盐酸克伦特罗的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-31g(d)基组水平上对盐酸克伦特罗分子的结构特点和红外光谱进行了研究。研究发现,按照形成光谱的分子振动模式的不同,可将盐酸克伦特罗分子的红外振动光谱划分为(0~400)cm~(-1)、(400~1240)cm~(-1)、(1240~2300)cm~(-1)和(2300~4000)cm~(-1)四个区域,与其它区域中谱线的强度相比,(1240~2300)cm~(-1)区域的谱峰较强。此外,光谱中出现的谱线的数量要远小于简正振动的数目,分析认为这主要是由部分振动模式没有引起分子偶极矩的变化和存在简并现象等原因造成的。最后还对谱峰位置进行了指认。     

密度泛函微扰理论中响应密度矩阵的迭代求解算法研究

针对密度泛函微扰理论中响应密度矩阵的计算问题,提出了一种全新的Sternheimer方程的并行求解方法,即通过共轭梯度算法和矩阵直接分解算法对Sternheimer方程进行求解,并且在第一性原理的分子模拟软件FHI-aims中实现了这两种算法。实验结果表明采用共轭梯度算法和矩阵直接分解算法的计算结果精度较高,相比传统方法的计算结果误差较小,且具有可扩展性,验证了新的Sternheimer方程中线性方程求解的正确性和有效性。     

甲基定位效应的密度泛函理论研究

以苯、甲苯及甲苯氯化反应所形成的σ络合物(中间体)为研究对象,运用密度泛函理论的B3LYP法,在6-311GDK21**水平上优化计算,并寻找σ络合物相互转化的过渡态.算出苯和甲苯的电荷分布、σ络合物的能量与电荷分布,以及σ络合物之间相互转化的过渡态的结构参数和能量.从电荷密度、σ络合物的稳定性及其相互转化机理3个方面,解释甲基的邻、对位的定位效应.为进一步研究取代基的定位效应,提供一些理论依据.     

苍术酮氧化机理的密度泛函研究

在298.15 K和101.325 kPa条件下,根据密度泛函理论,使用Gaussian03程序,在B3LYP/6-31G水平上,以实验上所检测到的白术内酯Ⅰ、表白术内酯Ⅰ、白术内酯Ⅱ、白术内酯Ⅲ和双白术内酯为设计反应路径的出发点,详细研究苍术酮氧化反应的机理.在拟定反应机理的基础上,获得了14个稳定构型和13个过渡态,优化构型表明五元环为白术的官能团,五元环经历了开环,闭环的过程--从平面结构到扭曲再到平面结构,证明苍术酮在氧化过程中有2条反应通道:通道1生成白术内酯Ⅰ,通道2生成表白术内酯Ⅰ.并计算了各反应路径的热力学和动力学参数,结果说明苍术酮与水的加成反应,是整个反应过程的速度控制步骤,活化能分别为223.25 kJ/mol和216.75 kJ/mol,且前者为吸热过程,后者为放热过程.计算结果确认了实验上已检测的物质,并从理论上预测了可能存在的氧化物质.苍术酮的氧化机理对研究白术的炮制及提纯具有重要意义.     

用密度泛函理论研究三价铁掺杂锐钛矿二氧化钛

采用密度泛函理论(DFT)的全势PLAPW方法,通过构造超晶胞模型,按GGA-PW91水平计算,研究Fe(Ⅲ)掺杂锐钛矿TiO_2的电子态密度、化学键性质。结果表明,Fe(Ⅲ)掺杂TiO_2后,Ti-O键长及重叠布居数发生了变化;在费米能级附近,Fe (Ⅲ)周围的O2p轨道发生分裂,并与Fe(Ⅲ)的3d轨道有较明显的重叠,导致Fe(Ⅲ)/TiO_2晶体禁带变窄。     

CO在贵金属Pt(111)表面吸附的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论研究CO在Pt(111)表面的吸附位和活化机理。研究采用三维周期结构取代以往的团簇模型,消除金属表面结构选择对计算结果的影响。结果表明,CO在不同的表面活性位吸附后C-O键有不同程度的增长,即C-O键均不同程度地削弱,从而活化CO分子。经比较吸附能、化学键参数和CO重叠布居数,发现在顶位、桥位、hcp空穴位和fcc空穴位4个吸附位中,fcc空穴位是CO的最佳活性位。通过考察原子轨道电子变化,分析CO在Pt(111)表面的吸附活化机理,得到了CO分子在Pt(111)表面吸附的σ／π键作用机理。     

卟吩内氢迁移反应机理的密度泛函研究

将密度泛函理论应用于卟吩内氢迁移反应机理的理论研究,计算反式卟吩trans-PH2和顺式卟吩cis-PH2的结构参数、总能量、电子密度和振动频率等参数。计算发现trans-PH2比cis-PH2的能量低29．13 kJ／mol(接近实验数据25．0 kJ／mol)。振动分析表明中间态TS-PH2只有一个虚频,而中间态SS-PH2有两个虚频,可以判定TS-PH2是分步反应机理的过渡态,而且同步反应历程比分步反应历程需要更大的活化能,因此可得出卟吩内氢迁移反应采用分步反应历程的结论。此研究表明,密度泛函理论的计算结果与实验数据能够较好地相吻合,能直观地表述卟吩内氢迁移反应的机理,从理论上解释了该反应采用分步反应机理。     

脂肪族聚酰胺振动光谱的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论DFT-B3LYP方法,在6-31G基组水平上对3种脂肪族聚酰胺尼龙2(PA2),尼龙4(PA4)和尼龙6 (PA6)的低聚物OA2,OA4和OA6构型进行优化,得到基态稳定构型;在优化构型基础上计算了分子振动谐性力场,并对理论谐性力场进行了简正坐标分析,得到了低聚物红外光谱及拉曼光谱,用标度因子0.96对计算频率校正。对照实验值,根据振动模式对其特征峰进行了指认。并讨论了由不同长度亚甲基链组成的聚酰胺对振动光谱的影响。     

卟吩结构的HARTREE-FORCK和密度泛函研究比较

采用传统的Hartree-Fock(HF)从头算和密度泛函中的B3LYP和B3PW91方法,选择了不同基组水平(STO-3G,3-21G和6-31G~*)对卟吩结构进行了全几何优化,并对得到的结果相互进行了比较,同时与实验数据进行了对照。结果表明,对于H_2P以及具有类似结构的卟啉衍生物,传统的HF方法得到的几何构型以及相关性质(核磁共振谱,NMR)并不可靠。这种体系中电子相关能是不可忽略的。在B3LYP水平上选用较小的基组3-21G得到的结果与中等基组6-31G~*差别不大,但是最小基组STO-3G得到的优化构型却是一个鞍点结构。     

Au催化水煤气变换反应的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论(DFT)对Au催化水煤气变换反应的3种可能机理(氧化还原机理、羧基机理、甲酸根机理)进行比较。通过对各个基元反应的反应物、反应中间体、过渡态和产物的研究表明:水煤气变换反应在Au(111)面有3种可能机理,并且每种机理各有2种反应途径.对氧化还原机理来说,反应易按照2个OH的歧化反应进行:对羧基机理来说,反应易按照COOH和OH发生歧化反应进行;对甲酸根机理来说,反应易按照HCOO和OH反应进行。纵观整个反应历程,从活化能比较可知,按甲酸根机理进行的可能性最小,按照羧基机理反应的可能性最大。     

密度泛函方法研究辣椒碱分子的结构和性质

辣椒碱(Capsaicin)在医药、农业和反恐装备方面具有广泛的应用前景.本文用密度泛函理论DFT/B3LYP方法,在6-31+G(d,p)基组水平上对其进行了计算.密度泛函理论方法既考虑了电子相关,又较其他组态相互作用或微扰方法节省机时,其计算结果可靠,被广泛应用于研究各类化合物结构性质.本文获得了辣椒碱分子稳定的几何构象和电荷分布,确定O(12)、N(16)、O(19)、C(37)和C(38)原子,可以作为氢键受体;C(18)与O(19)原子形成一对偶极,它们均是关键药效团的活性部位.通过进行分子轨道特征分析,确定苯环区是参加化学反应时的活性部位.进行的自然键轨道分析结果与分子轨道特征分析结论一致.在振动分析的基础上获得分子的振动频率、IR光谱与实验结论一致;在振动分析的基础上,同时获得不同温度下的热力学性质以及温度对热力学性能影响的关系式,其中,当T＞2 542 K时,热容Cp,mθ会随温度的升高而减小,各表达式和热力学量对深入研究辣椒碱分子的其它热力学性质有帮助.探讨了辣椒碱热分解机理,获得该分子热分解时C-N键的断裂能为306.6 kJ·mol-1.本文为研究辣椒碱类化合物的定量构效关系研究提供理论依据.     

乙炔基双二茂铁丙烷衍生物的密度泛函理论研究

为揭示取代基对金属有机化合物乙炔基双二茂铁丙烷电子结构的影响,采用密度泛函理论方法模拟计算了乙炔基双二茂铁丙烷及其2个衍生物苯炔基双二茂铁丙烷及二茂铁炔基双二茂铁丙烷的电子结构、前线轨道、电离能(IP)以及电子亲和势(EA),并讨论了取代基对化合物能级和能隙的影响。计算结果表明,电子在基态与激发态间的跃迁,主要是发生在双二茂铁丙烷和乙炔基苯或乙炔基二茂铁之间。取代基为苯基时化合物最高占据轨道(HOMO)能级降低量小于最低空轨道(LUMO)能级降低量,因此二者之间的能隙总体降低。取代基为二茂铁基时化合物HOMO能级增加,LUMO能级降低,从而使HOMO-LUMO能隙降低。结合化合物6-苯炔基双二茂铁丙烷电子亲和势最大以及化合物6-二茂铁炔基双二茂铁丙烷电离能最小,可见苯基取代使炔基双二茂铁丙烷类化合物电子传输能力增强,而二茂铁基取代则可以使该类化合物的空穴传输能力增强,这使炔基双二茂铁丙烷类化合物在功能导电材料方面具有较好的应用前景。     

吡嗪类硝基衍生物结构与爆轰性能的DFT研究

采用B3LYP/6-311++G**方法对26种硝基吡嗪类衍生物体系进行了全优化,几何优化结果表明所有优化后的化合物结构均无虚频,为势能面上的稳定结构;采用Monte-Carlo方法理论估算了26种化合物的密度,随着硝基数目的增加,密度增加;并设计等键等电子反应计算了其生成焓及其热力学性质,硝基数目逐渐增加时,Cp、S...     

亚硝酰氢与羟基自由基反应的密度泛函理论研究

用密度泛函理论研究了HNO OH反应机理。在(U)B3LYP/aug-cc-pVTZ水平上,优化了反应通道上各驻点(反应物、中间体、过渡态和产物)的几何构型,获得了零点能校正后的反应势能曲线。研究表明:根据进攻方式的不同,有3个反应通道,反应通道不同则产物不同。反应的主要产物是NO H_2O,次要产物是NH_2 O_2;主要产物和次要产物与反应物的总能量之差(经零点能校正后)分别为-133.42 kJ/mol和150.44 kJ/mol。生成主要产物时主要反应通道的活化能为102.11 kJ/mol。     

萘类衍生物荧光发射光谱的密度泛函理论研究

运用密度泛函（DFT）及含时密度泛函（TDDFT）方法对萘类衍生物的荧光发射光谱进行了探讨，发现荧光发射波数υ↑-emit与分子基态能隙△ε以及单电子第一激发能△E成线性关系，运用所得回归方程的预测结果与实验结果符合得较好。对训练样本以外的6种分子的预测结果表明，该回归模型可以用于对萘类衍生物的荧光发射波数υ↑-emit进行预测。     

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.     

2-氨基-3H-吩噁嗪-3-酮的溶剂热法合成、晶体结构及密度泛函理论研究

采用溶剂热法合成了2-氨基-3H-吩噁嗪-3-酮,并通过红外光谱、元素分析、x射线单晶衍射进行了结构表征。结构解析表明,该晶体属于单斜晶系,P2₁/c空间群,晶胞参数为a=1.29322（10）nm,b=0.50832（4）nm,c=1.47609（11）nm,β=99.323（1）°,V=957.52（13） A³,Z=4,Dc=1.472 Mg/m³,F（000）=440,μ=0.10 mm^-1,Mr=212.20,最终偏差因子（对I>2σ（I）的衍射点）R₁[F²>2σ（F²）]=0.037,wR₂（F²）=0.097（对全部衍射点）,权重方案w^-1=1/[σ²（Fo²）+（0.0402P）²+0.2667P],P=（Fo²+2Fc²）/3。该化合物分子由3个共轭环形成几乎共平面的结构。应用密度泛函理论DFT方法,结合6-31*基组优化了几何构型,通过同一水平的振荡分析和单点能分析得出热力学参数、净电荷分布和原子轨道对分子轨道的贡献。