模拟3种有机膦系阻垢剂与方解石(104)面的相互作用

通过pH曲线实验研究了乙二胺四亚甲基膦酸(EDTMP),己二胺四亚甲基膦酸(HDTMP)和二乙烯三胺五亚甲基膦酸(DTPMP)对碳酸钙垢的阻垢性能,在相同的加药浓度下阻垢性能强弱顺序为:DTPMPEDTMPHDTPM。同时采用周期性边界条件下的分子动力学方法,模拟研究了在水分子存在条件下各阻垢剂与方解石(104)面的相互作用,得到了相应的结合能和原子间距离等参数。结果表明:阻垢分子膦酸基团中的双键氧与碳酸钙中的Ca~(2+)形成的强静电相互作用力对吸附起了主导作用,同时膦酸基团中的氢与晶面中的氧形成了氢键,加强了吸附效果。综合考虑各分子在晶面(104)上的吸附效果,其结果与实验相符合;从分子中膦酸基团作用个数也可看出,HDTMP只有一个膦酸基团靠近晶面,因此作用力也是最弱的。     

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。     

有机膦酸溶解铁垢的理论研究

此文探讨了在铁垢的化学清洗过程中,HEDP、HPAA、PBTCA、ATMP、EDTMP、BHMTPMPA这几种常见的有机膦酸,只有HEDP和HPAA能够溶解铁垢,并且HEDP的溶解能力比HPAA更强,这一现象尚无理论解释。本研究工作运用Gaussian09程序,采用了密度泛函的B3LYP方法,对Fe原子采用赝势基组LANL2DZ,对其它原子采用6-31+g(d)基组。通过分子结构理论计算和分析,HEDP、HPAA具有与其它有机膦酸不同的特殊结构,HEDP的中心C原子上相连的2个膦酸基团和羟基共同参与配位,2个HEDP分子和Fe~(3+)形成六配位八面体结构的螯合物,这是其能溶解铁垢的原因。HPAA与Fe~(3+)形成的螯合物结构类似于HEDP。另外从螯合物的分子结构、NBO电荷分布和前线分子轨道等角度分析了HEDP比HPAA溶解铁垢能力更强的原因,为进一步的化学清洗分子设计奠定了基础。     

几种新型双吡唑衍生物缓蚀性能的理论研究

通过量子化学计算中的密度泛函理论(DFT)/B3LYP方法在6-311+G(d,p)水平上对3种新型双毗唑衍生物5,5'-二甲基-4-乙酯基-1'氢-1,3'-二吡唑(Bipl)、1,1',5,5'一四甲基-1氢,1'氢-3,3'-二吡唑(Bip2)和3-(溴甲基)-5,5'-二甲基-1'氢-1,3'-二吡唑(Bip3)的缓释性能与结构关系进行了研究。用Fukui指数分析了分子中反应活性位点。结果表明全局活性参数最高占据轨道能量(E_(HOMO))、偶极矩(μ)、电负性(X)及电子转移数(△N)与缓释性能有良好的关系。缓蚀性能的理论评价结论与实验结果相吻合。     

胞嘧啶-巴比妥酸分子间相互作用的密度泛函理论研究

用密度泛函理论研究了胞嘧啶(Cyt)-巴比妥酸(BA)分子间相互作用,以期从理论上预测巴比妥酸类物质对核酸可能产生的影响.在B3LYP/6-311G* *理论水平上优化复合物构型,得到5个Cyt-BA1,8个Cyt-BA2和9个Cyt-BA3稳定复合物,经基组重叠误差和零点振动能校正后,发现在3个系列中最稳定的复合物分别是Cyt-BA1-Ⅳ,Cyt-BA2-Ⅲ和Cyt-BA3-ⅤⅢ,其结合能各自为53.98,96.48和92.50 kJ/mol,相互作用能主要由氢键贡献.cyt与BA2-Ⅲ、BA3-Ⅸ以三氢键,其余均以二氢键形成复合物,其稳定性与氢键强度关系非常密切.分析自然键轨道而揭示相互作用的本质.用统计热力学求出常温下从单体形成复合物的热力学性质的变化,发现除Cyt-BA3-Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ外,Cyt与BA均可在常温下形成复合物.     

SAW-SXFA传感器检测有机膦化合物的研究

以六氟异丙醇基聚硅氧烷(SXFA)为检测有机膦化合物的敏感膜材料制备出了SAW-SXFA传感器,对传感器检测甲基磷酸二甲酯(DMMP)的稳定性进行了介绍;通过在不同温度下传感器对DMMP的检测,探讨了环境温度因素对检测产生的影响,并对SAW-SXFA的主要检测性能进行了测试.     

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。     

分子筛合成过程中三聚铝硅酸盐生成机理的DFT研究

采用密度泛函理论研究了在分子筛合成的碱性环境中铝硅酸盐三聚体的生成机理.在B3LYP/6-31 G(d,p)计算水平上对反应物、过渡态和产物分别进行了几何结构的全优化和频率计算,通过内禀反应坐标的方法验证了反应路径,并计算了反应的活化能.采用COSMO-RS模型考虑了溶剂效应.结果表明,二聚硅酸分子SiOSi(OH)6和单体铝酸根离子Al(OH)**的缩聚反应可以按照协同方式进行,SiO-Al桥键的形成与水分子的脱除同时发生,最终生成铝硅酸盐的三聚体.计算得到的缩聚反应活化能为80.1 kJ/mol.     

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...     

1-羟基乙叉-1,1-二膦酸抑制方解石螺旋生长的分子模拟研究

为研究阻垢剂的阻垢机理,我们利用HyperChem分子模拟软件,对1-羟基乙叉-1,1-二膦酸(1-hydroxy ethylidene-1．1- diphosphonic acid)HEDP抑制方解石的螺旋生长,进行了计算机分子模拟。首先,根据方解石晶体生长形貌,通过分子模拟软件生成有螺旋位错的方解石{104}面,同时基于半经验分子轨道理论,对离解后的HEDP结构优化以获得其部分电荷分布。进而用分子力学计算HEDP在{104}面螺旋位错扭折点的吸附能,及该处吸附HEDP后,Ca2 和CO32-分别沿法线向它趋近时吸附能的变化。得到结果是,在趋近扭折点过程中,HEDP与{104}面的吸附作用越来越强烈。之后,在Ca2 、CO32-趋近螺旋位错台阶时都遇到很高的势垒。计算结果表明,HEDP牢牢吸附在扭折点上,并且吸附后的HEDP阻碍了Ca2 、CO32-的沉积, 从而抑制在扭折点周围碳酸钙分子的快速生长。     

吡咯两类加聚物的密度泛函计算及结构与热化学性质关系

采用B3LYP/6-31G~*方法对吡咯分子的两类加聚物体系(C_4H_4N)_n(n=1～4)进行了全优化计算,频率分析可知构型皆为稳定构型,在优化构型上计算了这两种加聚物总能量(E_T),零点能(ZPE),热容(C_p~0)和熵(S°),分析了两类加聚物的几何结构和成键特征,通过线性拟合得到了吡咯加聚物的热力学性质与聚合度n的关系,并计算了两类加聚物的反应焓变。计算表明吡咯加聚物具有稳定的链式构象,其中交错式加聚物具有更稳定的结构,吡咯加聚反应主要为交错加聚过程,可为同类化合物结构与性能关系的研究以及加成聚合反应机理研究提供方法和理论依据。     

苊烯与羰基铬相互作用的密度泛函研究

用密度泛函理论自由优化(ηx-C12H8)Cr(CO)n(x=1-6;n=1-3)复合物体系的可能构型,在B3LYP/LANL2DZ 基组水平上计算相互作用能,探索不同羰基数对复合物稳定性、苊烯和羰基铬相互作用的影响,并 NBO 分析苊烯和羰基铬相互作用.结论(1)苊烯以η6 与 Cr(CO)n 配位形成的复合物比较稳定,但η6 配位复合物 CO 的个数越多,则越不稳定;(2)复合物 1 和 4 的相互作用主要表现为配位苯环 C-C 键的π电子转移到 Cr-CO 键的σ反键轨道;(η6-C12H8)Cr(CO)2(2)和(η6-C12H8)Cr(CO)(3)复合物相互作用除配位苯环 C-C键的π电子转移到 Cr-CO键的σ反键轨道外,还有配位苯环 C-C 键的σ电子转移到金属 Cr 的孤对电子反键轨道;(η2-C12H8)Cr(CO)2(5)中相互作用主要表现为配位苯环 C-C 键的π电子转移到金属 Cr 的孤对电子反键轨道.     

Cr(CO)_n(n=1-5)与C_6 H_6相互作用的密度泛函研究

用密度泛函理论在B3LYP/LANL2DZ基组水平上对(η~x-C_6H_6)Cr(CO)_n(x=1-6;n=1-5)复合物体系的可能构型进行了自由优化及相互作用能的计算,研究了不同羰基数对复合物稳定性、苯和羰基铬相互作用的影响,并对苯和羰基铬相互作用进行了NBO分析。得到以下结论:(1)当n≤3时,苯与Cr(CO)_n以η~6配位;当n≥4时,苯与Cr(CO)_n以η~2配位;(2)最稳定复合物中随羰基数的增加Cr-C_(benzene)平均键长增长,最大二面角H-C-C-H偏离碳环的角度随复合物对称性降低而逐渐增大;(3)当n为奇数时,复合物相互作用主要表现为苯C-C键的π轨道和Cr-CO键的σ反键轨道;当n为偶数时,复合物相互作用主要表现为苯C-C键的π轨道或π~*轨道与Cr的孤对电子轨道;(4)复合物羰基数越多,最稳定复合物的相互作用能数值越大,稳定性越小。     

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。     

苯与羰基钼相互作用的密度泛函研究

用密度泛函理论在B3LYP/LANL2DZ基组水平上自由优化(η~x-C_6H_6)Mo(CO)_n(x=1-6;n=1-5)复合物体系的可能构型及计算相互作用能,探索不同羰基数对复合物稳定性、苯和羰基钼相互作用的影响,并分析苯和羰基钼相互作用的NBO。结论(1)苯以η~6与Mo(CO)_n(n=1-3)配位形成的复合物比较稳定,但η~6配位复合物CO的个数越多,则越不稳定;(2)复合物1、2、3和10中,Mo(CO)_n与苯的相互作用拉动电荷由苯的π键电子向Mo(CO)_n的σ_(Mo-CO)~*键转移,而在复合物7中,苯的π键电子向Mo(CO)_n中Mo的孤对电子轨道d转移。     

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。     

煤基富勒烯电子性质和非线性光学性质的密度泛函理论研究

使用基于密度泛函理论的量子化学计算方法对煤基富勒烯进行了研究。重点关注由氮和硅掺杂C₆₀形成的杂化富勒烯结构。计算了这些杂化富勒烯的几何结构、稳定性、电子结构、介电常数和非线性光学性质并与未掺杂富勒烯相比较。研究发现,氮掺杂富勒烯失电子能力增强而硅掺杂富勒烯得电子能力增强。此外,根据计算结果可知掺杂可使富勒烯介电常数增大。对煤基富勒烯的非线性光学性质进行了探讨,发现氮掺杂富勒烯和硅掺杂富勒烯均具有比未掺杂富勒烯明显大的三阶非线性光学系数。     

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.