氨基甲叉羧酸化合物和氨基甲叉膦酸化合物阻垢缓蚀剂的量子化学研究

运用密度泛函(DFT)理论,B3LYP/6-31G*水平,系统研究氨基甲叉羧酸化合物和氨基甲叉膦酸化合物的分子结构与阻垢缓蚀性能之间的构效关系.结果表明分子中对缓蚀阻垢性能影响较大的是羧基和膦酸基上的氧原子,其电荷对阻垢效果的贡献很大,相关系数达到0.989,其亲核Fukui指数对缓蚀效果有很大的影响,相关系数达到0.927,缓蚀性能与轨道能量关系一般,相关系数达到0.740,分子中氮原子的电荷和亲核Fukui指数对缓蚀阻垢性能都有影响,说明此类化合物缓蚀作用主要是功能基团上的氧原子提供电子给金属形成п键,阻垢作用主要是功能基团上的氧原子与方解石的钙原子形成离子键.     

羧酸膦酸型化合物的阻垢缓蚀性能的量子化学研究

运用密度泛函(DFT)理论,在B3LYP／6—31G*水平下,系统研究了2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)、1,2,2-三膦酸基丁烷-4-羧酸(TPBCA)、3,3-二膦酸基戊烷-1,5-二羧酸(DPPDCA)这3种羧酸膦酸型阻垢缓蚀剂的分子结构与阻垢缓蚀性能之间的构效关系。结果表明,3种膦酸分子中的羧基和膦酸基中氧原子的负电荷较多,氧原子与垢晶体中的钙离子产生静电,这些氧原子对间距与方解石晶体生长面上的钙离子对间距匹配,产生晶格畸变,阻止垢体生长。计算得到3种分子的缓蚀能力为PBTCA>DPPDCA>TPBCA,并且得到羧基中的O原子、膦酸基中的O原子对缓蚀能力贡献较大。     

甲叉膦酸类缓蚀剂缓蚀机理的量子化学研究

运用密度泛函论(DFT),在B3LYP/6-31G*水平上,计算氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、甲胺二亚甲基膦睃(MADMP)、乙二胺四亚甲基膦酸(EDTMP)及己二胺四亚甲基膦酸(HDTMP)等4种甲叉膦酸类缓蚀剂分了的前线轨道能量、最高占有轨道、最低空轨道的组成及N、O、P杂原子的自然电荷分布、亲核Fukui指数和亲电Fukui指数.结果,这4种甲叉膦酸的缓蚀性能与其分子的能级间隙△E密切相关.△E越小,其缓蚀性能越好.其次,通过分析分子最高占有轨道、最低空轨道的组成发原子的Fukui指数,探讨此类缓蚀剂分子的反应活性位点,发现这4种甲叉膦酸是通过N、O及P原子与金属形成配位键及反馈配位键丽具有缓蚀效果.为判断缓蚀剂性能的优劣,合成新型、高效的缓蚀剂及研究药剂间的协同效应提供理论指导.     

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。     

乙二胺缩3,5-二氯水杨醛的合成、表征及量子化学计算

本文用乙二胺与水杨醛衍生物在非水相中合成了一种新的双希夫碱配体,并通过元素分析、核磁、质谱和红外等方法进行了表征。采用Gaussian 03在DFT/B3LYP水平下进行理论研究。计算出分子总能量TE、分子最高占据轨道能E_(HOMO)、分子最低空轨道能E_(LUMO)、标准焓H~θ、标准自由能G~θ、恒容热熔Cv~θ、标准熵S~θ、零点能E_0、分子偶极矩μ、前线轨道能量差△E等热力学参数。优化了几何构型模拟出分子的部分重要键长((?))、键角(°)、二面角(°)等结构参数。经过Mulliken布居分析得到了原子的净电荷分布。计算出原子轨道对前线分子轨道的贡献(%)。通过对热力学参数、结构参数、原子净电荷布局和原子轨道对前线分子轨道贡献的总体探讨,表明目标分子具有较好的空间结构和较强的配位能力,是一个良好的配体;并且,它的生物活性很强,可以进一步进行抑菌性能和抗氧化性能等研究并且应用到各个领域。     

化合物Mn(C6H4O2N)2(H2O)4的水热合成、晶体结构及量子化学计算

以异烟酸和1,10-邻菲啰啉为配体通过水热反应合成了化学合物Mn(C6H4O2N)2(H2O)4,首次用X-射线单晶衍射仪测定了其晶体结构,同时使用G03程序对该化合物进行了量子化学计算,探讨了化合物的Wiberg键级、电荷布居及前线分子轨道的能量、原子轨道布居规律.结果表明:该晶体属三斜晶系,空间群P(1),晶胞参数为:a=0.6347(3)nm,b=0.6922(3)nm,c=0.9286(4)nm,α=96.226(7)°,β=104.929(6)°,γ=112.939(6)°,V=0.352 9(3)nm3,Dc=1.747 g/cm3,Z=1,F(000)=191.最终偏离因子R1=0.045 7,wR2=0.1368.在标题化合物中2个异烟酸根的2个氮原子及4个水分子与Mn(Ⅱ)配位,形成了六配位的变形八面体结构.标题化合物的总能量为-688.647 2 au,最高占据轨道HOMO的能量为-0.296 57 a.u,最低空轨道LUMO的能量为-0.00904 a.u,两前沿轨道的能量间隙为0.305 61 a.u.其能级间隙值较大,说明标题化合物基态的稳定性较好;同时其Wiberg键级及电荷布居的数据与晶体测试结果相吻合,表明理论化学的方法应用于该化合物结构的研究较令人满意.     

铁卟啉化合物与氧气分子形成的体系的密度泛函理论研究(英文)

采用密度泛函理论B3LYP方法在6-31G(d)基组水平下对氯化铁(+3)卟啉与氧气分子形成的体系进行了研究,得到了几何构型,电子性质及分子轨道结构等相关数据.对两个体系不同自旋状态下的几何构型参数和电子性质对比发现:受体系立体构型对称性的影响,在两个体系中凡是与卟啉环上N原子相关的几何参数及电子性质均呈现出相同规律性.又采用密度泛函理论UB3LYP/6-311G*//UB3LYP/6-31G*方法对这两个体系不同自旋状态下的能量进行了计算,分析表明自旋多重度越高体系越稳定.然后分别分析了两个体系在最稳定自旋状态下的分子轨道占据情况及中心Fe原子最外层3d轨道的电子分布情况,结果表明Fe原子的3d二和3dxz/3dyz与氧气分子的单占据反键轨道HOMO π*2px/π*2py之间存在相互作用,这种相互作用引起铁卟啉环与O2分子间的电子转移并使O2活化.然而,根据分析在通常状态下铁卟啉对O2分子的活化作用是微弱的.     

一维链有机锡配合物[(C5H4N-3-CO2)Sn(CH2Ph)3]n的合成、结构和量子化学

通过吡啶-3-甲酸与双三苄基氧化锡反应,合成三苄基锡吡啶-3-羧酸酯.经IR、1H NMR和元素分析表征.并用X-射线单晶衍射仪测定其晶体结构,属单斜晶系,空间群P2(1)/c,晶胞参数为:a=1.06160(7)nm,b=1.46940(10)nm,c=1.60558(11)nm,β=106.4830(10)°,Z=4,V=2.401.6(3)nm3,Dc=1.422 g·cm-3,F(000)=1040,μ(Mo Kα)=1.086 mm-1.R1=0.0247,ωR2=0.0544.中心锡原子与周围原子形成五配位三角双锥结构,N与Sn之间的弱作用形成一维链配聚合物.经分子结构的量子化学计算,探讨化合物的稳定性、分子轨道能量、原子净电荷布居规律以及一些前沿分子轨道的组成特征.     

茂金属卡宾配合物{(eta~5-C_5H_5)MoX(CO)_2[C(CH_2)_2CH_2O]}(X:Cl、Br、I)的电子结构研究

运用G98W程序,采用Lanl2dz基组,对茂金属配合物{(eta~5-C_5H_5)MoX(CO)_2[C(CH_2)_2CH_2O]}(X:Cl、Br、I)进行从头算研究,探讨配合物结构单元的稳定性、分子轨道能量、原子净电荷布居规律,以及一些前沿分子轨道的组成特征等。结果表明,标题配合物结构在能量上是稳定的,因而能作为结构单元而存在。为茂金属配合物的合成、分子组装提供理论参考。     

茂金属卡宾配合物{(eta5-C5H5)MoX(CO)2[C(CH2)2CH2O]}(X:Cl、Br、I)的电子结构研究

运用G98W程序，采用Lanl2dz基组，对藏金属配合物{（eta^5-C5H5)MoX(CO)2[C(CH2)2CH2O]}（X：Cl、Br、I）进行从头算研究，探讨配合物结构单元的稳定性、分子轨道能量、原子净电荷布居规律，以及一些前沿分子轨道的组成特征等。结果表明，标题配合物结构在能量上是稳定的，因而能作为结构单元而存在。为茂金属配合物的合成、分子组装提供理论参考。     

还原型牛红细胞Cu(I)Zn-SOD的量化计算

运用G94W量子化学程序,在B3YIP/Lan12dz基组的水平上,对于还原型牛红细胞中CU(I)Zn-SOD活性中心进行了从头计算。研究了分子轨道能量,电荷分布,前线轨道的贡献。结果表明:前沿分子轨道能量均为负值,其电子光谱稳定,与金属配位的咪唑环电荷表现正负交替现象。在前线轨道贡献上Cu(I)的占有轨道贡献大,空轨道的贡献小,不易于接受O_O~-自由基的不成对电子。     

基于AM1量子化学方法的醇胺类缓蚀剂在模拟混凝土孔溶液中对钢筋缓蚀作用研究

用电化学极化曲线的方法评价了几种醇胺化合物在混凝土模拟孔溶液中对钢筋的缓蚀效果,用Gaussian03程序中的AM1方法计算了这几种醇胺化合物的量子化学参数,并采用最小二乘法,分别将它们的前线分子轨道能级、氮氧原子上的净电荷、分子偶极距以及热力学参数与相对缓蚀效率进行拟合.用所拟合的方程预测了这些醇胺的缓蚀效率,预测结果与实验结果基本相符.     

H…Cl(O),π…π作用的三维配合物[Cu(phen)2Cl(ClO4)]n的结构和量子化学研究

通过Cu(ClO4)2和phen(phen=1,10-邻啡罗啉)合成配合物[Cu(phen)2Cl(ClO4)]n,并表征其结构,晶体结构为单斜晶系,空间群为P21／c,晶体学参数:a=1．2666(2)nm,b=1．1219(2)nm,c=1．7225(2)nm,β=111．462(8)°,V=2．2779 (6)nm3,wR=0．071。在晶体中两个邻啡罗啉氮与中心铜离子配位形成2个五元环,4个氮和氯原子与中心铜形成变形四面锥,配合物之间邻近邻啡罗啉的芳环通过π…π作用形成一维结构,通过Cl…H和O…H“氢键”作用形成三维结构,邻近邻啡罗啉的芳环相互平衡组成π…π作用形成一维结构。量子化学(HF／LanL2DZ)计算表明,在配合物中HOMO电子(由铜原子的d轨道、氯和氮的p轨道)向LUMO和LUMO-1(碳原子的p轨道)转移。     

Enhancement of second-order nonlinear optical response in boron nitride nanocone: Li-doped effect

The unusual properties of Li-doped boron nitride nanomaterials have been paid further attention due to their wide applications in many promising fields. Here, density functional theory (DFT) calculations have been carried out to investigate the second-order nonlinear optical (NLO) properties of boron nitride nanocone (BNNC) and its Li-doped BNNC derivatives. The natural bond orbital charge, electron location function, localized orbital locator and frontier molecular orbital analysis offer further insights into the electron density of the Li-doped BNNC derivatives. The electron density is effectively bounded by the Li atom and its neighboring B atoms. The Li-doped BNNC molecules exhibit large static first hyperpolarizabilities (β_tot) up to 1.19 × 10³ a.u. for Li@2N-BNNC, 5.05 × 10³ a.u. for Li@2B-BNNC, and 1.08 × 10³ a.u. for Li@BN-BNNC, which are significantly larger than that of the non-doped BNNC (1.07 × 10² a.u.). The further investigations show that there are clearly dependencies of the first hyperpolarizabilities on the transition energies and oscillator strengths. Moreover, time-dependent DFT results show that the charge transfer from BNNC to Li atom becomes more pronounced as doping the Li atom to BNNC. It is also found that the frequency-dependent effect on the first hyperpolarizabilities is weak, which may be beneficial to experimentalists for designing Li-doped BNNC molecules with large NLO responses.     

磷系添加剂结构与润滑性能的量子化学研究

用HF／6-3lG方法全优化计算了次膦酸酯、膦酸酯、磷酸酯、亚磷酸酯、酸性磷酸酯、胺基磷酸酯、磷酸酰胺、磷酸酯胺盐等8类磷系润滑添加剂,用前线轨道能级,前线轨道电荷密度,原子净电荷,键级等参数,比较各类添加剂与金属间的相互作用,得到了添加剂的分子结构与其润滑抗磨性能的规律。计算表明,添加剂分子的前线轨道能级,Mulliken键级的数值决定了它们的润滑性能。根据磷系润滑添加剂的前线轨道能级,前线轨道电荷密度,原子净电荷以及Mulliken键级讨论了它们对钢一钢摩擦副,铝一铝摩擦副的润滑效果,计算结果与实验结论一致。     

新型咔唑衍生物密度泛函理论的研究

运用量子化学中的密度泛函和含时密度泛函理论法,计算1种新型咔唑衍生物,以探讨其几何构型、电子结构、前线分子轨道和电子光谱性质。计算结果表明当2-(4-吡啶基)乙烯基的反式构型与咔唑环作用时比顺式稳定,引入取代基后使化合物的HOMO和LUMO之间的能隙降低,吸收光谱红移。电子被激发时,电子从咔唑环向吡啶环转移,说明新型咔唑类化合物具有很好的光学性能,可以作为空穴传输材料。     

氧分子在镍钛合金(100)表面吸附行为的研究

NiTi形状记忆合金作为一种广泛使用的生物医学材料，表面形成的氧化膜是其具有良好生物相容性的基础。氧分子在NiTi合金表面的吸附是其形成氧化膜的关键，应用离散变分Xα方法，首次对O2分子在B2结构NiTi(100)表面的吸附过程进行了理论研究，分别计算了在两种不同的O2分子吸附方式中Ti-O原子间的键级和电荷分布。结果表明：O2分子垂直接近NiTi(100)表面对其发生吸附更为有利。在吸附过程中，O2分子中只有一个氧原子被其最近邻的一个表面铁原子所吸附，而合金中其它表面原子及体相原子的电子结构没有变化。Mulliken集居数及局域态密度分析表明，吸附过程中铁原子与氧原子之间的相互作用主要是由2p(O)电子和4s，4p(Ti)电子贡献。