中心的性质并讨论了其催化活化分子O2的机理,为氯化铁卟啉活化氧催化相关有机分子氧化反应机理研究提供了理论基础。     

树状分子聚酰胺胺(PAMAM)的量子化学研究

采用传统的Hartree-Fock(HF)从头算和密度泛函B3LYP方法,选择不同的基组水平(3-21G,6-31G*)对以乙二胺为核的1.0代PAMAM分子进行全几何优化,并对结果进行比较,同时与实验值进行对照.结果表明,B3LYP/6-31G*方法得到的结果更可靠.B3LYP/6.31G*计算结果表明,1.0代PAMAM分子构象不完全对称,4个支链基本在一个平面上,伯胺,仲胺和叔胺上的N原子所带负电荷数逐渐减少,HOMO轨道主要集中在核上,核极易发挥供电子作用.     

比较不同基函数下氯化四苯基铁卟啉的B3LYP计算研究

用Gaussian98W程序的密度泛函B3LYP方法,在STO-3G~*、6-31G(d)、6-31G(2d)、6-311G、6-311G(2d,2p)水平,对血红素模拟物氯化铁卟啉分子Fe(TPP)Cl进行了汁算,对分子的结构、电荷密度和自旋密度分布傲了详细对比分析。4个较大基函数计算的能级情况接近,相对较小的6-31G(d)基函数就可以得到较好的计算结果,并且计算时问比用6-311G(2d,2p)基函数少很多。4个较大基函数计算的分子轨道结构几乎完全相同,但6-311G(2d,2p)得到的能级次序与其他大基函数稍有不同。6-311G类基函数的结果较6-31G类基函数有更明显的Fe-卟啉环问的电子转移。根据本文计算结果,6-31G(d)基函数可以利用较少的计算机资源在较短时间内给出不差的结果。     

2-(4-取代苯基)乙烯基吡啶电子光谱的理论研究

对2-(4-取代苯基)乙烯基吡啶系列用密度泛函法(DFT),在B3LYP/6-31+G**冰平上全优化几何构型,探讨苯环对位上不同取代基对分子电荷的转移、前线轨道能量等性质的影响规律.结果,电子由苯环向乙烯链移动,并通过乙烯链再向吡啶环移动;前线轨道能量随着取代基吸电子能力的增加而降低,随着供电子能力的增强而升高.在此基础上采用含时密度泛函(TD-DFT)计算分子第一激发态的电子跃迁能,得到最大吸收波长λmax.计算结果,6个化合物的最强跃迁都由于基态到单重激发态分子的HOMO→LUMO跃迁,由轨道对称性可知为π→π*跃迁.引入上述5种取代基,均导致最大吸收波长红移.     

环体聚硅氧烷D4H的密度泛函研究

采用B3LYP/6-311++G(d,p)方法,对环体聚硅氧烷D4H进行了量子化学研究。优化了D4H的几何构型,研究了目标化合物在几何结构、电子结构、偶极距、前线轨道等方面的性质。结果表明,D4H分子中Si-O八元环采取"椅式-船式"低能构象。Si原子上集中了大部分的正电荷,而O、C原子则带负电荷。各原子对分子HOMO、LUMO贡献的区别并不明显,HOMO、LUMO能量差较大,表明分子具有一定的稳定性。溶剂效应分析表明,随着溶剂极性的增加,分子的能量越来越小,稳定性增加。     

卟吩结构的HARTREE-FORCK和密度泛函研究比较

采用传统的Hartree-Fock(HF)从头算和密度泛函中的B3LYP和B3PW91方法,选择了不同基组水平(STO-3G,3-21G和6-31G~*)对卟吩结构进行了全几何优化,并对得到的结果相互进行了比较,同时与实验数据进行了对照。结果表明,对于H_2P以及具有类似结构的卟啉衍生物,传统的HF方法得到的几何构型以及相关性质(核磁共振谱,NMR)并不可靠。这种体系中电子相关能是不可忽略的。在B3LYP水平上选用较小的基组3-21G得到的结果与中等基组6-31G~*差别不大,但是最小基组STO-3G得到的优化构型却是一个鞍点结构。     

十二胺捕收剂溶剂化效应及其水相氢键超分子作用的密度泛函研究

采用密度泛函方法研究了十二胺在气相、苯、乙酸、乙醇及水中的分子构型、电荷分布以及前线轨道。首先采用B3LYP/6-31G(d,p)及B3 LYP/6-311++G(d,p)进行优化,采用自洽反应理论(SCRF)的极化连续介质模型(PCM)进行不同溶剂条件下的优化并进行自然键轨道(NBO)分析。结果表明,对比气相条件下,十二胺分子的几何构型发生了微弱变化,这种变化随着溶剂介电常数的增加长程稳定性增强,溶剂化效应使前线轨道中HOMO趋于比LUMO更稳定,NBO分析表明溶剂化能主要来源于LP(1)N_(38)→π~*C_(32)-C_(33)。随着溶剂介电常数的增加,十二胺分子采用B3 LYP/6-31+G(d,p)的△E_(HOMO)-E_(LUMO)由气相-0.23773 a.u至水相中-0.25120 a.u,溶剂化能-13.36 kcal/mol,采用B3 LYP/6-311++G(d,p)的△E_(HOMO)-E_(LUMO)由气相-0.22755 a.u至水相中-0.24004 a.u,溶剂化能-13.02 kcal/mol,溶剂化能趋于稳定,表明十二胺分子的溶剂化效应采用B3 LYP/6-31+G(d,p)构型趋于稳定。采用B3LYP/6-31+G(d,p)对十二胺与水分子氢键超分子结构进行了研究,利用分子静电势(MEP)进行氢键及反应活性位分析,结果表明氢键作用是引起十二胺分子结构和性质变化的主要原因。研究结果对十二胺捕收剂在溶剂条件下对矿物的浮选机理认识具有一定的理论意义。     

边缘氢化石墨烯片层结构和光谱性质的密度泛函理论研究

以并3-6苯环为氢化石墨烯片层模型,采用量子化学密度泛函理论方法(DFT)在B3LYP/6-31G(d,p)水平上进行了几何结构全优化,讨论了分子结构、能量、前线分子轨道等性质的变化规律。在得到化合物基态稳定构型的基础上,运用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算了电子吸收光谱的性质。计算结果显示边缘氢化石墨烯片层均为平面结构,线型扶手椅型结构能量最低,结构最稳定。随着石墨烯片层环数的增加HOMO轨道能量增加,LUMO轨道能量降低,能隙能量降低,最大吸收波长明显红移。     

L-Thr-TPPMg电子结构及光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论方法在B3LYP和混合基组(C、H原子采用6-31G(d);Mg、N、O采用6-311++G(2d,p))水平对含L-苏氨酸侧链的四苯基卟啉镁衍生物L-Thr-TPPMg的基态几何构型进行了优化,获得了稳定的分子构型。以获得的稳定构型为基础,在相同基组水平进行了红外吸收光谱研究;采用含时密度泛函理论方法,在相同基组水平进行了紫外吸收光谱和电子圆二色谱研究。理论研究发现:(1)L-苏氨酸的羧基氧原子与镁原子之间存在配位作用。(2)氮镁配位键、氧镁配位键的伸缩振动在IR谱中的1022 cm~(-1)、278 cm~(1)处呈现特征吸收峰。(3)理论UV谱存在Soret带和Q带吸收。Q带吸收峰主要由HOMO→LUMO的荷移跃迁贡献;Sorer带的吸收峰主要由HOMO-1→LUMO的荷移跃迁贡献。(4)Sorct区表现出分裂的ECD谱。第1 Cotton效应主要来源于分子由HOMO-1→LUMO的荷移跃迁;第2 Cotton效应主要由HOMO-1→LUMO+1的荷移跃迁贡献。上述跃迁均为π→π~*的荷移跃迁。     

8-羟基喹啉衍生物密度泛函理论的研究

运用量子化学中的密度泛函理论(TD-DFT)法,在B3LYP/6-31G(d,p)水平上,理论计算两种新型的8-羟基喹啉衍生物,5-[(4-E-苯乙烯基)-苯甲亚胺基]-8-羟基喹啉(1)和5-[(4-溴-2-氟)苯甲亚胺基]-8-羟基喹啉(2).探讨化合物(1)和(2)的几何构型、电子结构、前线分子轨道和电子光谱性质.结果表明由于引入取代基使体系的HOMO与LUMO之间的能隙降低,增强了与金属铝配位的能力;电子吸收光谱与实验数据基本吻合.     

丙烯酸正丁酯聚合的Diels-Alder反应机理理论研究

本文从理论上对丙烯酸正丁酯(nBA)自引发聚合的Diels-Alder反应机理进行了研究.利用DFT方法在UB3LYP/6-31G*水平上对反应的最低能量路径进行了计算,各驻点能量分别采用MP2/6-311G**和B3LYP/6-311 G(3df;2p)进一步精确计算.结构表明:此Diels-Alder反应仅包括一种途径,即路径(I),另一条途径在热力学不支持.     

1-吡啶-3-[4-(苯基偶氮)苯基]-三氮烯异构体基态和激发态电子结构和光谱性质理论研究

采用B3LYP/6-310*方法,对1-吡啶-3-[4-(苯基偶氮)苯基]-三氮烯(PYPAPT)各异构体进行优化,同时用ab initio HF单激发组态相互作用(CIS)法在6-31G*基组上优化各异构体最低激发单重态几何结构,并探讨了其分子结构与能量的关系,计算结果表明:(1)所有基态异构体基本保持Cs对称性,各原子基本处在同一平面中,而激发态各异构体分子的共轭性不如基态分子,在激发态分子中与偶氮相连的另一苯环与三氮烯及与其相连的苯和吡啶环都不在一个平面;(2)无论在气相中还是在二氯甲烷(DCM,ε=8.93),乙醇(EtOH,ε=24.55)和乙腈(ACN,ε=36.64)溶剂中,基态时PYPAPT主要以M11存在,激发态时为J11较稳定。运用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算了PYPAPT基态和激发态各异构体在溶剂中的吸收与发射光谱,研究了溶剂模型对理论光谱的影响。计算结果表明,PYPAPT各异构体基态和激发态的HOMO和LUMO都是离域π键,随着溶剂极性的增强,HOMO和LUMO轨道能量都逐渐下降。理论电子光谱证实,PYPAPT各异构体的吸收光谱随溶剂极性的增强略微红移,吸收强度也有微弱升高;最...     

青蒿素的量子化学研究

分别运用分子轨道理论中的半经验AM1方法、密度泛函（B3LYP）和RHF从头箅方法对标题化合物进行构型优化,优化时对同一方法采用不同的培组函数6-31G以及6-31G＊。同时获得了青蒿索的电荷分布以及轨道成分等电子结构参数。系统地讨论了不同理论方法对几何优化的影响,结果表明B3LYP／6—31＊方法得到的几何结构和实验测量的晶体结构十分吻合,并且在定性地解释青蒿素的抗疟机制方面表现出优越性。     

Post Hartree-Fock and density functional theory studies on structure and conformational stability of nitrosoethylene and substituted compounds of nitrosoethylene

Post Hartree-Fock and density functional theory (DFT) methods were used to study the different conformers of nitrosoethylene H-CH=CH-NO, and substituted compounds of the nitrosoethylene R-CH=CH-NO (R = Cl, NH2, N(CH3)2, OH, OCH3). The molecules were optimized at MP2/6-31G* level of theory of ab initio and B3LYP/6-31G* and B3PW91/6-31G* levels of theory of DFT. Special emphasis has been given to the effect of substitution of pi-electron donor groups NH2, N(CH3)2, OH, and OCH3, which play a major role in modifying the geometrical parameters of -N=O group by the electronic transmission effects through the central group -CH=CH-. The ability of DFT methods to predict the bond length adjacent to the atoms having lone pair electrons has been discussed. The conformational stabilities have been studied using the relative energies and DFT parameters such as chemical hardness and chemical potential. The role of intra-molecular hydrogen bond on the equilibrium structure has been discussed. The vibrational spectra for the different conformers of the nitrosoethylene and substituted compounds have been generated using the MP2/6-31G* level of theory.     

苯的计算化学红外光谱表征及其与实验结果对比

本研究用GaussView软件模拟苯的分子结构,用量化计算软件Gaussian 03W的密度泛函法,在B3LYP/6-31G基组水平上,优化苯分子结构、计算能量和频率,及其红外光谱,并与实验结果对比。根据成键轨道(natural bond orbital,NBO)和电子密度计算结果,探讨苯的稳定性,分子轨道能量,原子静电荷分布规律和前沿分子轨道组成的特征,计算得出HOMO和LUMO的能量差是0.25191 eV,HOMO是比较大的负值(-0.24819 eV),说明苯有较好的稳定性,看来采用纳米TiO_2光催化方法降解苯是可行的。     

二硫代氨基甲酸镉配合物几何异构体理论研究

采用密度泛函理论(B3LYP),在SDD和6-31G(d)混合基组水平上,研究二硫代氨基甲酸镉配合物的从头计算,算出两种几何异构体.一种足C2点群,另一种是C1点群.进而比较了两种几何异构体的结构、能量、原子电荷布居规律,一些前沿分子轨道组成,以及化合物的振动光谱.结果:从结构上看计算数据与实验数据符合较好,从振动频率来看,均未出现虚频,说明两种结构都稳定.有意义的是两种配合物的能量几乎相等,所以从理论可以得出这样的结论:这两种结构配合物都可以在实验室合成,然而实验报道的仅是后一种结构的配合物.     

Structural, electronic, and magnetic properties of two isomers of C40 O10 with cage-like structure

Bonding, vibrational and magnetic properties of two isomers of cage-like molecule C40 O10 are studied by using hybrid DFT calculations at the B3LYP/6-31G* level of theory. Infrared- and Raman-active vibrational frequencies of two isomers of C40 O10 are assigned. Three 13C and one 17O nuclear magnetic resonance (NMR) spectral signals of each isomer are characterized. Heat of formation of each isomer is estimated. Compared the stability of the two isomers of C40 O10 with that of C60, only from the thermodynamic points of view, they are more stable than C60. Thus, we believe that they have sufficient stability to allow their experimental preparation. We proposed their synthesized route in this paper.