五味子丙素立体异构体ECD谱的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法和极化连续介质模型(PCM),在B3LYP/6-311++G**水平上对五味子丙素的一个立体异构体的基态几何构型进行了优化;以优化得到的稳定构型为基础,采用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法,在相同基组水平进行了电子圆二色谱(ECD)研究,根据计算获得的电子跃迁吸收波长(λ)和电子旋转强度(R)拟合得到了理论ECD谱。理论研究发现:甲醇溶液中,2个苯环之间扭曲形成的二面角∠C(2)-C(1)-C(8)-C(7)约为64°;计算获得的理论ECD谱吸收峰略红移,各谱带形状与实验谱吻合较好。通过对相关跃迁性质的分析发现,理论ECD谱的吸收峰1主要由自于HOMO-2→LUMO和HOMO-2→LUMO+1的电子跃迁贡献;吸收峰2的吸收主要由HOMO→LUMO的电子跃迁贡献。这些结论对深入理解五味子丙素异构体的电子结构和手征光学性质具有一定的科学意义。     

尾式L-苏氨酸卟啉亚铁ECD谱的理论解析

采用Gaussian 09软件,利用密度泛函理论和含时密度泛函理论方法,在B3LYP方法和混合基组(Fe(Ⅱ)采用赝式基组Lan2dz;N、O采用6-311++G(2d,p);C、H原子采用6-31G(d))水平对尾式L-苏氨酸卟啉亚铁的ECD谱进行了理论研究。采用Multiwfn和SpecDis程序对Gaussian 09软件的研究结果进一步分析,获得了分子轨道的组成成份,拟合得到了理论ECD谱。研究发现:(1)尾式L-苏氨酸卟啉亚铁在Soret区存在2个CD吸收带,在长波处为正的Cotton效应,在短波处为负的Cotton效应;(2)499 nm附近的CD吸收带(正)主要是由亚铁离子到卟吩环的荷移跃迁d_(FE(Ⅱ))→π_(porphin)~*引起的;(3)449 nm附近的CD吸收带(负)是由卟吩环到亚铁离子和羧基的π_(porphin)→d_(FE(Ⅱ))和π_(porphin)→π_(-COOH)~*荷移跃迁引起的。这些结论对深入理解配合物的手征光学性质具有一定的科学意义。     

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。     

广藿香酮电子结构及紫外光谱性质

采用量子化学密度泛函理论在B3LYP/6-311++G**水平上对广藿香酮在甲醇溶液中可能存在的异构体电子结构和紫外光谱性质进行了理论研究。结果表明:(1)广藿香酮可能稳定存在的酮式、单醇式、双醇式3类异构体共计10个;其中Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ分别为上述3类异构体中的相对稳定构型。在所有异构体中,单醇式异构体Ⅴ为最稳定构型,为天然存在的广藿香酮的分子结构,与实验结论一致。(2)计算获得了异构体Ⅴ在甲醇溶液中的紫外吸收数据,与实验值吻合较好。296nm处的吸收峰来源于分子中的HOMO→LUMO的π–π*电子跃迁(占100%);223nm处的吸收峰主要来源于分子中的HOMO→LUMO+1的π–π*电子跃迁(占74%)     

精甲霜灵的电子结构及圆二色谱性质

采用量子化学密度泛函理论在B3LYP/6-311++G**水平上对精甲霜灵分子几何构型进行优化;在优化的基础上进行圆二色谱究。计算结果表明:(1)C(8)=O(9)与N(1)、C(3)=O(4)与O(5)之间均存在p—π共轭,N原子上另外2个取代基分别位于苯环上下方为最稳定构型。(2)VCD谱中,C(10)—H沿C(8)—C(10)—O(11)平面的摇摆振动在1020cm-1处存在正性康登效应;垂直于该平面的摇摆振动在1273cm-1处出现负性康登效应。C(2)原子上的C—H摇摆振动在的1334cm-1处存在强的康登效应。C(3)=O(4)在的1788cm-1处出现较强的吸收峰;C(8)=O(9)由于与手性中心的间隔一个N原子,其在VCD谱中未出现康登效应。(3)甲醇溶液中的理论ECD谱,228nm处存在正性康登效应,与实验值符合较好;同时,理论计算还预测标题化合物在201nm处存在负性康登效应。     

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.     

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...     

西替利嗪及其盐酸盐电子结构及CD谱的理论解析

采用量子化学密度泛函理论在B3LYP/6-31++G~(**)水平上对西替利嗪及其盐酸盐分子几何构型进行了优化;在优化的基础上进行红外光谱(IR)、振动圆二色谱(VCD)、紫外光谱(UV)和电子圆二色谱(ECD)研究。计算结果表明:盐酸盐中Cl~-与季胺N~+之间的静电吸引作用可能通过Cl…H—N氢键作用进行传递。涉及到或者靠近手性中心的振动在VCD谱上表现出强的Cotton效应;远离手性中心的振动,尽管在IR谱上出现较强的吸收,在VCD谱上也可能不产生Cotton效应。ECD谱分析发现,涉及到手性中心的电子跃迁,在ECD谱上产生Cotton效应。     

丹参酮分子结构及光谱性质的理论研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-31G水平上对丹参酮Ⅰ、丹参酮ⅡA、隐丹参酮3个典型的丹参酮类化合物分子几何构型进行优化,分析分子前线轨道能级及分布特征.用含时密度泛函理论(TD-DFT)在相同水平对上述化合物分子进行电子吸收光谱研究.并且以乙醇为溶剂,计算其对分子结构和光谱性质的影响.计算结果表明:丹参酮Ⅰ分子骨架发生共轭形成大π键,为刚性的平面分子结构;丹参酮Ⅰ、丹参酮ⅡA、隐丹参酮分子共轭体系依次缩小.分子HOMO-LUMO能隙随着分子共轭体系的减少而增大.3个分子的九λmax均主要来源于电子的π→π跃迁.乙醇对上述化合物分子结构和光谱性质有一定影响,吸收光谱均发生红移.同时还发现,乙醇改变了丹参酮Ⅰ的λmax主要电子跃迁来源轨道.丹参酮Ⅰ在气相条件下λmax主要来源于分子中的HOMO→LUMO+2的π→π跃迁;而在乙醇中λmax主要来源于HOMO-5→LUMO的π→π跃迁,该跃迁存在明显的分子内电子转移现象.     

TTF-C60-P衍生物的分子结构和光谱性质的理论研究

用半经验AMI法研究TTF-C60-P衍生物的分子轨道,电荷分布,几何构型。计算结果显示,TTF-C60-P衍生物具有较低的跃迁能。HOMO轨道主要分布在杂环上,LUMO轨道则主要分布在C60上。电荷从富电子的TTF向缺电子体C60转移。理论预测TTF-C60-P衍生物在基态下产生长寿命的电荷分离态。     

N-甲基-2-(5-甲基-噻吩)-吡咯并[3,4]C60(MTPC)衍生物的分子结构和几何构型的理论研究

用半经验AM1法研究N-甲基-2-(5-甲基,噻吩)-吡咯并[3,4]C_(60)(MTPC)衍生物的分子轨道,电荷分布,几何构型。计算结果显示,分子(C)具有较低的跃迁能。HOMO轨道主要分布在杂环上,LUMO轨道则主要分布在C_(60)上。电荷从富电子的噻吩环向缺电子体C_(60)种转移。预测(C)可能在基态下产生长寿命的电荷分离态。     

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。     

桂皮酰哌啶类化合物结构与抗惊活性关系的量子化学研究

利用量子化学从头算方法，对13种桂皮酰哌啶类化合物的结构与抗惊生物活性关系进行了研究。采用限制性Hartree-Fock(RHF)方法和6-31G基组，对13种化合物进行全参数优化，得到了它们的稳定构型。并对前线分子轨道能级、轨道组成等性质进行了分析，把它们与实验得到的生物活性参数进行了相关分析，并对某些参量进行了线性回归，得到了回归方程。通过研究发现，桂皮酰哌啶类化合物的抗惊生物活性与分子的前线轨道(HOMO、LUMO)能级和轨道组成存在一定的相关性。通过轨道组成分析发现，具有较高生物活性的分子，其HOMO、LUMO轨道中羰基和烯键所占的比重较大，说明羰基和烯键部位应为此类化合物的活性部位。     

共轭性取代对咔唑类衍生物结构和光谱性质影响的理论研究

用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD。DFT)对咔唑的6种共轭基团取代衍生物的电子结构和吸收光谱性质进行了比较研究。对衍生物的基态分子结构运用B3LYP/6-31G(d)水平进行全优化,分析了电荷的分布和前线分子轨道等性质。结果表明,与母体咔唑相比,各衍生物均形成了分子内氢键,共轭体系的π键成分增大,能级差减小,激发能降低,分子的最大吸收波长向长波方向移动,即发生红移。前线分子轨道分析表明该类化合物吸收光谱主要对应分子中的HOMO→LUMO电子跃迁,且为π-π~*跃迁。共轭性基团的引入扩大了分子结构的共轭范围,增强了分子内电子的转移,改善了咔唑类化合物的光电性能。本文为新型含咔唑基团的光电功能材料的设计合成提供了理论参考。     

12顶点闭合型碳硼烷异构体的结构和稳定性密度泛函理论研究

采用密度泛函理论DMol~3/DNP方法对十二顶点闭合型碳硼烷C_2B_(10)H_(12)异构体的几何结构进行优化,分析了异构体的稳定性、电荷分布以及前线分子轨道。结果表明3个异构体都有对应的稳定构型,并保持了闭式二十面体骨架结构。稳定性随着2个C原子之间距离增大而增加,即稳定性为对位间位邻位。负电荷主要集中在2个C原子上,成为主要的亲核取代反应中心。异构体具有立体芳香性,取代C原子具有对位、间位定位效应。B原子电荷密度规律,位于C原子间位的B原子负电荷密度最高,对位稍次,邻位最低。异构体分子前沿轨道和△E_(LUMO-HOMO)所预示的化学稳定性与结构能量稳定性趋势一致。     

烷基化芳胺抗氧抗腐添加剂分子结构特性的理论研究

采用量子化学方法,在B3LYP/6-31G~*水平上对8种烷基化芳胺抗氧抗腐添加剂的平衡几何构型、净电荷及前线轨道组成和能级等进行了理论计算研究,探讨了这些化合物的结构特征。研究表明,这些添加剂胺基和苯环形成的共轭平面构成了活性部位,其HOMO和LUMO均为π-分子轨道。由共轭大π-键的离域性和HOMO与LUMO的反应性预测表明,不饱和的共轭体系不仅能与氧自由基结合,还因共轭体系的孤对电子更易转移而与金属形成配位键和化学吸附膜,添加剂的电子结构性质表明具有抗氧抗腐蚀性能。     

化合物(C10H8N2)·2（H2O）的晶体结构及量子化学研究

以水热法制备了标题化合物(C10H8N2).2(H2O)单晶并用X射线单晶衍射仪测定了晶体结构,该晶体属于单斜晶系,C2空间群,晶胞参数为a=1.58589(16)nm,b=0.37770(4)nm,c=0.920210(11)nm,α=90.00°,β=114.0500(10)°,γ=90.00°,V=0.50335(7)nm3;最终偏差因子R1=0.0525,wR2=0.1311[对I>2θ(I)的衍射点]和R1=0.0661,wR2=0.1404[对所有衍射点]。化合物分子与水分子间由弱的O-H…N和O-H…O氢键作用形成了一维线形结构,该对称结构中两个吡啶环平面之间的夹角为40.7o。依据晶体结构数据使用G03程序对化合物进行了量子化学计算,探讨了化合物的分子优化结构、前线轨道、电荷分布、成键特征和稳定性。计算得到的分子键长、键角和X射线衍射的晶体结构数据基本符合,其差值证实晶体分子间氢键的存在。     

1-(4-硝基苯基)-3-(5,6-二甲基-1,2,4三氮唑)-三氮烯质子迁移的理论研究

采用密度泛函B3LYP在6-31G*基组下,对有机显色剂1-(4-硝基苯基)-3-(5,6-二甲基-1,2,4三氮唑)-三氮烯(NPDMTT)的各种可能结构进行质子迁移的3种可能途径:(a)分子内质子迁移,(b)水助质子迁移,(c)甲醇助质子转移的计算,得到了各种途径异构体的相对能,获得了它们的互变异构过程的活化能、活化吉布斯自由能和质子转移反应的速率常数等性质。计算结果表明,分子内质子转移形成的各种异构体相对能量较大,当水分子或甲醇分子参与反应时,异构体的相对能量明显减小,但无论是孤立分子、一水合物还是一甲醇合物,其最稳定的异构体都相同,均为A2。溶剂化效应对异构化能垒的影响较大。最稳定的异构体分子内质子转移在N11和N13间转移的速控步骤的活化能为130.9 kJ.mol-1,反应速度常数为2.172×10-11s-1;当水分子参与反应以双质子转移机理异构化时,活化能显著降低,有利于三氮异构化,其中异构体质子在N11和N13间转移的速控步骤的活化能为22.55 kJ.mol-1,反应速度常数为3.617×107s-1;当醇分子参与反应以双质子转移机理异构时,活化能减小得更多,其中异构体质子在N11和N13间转移的速控步骤的活化能为2.384 kJ.mol-1,反应速度常数为9.032×1011s-1。计算结果还表明,氢键作用在增大NPDMTT一水合物和NPDMTT一甲醇合物相对稳定性、降低质子转移异构化反应活化能等方面起着重要作用。     

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。     

膦酰基羧酸调聚物缓蚀性能的量子化学研究

研究中发现膦酰基羧酸调聚物(POCA)对碳钢的缓蚀作用良好,而丙烯酸与2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸的共聚物(AA- AMPS共聚物)则几乎无缓蚀作用。量子化学方法计算表明POCA调聚物的前线HOMO分子轨道能量较AA-AMPS共聚物大,所以POCA更容易为铁的空d轨道提供电子;AA-AMPS共聚物中对HOMO轨道电荷密度贡献较大的主要是AMPS分子中酰胺基团的N和O原子,O原子的电子轨道布居数虽然较大,但贡献却比N原子小(10%左右),而N原子贡献虽然较大(75%左右),但电子轨道布居数小,因此很难在酰胺基团处与金属吸附。POCA分子中膦酰基基团的P原子和O原子对HOMO轨道电荷密度贡献分别达到70%和20%,且其轨道电子布居数较大,因此较容易通过膦酰基与金属配位吸附而缓蚀性能良好。POCA的缓蚀功能由引入链分子中的膦酰基基团获得,羧酸基团和磺酸基团基本无作用。