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B3YLP/Lanl2dz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O2-自由基的不成对电子.     

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。     

氧化型铜锌超氧化物歧化酶的量化计算及与还原型Cu(Ⅰ)Zn-SOD的计算比较

运用G94程序,利用密度泛函方法下的LANL2DZ基组,对于氧化型Cu(Ⅱ)Zn-SOD活性中心进行了从头计算,并与还原型的Cu(Ⅱ)Zn-SOD的计算在轨道能量、前线轨道贡献等方面进行了比较。结果表明:Cu(Ⅱ)易于接受O_2~-自由基不成对电子参与反应,是O_2~-的接受体,从量化计算角度证实了酶的催化活性机理是通过Cu(Ⅱ)→C(I) 的交替氧化还原而完成的,同时起到清除O_2~-的功效。     

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.     

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。     

影响烷基芳烃黏度的内在结构因素探究

利用多种分子模拟方法对78种不同结构烷基芳烃分子分别计算了331种微观结构参数(包括前线轨道能量、电荷分布、表面积、偶极矩电子结构参数、几何结构参数和分子拓扑指数)。采用遗传算法(GFA)将这些微观结构参数与烷基芳烃的100℃黏度进行回归分析,构建烷基芳烃100℃黏度与其分子结构参数之间的定量关系方程。方程相关系数平方为0.935,交叉检验相关系数平方为0.921,具有较高的可靠性和预测能力。该方程揭示了烷基芳烃的前线轨道能量间隙、分子体积和可旋转化学键数量是影响其100℃黏度高低的主要结构因素。烷基芳烃前线轨道能量间隙越窄,黏度越高;分子尺寸越大,黏度越高;可旋转化学键越少,黏度越高。依据这三个结构参数,利用构建的定量关系方程,能够对烷基苯、烷基萘等芳烃的100℃黏度进行较为准确地预测,对于设计与优化具有理想黏度值的烷基芳烃基础油具有一定的指导意义和价值。     

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。     

卤代苯Ullmann反应活性的理论研究

Ullmann反应是有机合成中的一类重要反应,本文采用量子化学从头计算法在HF/6-31G~(**)基组水平上,对35种卤代苯分子分别作了全优化计算,将计算得到的前线分子轨道能量、C_1原子电荷及偶极矩等结构参数按大小顺序排列并与Ullmann反应的实验规律作比较,结果表明分子的最低空轨道能量和偶极矩是影响其Ullmann反应活性的两个主要因素,并且最低空轨道能量越低,分子偶极矩越大,反应活性越高。     

4种类胡萝卜素抗氧化性质的量化计算

类胡萝卜素分子结构中含有一个共轭大π键,可能是这种特殊的结构使它容易与自由基起反应,形成无害的产物,或通过破坏自由基链反应,将自由基清除。运用密度泛函理论方法(density functional theory,DFT)在B3LYP/6-31(d)水平上对虾青素、β-胡萝卜素、玉米黄素和叶黄素四种类胡萝卜素分子进行了优化计算,之后在B3LYP/6-311(d)水平上进行了单点能(single pointenergy,SPE)计算。文章从分子的几何结构、总能量、原子的NBO电荷值、以及前线轨道结构方面详细讨论了它们性质。研究表明,分子的共轭效应使C-C单双键的键长均匀化,同时降低了分子的能量,最高占据轨道与最低空轨道能级间隔ΔE(LUMO-HOMO)变小,光谱移至可见区,从而显出多种颜色。从原子的NBO电荷值,前线轨道ΔE方面分析可见,抗氧化活性理论上虾青素>玉米黄素≈β-胡萝卜素>叶黄素。玉米黄素和叶黄素结构中的羟基的亲水性会增强其与水溶性或脂溶性氧化物反应,导致其清除体内自由基的能力大于β-胡萝卜素。     

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。     

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。     

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。     

镍(Ⅱ)配合物[Ni(Hpydc)_2]·3(H_2O)的合成结构和量子化学研究

氯化镍与吡啶-2,6-二甲酸(H_2pydc)反应,合成六配位镍配合物[Ni(Hpydc)_2]·3(H_2O),经元素分析、IR和X-射线衍射表征分子结构,该化合物晶体学参数:单斜晶系,空间群P2(1)/n,晶体学数据:a=1.36774(14)nm,b=1.00348(10)nm,c=1.375 87(14)nm,β=115.135 0(10)°,V=1.7096(3)nm~3,Z=4,Dc=1.729 g/cm~3,μ,(MoKα)=1.202 cm~(-1),F(000)=912,R_1=0.0362,wR_2=0.093 3[对I>2σ(I)的衍射]和R_1=0.0510,wR_2=0.1004(对所有的衍射)。共收集9064个数据,其中独立衍射点3018个,可观察衍射[I>2σ(I)]点2293个用于结构精修。配合物的Ni(Ⅱ)原子关于配基原子形成变形八面体。利用量子化学G98W软件,在Lan12dz基组对配合物的稳定性、前沿分子轨道组成及能量进行研究。     

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。     

茂金属配合物[(Me5Si2C5H4)MoBz(CO)3]的振动光谱、电子结构及化学键研究

运用G98W程序，采用Lanl2dz基组，对茂金属配合物[（Me5Si2C5H4）MoBz（CO）3]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较稳定的，作为结构单元而存在。对标题配合物的振动基频进行了与实测红外光谱对比，归属了它们的振动频率，讨论了它们的特征基频，并对理论计算的振动频率进行了标度校正。     

Theoretical investigation on carbon-centered tri-s-tetrazine and its 10 derivatives

A novel species, carbon-centered tri-s-tetrazine (C(4)N(9)H(3)), and its 10 derivatives (C(4)N(9)R(3), where R=OH, F, CN, N(3), NH(2), NO(2), N=NH, N(2)H(3), C triple bond CH, and CH=CH(2)) have been studied computationally. Density functional theory (DFT) has been used to study the geometries, electronic structure, harmonic vibrational frequencies, ionization energies of the 11 compounds at the restricted (for neutrals) and the unrestricted (for cations) B3LYP/cc-pVDZ level of theory. Atoms in molecule (AIM) and natural bond orbital (NBO) analyses have been used to obtain the bonding properties. Valence bond (VB) theory is applied to explain the unusual pyramidal structure around the carbon-center and electron arrangements of orbitals. We found: (1) All the species possess novel bonding features and geometrical structures. The atoms on the periphery of each species are sp(2) hybridized. Each of these atoms offers an orbital to form an extensive conjugation system (12)pi(15) (a pi system consisting of 12 centers and 15 electrons). The central carbon atom C13 is sp(3) hybridized, which makes the non-planar molecule shape like a straw-hat. Atom C13 also participates in the conjugated pi system with its sp(3) hybridized orbital, thus forming an extensive (13)pi(16) conjugate pi system covering the whole C(4)N(9) framework. (2) The change of charge on C13 is the largest among all the atoms when the species is ionized and the atomic charges are redistributed. In other words, C13 is the attack center for electrophilic agents. Thus, the species is carbanion-like. (3) All the species have low ionization energies (IEs). The electron ionized mainly comes from C13. They may have wide applications in organic chemistry, in organometallic chemistry and in alkyl lithium chemistry once they are synthesized.     

甲酰基硫脲类嘧啶衍生物结构与活性的理论研究

硫脲类化合物是一类具有广泛抗菌和杀菌活性的物质。为了揭示此类化合物结构与活性之间的关系，为新型杀菌剂的制备和筛选提供理论依据，本文运用Gaussian03程序，在6—311G基组水平上用DFT—B3LYP方法对6种甲酰基硫脲嘧啶衍生物进行研究，对6种化合物的几何构型进行了优化，得到了键长、键角、二面角、原子净电荷等优化几何参数以及分子轨道能量参数。根据优化结果分析了6种化合物的结构特点以及结构和活性之间的关系。计算了6种化合物的红外光谱性质，并且将红外光谱的计算数据和实验数据做了比较。对化合物进行结构分析和红外光谱分析的结果表明：（1）嘧啶环与C（1）-N（7）键形成的共轭基团以及N（9）上的负电荷越多，化合物的活性越高；（2）计算结果与实验结果相吻合，很好地反映了甲酰基硫脲类嘧啶衍生物化合物结构-活性关系。证明DFT-B3LYP／6—311G是一种很好的研究此类化合物结构-活性关系的量子化学方法；（3）本研究为新型酰基硫脲类杀菌剂的开发研究提供了理论依据和研究方法。     

Matrix variational method

A general formalism is described for the matrix variational method, applicable to multichannel electron scattering by a many-electron atom, for energies below the first ionization threshold. Physical interpretation of the method and its relationship to others (close-coupling and polarized orbital methods) are discussed. Recent computations by this method of elastic and inelastic electron scattering are reviewed.