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.     

从头计算研究水溶液中有机化合物的pKa值

运用量子化学方法计算水溶液中一些含氮小分子化合物和醇、酚、羧酸的pKa值。采取从头计算的Hartree-Fock法和6- 31G(d,p)基组,以及aug-cc-pVDZ基组,密度泛函理论的B3LYP法6-31G(d,p)基组,分别优化分子和离子的气相几何结构,采用极化连续介质模型模拟溶质和溶剂分子间的相互作用,不同方法和基组计算结果差别不大,18个化合物的均方根误差均为1．03,预测值与实验值的相关系数均为0．98,一致性较好。证明HF／6-31G(d,p)法和模型计算或预测含有相同官能团的小分子的pKa数值很合理,能够为研究药物分子体系的构效关系提供精确的pKa参数。     

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。     

白芷香豆素分子电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在B3LYP/6-31+G**水平上对白芷中的5种香豆素类化合物分子几何构型进行全优化:用含时密度泛函理论在相同水平对上述化合物分子进行电子吸收光谱研究.为模拟真实条件,采用PCM模型,以甲醇为溶剂,计算其对分子电子结构和光谱性质的影响.计算结果表明:标题化合物分子母环发生共轭形成大π键,为刚性...     

四种抗非小细胞肺癌药的谱学性质及其概念密度泛函分析

吉非替尼、厄洛替尼、埃克替尼和阿法替尼是四个相继被批准上市的用于治疗非小细胞肺癌(NSCLC)的表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂(EGFR-TKIs)。本工作采用B3LYP/6-311++G~(**)水平对上述四种EGFR-TKIs进行结构优化,并计算了它们的红外、核磁共振谱和紫外-可见光谱,分析比较出几何结构的差异对谱学性质的影响。此外,通过概念密度泛函理论(CDFT)探讨分析四种化合物的化学性质。研究结果表明,喹唑啉环侧链的不同主要影响碳原子的化学位移值;第二代EGFR-TKIs阿法替尼与第一代相比,具有共轭结构多、电负性高和亲电指数大的特点。     

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。     

用密度泛函理论预测聚合物极限特征比参数C∞

基于密度泛函理论(DFT)的结构与性能定量关系模型首次对聚合物柔性参数极限特征比C∞进行了预测.采用逐步线性回归方法得到的量子化学参数(分子平均极化率α,四极矩Qii及偶极矩μ)用来建立极限特征比C∞的定量关系模型,这些参数在B3LYP/6-31G(d)水平上对聚合物的单体开展密度泛函理论(DFT)计算得到.最佳线性模犁的训练集与测试集的相关系数分别是0.930、0.948.研究结果表明本文所得模型能够对烯烃类聚合物极限特征比C∞参数进行精确、可靠地预测.     

线型聚(N-杂环化)硅烷体系的电子结构与光谱性质的比较研究

用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对线型(N-杂环化)硅烷低聚体系与简单聚硅烷的电子结构和吸收光谱性质进行了比较研究。对各体系的基态分子结构在B3LYP/6-31G**水平上进行了全优化,讨论了电荷分布和前线分子轨道性质。在获得基态稳定构型的基础上,应用含时密度泛函理论计算了电子吸收光谱的性质。计算结果显示,当主链硅原子被氮杂环环化后,由于空间位阻作用使相邻硅硅键明显伸长,使主链结构变得松散。但同时改善了分子主链的电子离域范围,增强了分子结构的可塑性。随着氮杂环数目的增加,低聚硅烷的电子吸收光谱发生明显的红移。氮杂环的引入对聚硅烷的最大吸收光谱带影响非常大。     

硅苯与腈氧化物1,3-偶极环加成反应的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法在B3LYP/6-311G(d,p)水平研究了硅苯与腈氧化物的1,3-偶极环加成反应的微观机理、势能剖面,考察取代基和四氢呋喃溶剂对反应势能剖面的影响。计算结果表明,所研究反应均以协同但非同步的方式进行,且总是Si-O键先于C-C键形成。硅苯分子中Si原子上的给电子和吸电子取代基均有利于反应的进行,而腈氧化物碳原子上的2,4,6-三甲基苯基取代基在热力学上对反应非常不利。四氢呋喃溶剂对所研究反应的势能剖面影响不大。     

基于苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩的低带隙聚合物的理论研究

采用密度泛函理论,在B3LYP/6-31G(d)水平下,对基于苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(BDT)为电子供体,thieno[3,4-b]pyrazine(TP),thieno[3,4-b]thiadiazole(TD),dithieno[3,4-b:3',4'-e]pyrazine(DTP)和[1,2,5]thiadiazolo[3,4-e]thieno[3,4-b]pyrazine(TTP)为电子受体的低聚物和聚合物进行了理论计算。为了了解其导电性质,文中不仅计算了二面角、分子内的电荷传输、中心键键长和中心键电荷密度,还分析了核独立化学位移。结果显示:随着聚合链增长,共轭程度不断增加。NICSs值显示:中心环比边环的共轭程度更大。聚合物的能带结构表明:(DTPBDT)_n和(TTPBDT)_n拥有非常低的带隙(分别为0.53和0.40 eV)且拥有比较宽的带宽,因此可以做为潜在的导电材料。     

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.     

酸、碱性条件下茜素红紫外-可见光谱的量子化学研究

茜素红(ARS)是葸醌类化合物中茜草素型的一种,被广泛应用于电化学、光谱学等领域的研究。在酸性溶液中,茜素红主要在260 nm和422 nm处出现明显的吸收峰,而在碱性溶液中吸收峰移动到272 nm和556 nm。为了分析不同溶液环境对茜素红吸收峰波长的影响,本研究在杂化密度泛函方法B3LYP/6-311+(d)水平上优化了ARS分子在酸、碱性情况时的稳定基态构型,并采用含时密度泛函(time-dependent density functional theory,TD-DFT)方法模拟了ARS分子的电子吸收光谱。计算结果与实验得到的紫外可见吸收光谱相吻合,说明密度泛函理论用来研究茜素红的紫外可见光谱是有效可靠的。通过计算还确定了每个吸收峰对应的各个电子跃迁的贡献率以及Mulliken电荷分布。该理论与实验的结合研究为茜草素型化合物的进一步应用、分子设计、药物构效关系和化学反应规律的研究提供了重要的参考依据。     

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。     

D-σ-A型分子整流器的理论研究

采用DFT的方法分别对一系列有望成为分子整流器的共轭分子的几何及电子结构进行了理论计算。通过B3LYP／6—31G＊＊算法确定了电子供体（Donor）和受体（Acceptor）分子。为使单分子整流器可在较大偏压下使用,尝试了不同的键桥结构。计算结果表明,分别作为供体和受体分子的硝基苯、苯胺之间具有最大的LUMO能级差。D-σ-A型分子中,电子最低未占据轨道（LUMO）局限在分子的受体片段上,而电子最高占据轨道（HOMO）局限在供体片段上。受体和供体片段之间的键桥结构为-CH2CH2CH2CH2-时,分子的势能差最大,为2．47eV。     

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。     

N2O与HX(X=F,Cl,Br)分子间作用的电子密度拓扑研究

运用量子化学微扰理论MP2方法和密度泛函B3LYP方法,采用6-311++G(d,p)基组,对N_2O分子与HX(X=F,Cl,Br)分子形成的氢键复合物进行构型优化和能量计算。利用电子密度拓扑分析方法对氢键复合物的拓扑性质进行了分析,探讨了分子间氢键作用的本质。研究结果表明,N_2O分子与HX(X=F,Cl,Br)分子间可形成O…H-X和N…H-X 2类氢键;形成氢键后,作为电子受体的HX(X=F,Cl,Br)分子中的H-X键键长增加振动频率减小;氢键作用能按照NNO…HF、NNO…HCl、NNO…HBr和ONN…HF、ONN…HCl、ONN…HBr的顺序递减;氢键形成过程中存在从电子给体到电子受体的电荷转移。复合物体系中的氢键作用介于共价键和离子键之间,并且以静电作用为主。     

1-硅萘和2-硅萘与腈氧化物1,3偶极环加成反应理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法在B3LYP/6-311G(d,p)水平研究了1-硅萘和2-硅萘与腈氧化物的1,3偶极环加成反应的微观机理、势能剖面及取代基对反应势能剖面的影响。计算结果表明,所研究反应均以协同但非同步的方式进行,且总是Si-O键先于C-C键形成。1-硅萘和2-硅萘分子中Si原子上的给电子和吸电子取代基均有利于反应的进行。1-硅萘和2-硅萘具有相似的反应性,且二者的反应性均高于硅苯。     

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.     

直链酸与水相互作用的理论研究

采用量子化学方法中的密度泛函理论B3LYP方法,在B3LYP/6-311++G(d,p)基组水平上,对直链酸(甲酸至庚酸)与单分子水形成的体系进行结构优化和频率计算,从分子水平上研究了体系的相关的结构参数、电荷分布以及结合能,运用AIM理论分析了体系的电了密度拓扑。结果表明:直链酸与水形成两个氢键,其中羧基中氢原子作为质子供体的氢键1的键能强于水的氢作为质子供体的氢键2的键能。氢键1对体系的结合能影响起主导作用。稳定构型为六元环构型。直链酸与水结合能不随碳链增长呈明显变化,在(38.7-39.7)kJ/mol之间。     

基于量子化学方法发现新型酪氨酸激酶抑制剂

采用量子化学中的密度泛函理论方法,在B3LYP/6-31++G水平下,系统计算了11种亚苄丙二腈类衍生物的量子化学参数,并通过回归分析方法,构建了二维定量构效模型,分析了影响活性抑制的主要因素,并建立了亚苄丙二腈衍生物与抑制酪氨酸激酶活性之间的定量构效关系方程,研究结果表明:该类化合物分子的分子总能量ET与疏水性参数log P对抑制活性的影响最大,且疏水性能越强,分子的活性抑制能力越高。在此基础上,使用留一法交叉验证了模型的预测能力,结果表明,模型的回归系数和留一法交叉验证系数分别为0.796和0.7291,表明模型具有较好的预测能力,可以用于预测此类化合物的活性。基于结构相似性,设计了4种新型的亚苄丙二腈类衍生物分子,在相同水平下计算其量子化学参数,并预测其活性,结果表明这些新型新型酪氨酸激酶抑制剂均具有较好的活性,研究结果为进一步设计性能更好的酪氨酸激酶抑制剂提供了理论参考。