脱氧腺苷红外光谱计算方法表征

采用GAUSSIAN03计算化学软件,运用Hartree-Fock(HF)/3-21G基组进行运算.在GaussView软件帮助下,优化了脱氧腺苷分子几何结构,描述了优化结构.计算出脱氧腺苷单体大分子红外光谱振动频率并绘制红外谱图,在量子力学理论基础上计算出分子能量、焓值、零点能,并计算NBO,得到HOMO和LUMO能级以及分子中各原子上的电荷分布数值.其前沿轨道HOMO的能级E=-0.29949 eV,LUMO的能级E=0.14324 eV.二者相差0.44273 eV.脱氧腺苷分子比较稳定.与国外脱氧腺苷红外光谱实验数据进行比较,计算得到的图谱峰形清晰,容易辨认,计算了理论数据与实验数据之间的误差,误差范围在-2.97%～11.26%之间.为红外实际测试提供有力技术参照参数,可以帮助印证实验数据的可靠性.在一般环境条件下,脱氧腺苷分子结构和组成通常较稳定,但在特殊条件(如:UV辐射和氧化作用及环境类紧张性刺激)下可能发生变化.     

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。     

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...     

香兰素Schiff碱及其异构体分子特性的预测研究

利用Gaussview程序模拟构造香兰素Schiff碱及其3种异构体的分子结构,并利用量化计算软件Gaussian03密度泛涵方法在(B3LYP/6-31G)基组水平上,优化4种Schiff碱的分子结构及计算频率。根据前线轨道理论及原子净电荷等相关量化参数,估计化合物及其异构体分子的稳定性、活性部位、不同原子金属配位能力及亲核反应的作用点等分子特性。     

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。     

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。     

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。     

含氮化合物碱性的QSAR研究

应用Materials Studio4.2计算38个含氮化合物的结构参数,对其碱性做QSAR研究.使用遗传函数算法(genetic function approximation,GFA),从前线分子轨道能量、偶极矩、部分电荷、分子表面积、分子体积等30个反映分子微观特征和溶剂化效应的结构参数中,筛选出主要的结构参数,建立出含氮化合物碱性-结构参数定量关系方程.所建方程的关联系数r2=0.951,交叉相关系数CV-r2=0.930,并且应用方程估算测试样本的碱性,其预测值与实验值基本一致,表明建立的QSAR方程具有较好的拟合度和较强的预测能力.分析QSAR方程各参数对含氮化合碱性影响表明,分子的最高占据轨道能量(HOMO)、偶极矩、氮原子上的电荷以及表示溶剂化效应的参数,是影响碱性的主要结构因素.HOMO能量反映分子供电子能力,能量越高,越易供给电子,碱性越强.分子偶极矩越大、氮原子上的负电荷越多,都使碱性增强.方程中引入电介质能量,说明溶剂化效应对含氮化合物碱性有一定的影响;电介质能量越大,溶质一溶剂的相互作用可能降低溶质分子的稳定性,使含氮化合物的碱性增强.     

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.     

方酸菁染料结构与电子性质的分子轨道法研究

采用改进的半经验分子轨道法(PPP—SCF—MO)计算了8种吲哚方酸菁染料分子的电子结构和电子光谱,计算得到的最大吸收峰波长与实验值较好的一致,计算得到的荧光跃迁能ΔE_(fl)与荧光峰波数υ_(fl)存在如下关系:υ_(fl)=10.664ΔE_(fl)-3.1299(k·cm~(-1)),r=0.9721。计算得到的前线轨道能量E_(HOMO)和电子跃迁能E_(abs)与氧化电位E_(1/2,OX)存在如下关系:E_(1/2,OX)=0.520(-E_(HOMO))+4.291E_(abs)-11.100,r=0.909。并讨论了电子结构与光谱性能的关系。     

分子顶点相关指数用于卤代苯lgKow的预估

为寻找卤代苯类化合物分子结构与正辛醇/水分配系数(lgK_(ow))的关系,通过定义分子顶点原子特征值,构建了1种分子顶点相关指数(molecular vertexes correlative index,MVCI),并用于卤代苯类化合物的结构表征。再分别利用多元线性回归(MLR)和偏最小二乘回归(PLSR)建模,同时采用内、外双重验证的办法深入分析和检验所得模型的稳定性和预测能力,模型拟合的复相关系数(R)分别为0.9945和0.9940;留一法(LOO)交互校验(CV)的复相关系数(R_(CV))分别为0.9913和0.9925。结果表明该相关指数具有较强的分子结构表达能力,所建模型具有良好的稳定性和预测能力,可用于卤代苯类化合物正辛醇/水分配系数(lgK_(ow))的预测。     

HClO对贻贝粘附单元DOPA氧化的理论研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)研究贻贝粘附单元DOPA(3,4-二羟基苯丙氨酸)的结构与性质,得分子的几何构型、原子电荷分布、反应活性及热力学等参数,表明:DOPA苯环易与HClO(次氯酸)发生亲电取代反应(1),生成3-氯4,5-二羟基苯丙氨酸,阻碍生成贻贝内超强粘附单元DOPA二联体,降低粘附蛋白间粘性;DOPA侧链易与HClO发生亲电亲核反应(2),促使DOPA侧链的断裂,降低粘附蛋白内粘性;在相同温度下,反应(1)和反应(2)的△G<0,且△G(1)<△G(2),反应(1)较易发生.     

Pyrolysis mechanism of carbon matrix precursor cyclohexane--the formation of condensed-ring aromatics and the growing process of molecules

Based on the experiments, the UAM1 method was adopted to investigate benzene condensation of an important intermediate and the molecule growing mechanism during the cyclohexane pyrolysis process. The conclusions were drawn as follows: (1) from the viewpoint of thermodynamics, the condensation of benzene and C4H5* is a spontaneous reaction and the rising temperature will increase the spontaneous tendency of the reaction. (2) From the viewpoint of kinetic, the condensation of benzene and C4H5* is a two-step reaction. The rate-determining step is step 2 of hydrogen removal from intermediate C10H10 (I1) with the activation energy of 350.61 kJ/mol below 1473 K while the rate-determining step is step 1 that free radical C4H5* attacks benzene to form intermediate C10H10 (I1) with the activation energy DeltaE(0)(not equal to theta)=31.74 kJ/mol above 1473 K. (3) The space structure, electronic structure and thermodynamics parameters of molecular reaction of dense-ring aromatizing compounds can be used to replace the resonance energy and free valence to judge the activation of thermodynamic reaction of compounds. And (4) the analysis of the space structure, electronic structure and thermodynamic parameters show that the growing process of molecules with benzene used as initial reactants becomes more easier as the multi-ring aromatizing molecular system increases.     

煤表面对多种气体分子混合吸附的微观机理

应用量子化学密度泛函理论,在6-311 g水平上对建立的吸附模型进行全优化.结果表明,煤的表面能够与多组分气体发生混合吸附.煤表面吸附氧、氮和二氧化碳分子组成的吸附态中,氧分子和氮分子在煤表面的侧链吸附,CO2则在苯环的上方.煤表面氨基上的C原子和N原子的电子向氧分子中的氧原子转移.煤表面吸附了二氧化碳和氮分子,氧分子所得的电子减少,表明如果煤表面吸附其它种类分子,则削弱了吸附氧的作用.吸附后O2的频率变化较大,N2和CO2的频率变化很小.煤表面与矿井采空区各种气体发生吸附时的亲和顺序为:氧气>水>二氧化碳>氮气>一氧化碳>甲烷.     

二氧化锡薄膜气敏传感器对常见室内污染气体的 电阻2温度特性及机理分析

采用无机试剂(SnCl2·2H2O)为原料,用溶胶-凝胶提拉法制备了二氧化锡薄膜及相应的气敏传感器,并研究了二氧化锡薄膜气敏传感器在常见室内污染气体气氛中的电阻-温度变化关系.结果发现不同气氛下电阻-温度特性各不相同,由此可以获得被测气体的相关信息.本文还用分子轨道计算软件对四种室内污染气体的分子轨道进行了计算,并根据分子轨道能级的相对位置定性解释了二氧化锡薄膜气敏传感器在不同气氛中的电阻-温度曲线.通过对甲醛、苯、甲苯、二甲苯四种气体电阻-温度曲线的测试可以确定被测气体的种类.     

煤表面对多个氧分子的多层吸附机理研究

应用密度泛函理论,在6-311水平上研究煤表面与氧的吸附作用,比较煤吸附5个氧分子,其表面与氧分子化学键的变化情况,吸附后氧分子的键变长,但不断裂,煤表面的变化很小,证明煤表面吸附5个氧分子是物理吸附,根据优化后的几何结构,证明还是多层吸附.其中侧链吸附的氧分子键长变化最大,由1.2582 A变为1.3244 A,说明侧链吸附的氧分子最活泼.从电荷集居数分析可知,原子中电子转移的多少与化学键的变化成正比,转移越多,化学键变化越大.煤表面与5个氧分子组成的吸附态中,氧分子的振动频率变小,计算其吸附能为409.68 kJ/mol.     

Functionalized graphene as an aqueous phase chemiresistor sensing material

Here we report on the successful detection of benzene, toluene, ethylbenzene, xylenes and cyclohexane dissolved in water at low ppm concentration levels using functionalized graphene in a microelectrode chemiresistor platform. The use of microelectrodes results in a small double layer capacitance that effectively impedes charge transfer through the solution and allows the resistance of the graphene film to be measured preferentially. Comparing the relative chemiresistor response between cyclohexane (a non-aromatic molecule) and aromatic compounds (e.g. toluene), we have deduced that the response mechanism is most likely due to film swelling and not doping through the direct interaction of the molecule with the graphene basal plane.     

Influence of intermolecular interactions on the formation of spontaneous orientation polarization in organic semiconducting films

Spontaneous orientation polarization (SOP) has been frequently observed in the evaporated films of organic light‐emitting diode materials. Because SOP modifies the charge injection and the accumulation properties of the device, understanding and controlling SOP is crucial in optimizing the performance of the device. In this study, we investigated the dominant factors for SOP formation by focusing on intermolecular interactions. We examined the giant surface potential characteristics of coevaporated films incorporating 1,3,5‐tris(1‐phenyl‐1H‐benzimidazol‐2‐yl)benzene (TPBi) that is a typical polar molecule exhibiting SOP. In the coevaporated films of TPBi and nonpolar molecules such as 4,4′‐bis(N‐carbazolyl)‐1,1′‐biphenyl and 4,4′,4″‐tris (carbazol‐9‐yl)triphenylamine, the orientation degree of the permanent dipole moment (PDM) of TPBi is significantly enhanced with diluted TPBi density, though the enhancement is weak on the film with N,N′‐bis(1‐naphthyl)‐N,N′‐diphenyl‐1,1′‐biphenyl‐4,4′‐diamine. The results indicate that the PDM interaction between polar molecules results as a negative factor for SOP formation. Furthermore, we found that SOP formation is suppressed by the surface treatment of the self‐assembled monolayer on the gold substrate, indicating a positive effect of the van der Waals interaction between the molecule and the substrate surface.     

A comparison of calculated NMR shielding probes

In a strong magnetic field, covalently bonded hydrogen nuclei located over the plane of an anisotropic pi bond-containing functional group experience magnetic shielding (or deshielding) that results from the combined effect of the magnetic anisotropy of the functional group and other nearby covalent bonds plus other intramolecular shielding effects. These effects can now be calculated with reasonable accuracy using ab initio methods. We have investigated several computational probes of the magnetic shielding surface near anisotropic functional groups and compared the results to previous reports of experimental observations in example structures. GIAO-HF in Gaussian 03 was employed to calculate isotropic shielding values and to predict the net NMR shielding increment for several computational probes: methane, diatomic hydrogen, a hydrogen atom, a helium atom, or a ghost atom, each held in various positions over simple test molecules (ethene, ethyne, benzene and HCN) that contain the functional groups studied. Also, the effect of performing single point calculations versus constrained geometry-optimized calculations was examined. In addition, the effect of the angle of the orientation of the probe molecule (in the case of CH(4) and H(2)) relative to the pi bond in the test molecule was studied. Finally, the atomic charges in the molecular probes (CH(4) and H(2)) were computed to investigate the nature of the interaction of the probe with the test molecule. The optimal, most economical computational results were obtained using single point calculations of a diatomic hydrogen probe oriented perpendicular to the surface (or axis) of the test molecule.