锗苯与甲醛和二苯甲酮的Diels-Alder反应的计算研究

采用密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311G(d,p)水平对锗苯与甲醛和二苯甲酮的Diels-Alder反应的微观机理、势能剖面、取代基效应及溶剂化效应进行了理论计算。结果,所研究的反应均为协同的基元反应,形成Ge-O键的反应中,形成2个新键较大不同步,其它反应的不同步性相对较小。羰基碳原子上的苯基取代基于反应不利,而锗苯分子中锗原子上的C(CH_3)_3与CCl_3取代基则有利。在热力学和动力学上,有锗参与的反应均远比无锗的反应容易,而形成Ge-O键的反应比形成Ge-C键的反应容易,结果与实验一致。四氢呋喃溶剂对所研究反应的势能剖面影响较小。4个形成Ge-O键的反应在四氢呋喃溶剂中进行时,其活化能垒分别为38.03、89.75、29.92和29.87 kJ·mol~(-1)。     

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。     

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。     

2-锗萘与2,3-二甲基丁二烯杂Diels-Alder反应的研究

采用密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311G(d,p)水平上,研究2-锗萘作为亲二烯体与2,3-二甲基丁二烯的杂Diels-Alder反应的微观机理和势能剖面,考察反应的取代基效应和溶剂效应.计算结果表明,所研究反应均以协同非同步的方式进行,且C-Ge键总是先于C-C键形成.发生在Cl-Ge2位上的反应中,形成2个新键的非同步性比发生在Ge2-C3位上的大,且前者在热力学和动力学上都比后者容易进行,与实验完全一致.exo进攻方式在动力学上都比相应的endo容易,但二者在热力学上的差别一般比较小.锗原子上的CCl3和NH2取代基,一般有利于反应,而C(CH3)3取代基则相反.苯溶剂对所研究反应的势能剖面影响较小.     

HClO对TYR氧化的理论研究

海洋生物黏附引起的生物污损危害极大,其分泌的黏附单元3,4-二羟基苯丙氨酸(多巴,DOPA)具有超强粘性,而DOPA又是由酪氨酸(TYR)氧化而来。导电涂膜电解海水阻断生物黏附是近年来发展的1种新的防污技术,研究电解海水产生的HCLO对贻贝黏附单元DOPA前体酪氨酸(TYR)的修饰机理,可以为探讨HCLO阻断海洋生物黏附技术提供有力的理论依据。采用广义梯度密度泛函理论(GGA)的BLYP方法研究HCLO对TYR修饰的4条主要可行反应路径,经过频率分析这些反应的过渡态构型均只有唯一虚频,所有途径均可阻止酪氨酸(TYR)形成DOPA,降低贻贝的黏附性。计算结果表明反应路径(1)为生成3-氯酪氨酸的主要路径,连续反应(1)(3)是生成3,5-二氯酪氨酸的主要路径。在反应初期,3-氯酪氨酸是主要产物,反应后期,3-氯酪氨酸浓度增加,反应路径(3)同反应路径(1)的竞争性增大,3,5-二氯酪氨酸的浓度明显提高,计算结果也与实验结果吻合。     

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.     

黄酮类化合物PIM-1激酶抑制活性的构效关系研究

为建立黄酮类化合物的PIM-1激酶抑制活性与其物化性质间的QSAR模型,本研究采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-311G**基组上全优化计算17个作为PIM-1激酶抑制剂的黄酮类化合物结构参数,运用SPSS 12.0 for Windows程序,将这些量子化参数作为理论描述符,逐步回归得到预测黄酮类化...     

苏丹红I号的太赫兹光谱研究

采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术测量了苏丹红Ⅰ号在0.5～2.0THz波段的光谱特性,得到了样品在室温氮气环境下的吸收谱和折射率谱,同时利用密度泛函理论计算了该分子在0.5～2.0THz的振动吸收谱.研究发现,苏丹红Ⅰ号在该波段范围存在THz光谱响应,且实验谱和计算谱之间能较好地进行相互印证,说明THz-TDS技术可以用来探测该样品分子的结构和振动情况.本文还给出了与光谱特征吸收对应的分子振动模型,用以认识分子对THz波的响应机制.该研究结果为将THz-TDS技术应用于食品质量安全检测提供了依据.     

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。     

奈韦拉平闭环前体的量子化学研究与实验

采用密度泛函B3LYP/6-31G(d)方法对奈韦拉平闭环前体2-环丙胺基-N-(2-氯-4-甲基-3-吡啶基)-3-吡啶甲酰胺进行了量子化学研究,并通过闭环前体在强碱的作用下,在有机溶剂中加热回流合成奈韦拉平进行了实验验证。理论计算结果表明,闭环前体分子稳定性较差,具有较强的反应活性;偶极矩与奈韦拉平差别不是很大;与卤素原子相连的碳原子是亲核取代反应的活性中心,仲胺氮原子和羰基氧原子的亲核性存在着竟争。实验结果显示,强碱的用量是影响闭环反应的主要因素,根据理论计算推测的主要产物和副产物,与实验结果相一致。     

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。     

One-step versus two-step mechanism of Diels-Alder reaction of 1-chloro-1-nitroethene with cyclopentadiene and furan

DFT computational study shows that Diels-Alder (DA) reactions of 1-chloro-1-nitroethene with cyclopentadiene and furan have polar nature. However, their mechanism is substantially different. In particular, 1-chloro-1-nitroethene react with cyclopentadiene according to one-step mechanism. In the same time, more favourable channel associated with the P-DA reaction between furan and 1-chloro-1-nitroethene is a domino process, that comprises an initial hetero-Diels-Alder reaction yielding a [2 + 4] cycloadduct, which experiences a subsequent [3,3] sigmatropic shift to yield the expected formal [4 + 2] cycloadduct. This is a consequence of more polar nature of reaction, due to higher nucleophilicity of furan in comparison to cyclopentadiene.     

2-(4-甲氧基苯基)亚肼基乙酸与乙醛酸反应密度泛函理论研究

本文应用量子化学密度泛函理论(DFT)研究了2-(4-甲氧基苯基)亚肼基乙酸与乙醛酸的反应机理及动力学行为,并研究了不同取代基对反应的影响.在RB3LYP/6-31G*水平上,优化了各反应通道的反应物、中间体、过渡态及产物的几何构型,计算了各驻点的振动频率、零点能和电荷分布.计算结果表明,该反应有2条反应通道,分别生成(2Z)和(2E)-3(4-甲氧基苯基二氮烯基)丙烯酸.产物发生了键长的平均化和电荷的重新分布.两反应通道具有相同的反应入口,Z式产物为主要产物,2-(4-甲氧基苯基)亚肼基乙酸中苯环对位被给电子基团取代,有利于反应进行.     

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。     

氯代芳烃对戈卑鱼毒性的定量构效关系解析

基于定量结构-活性相关（QSAR）研究氯代芳烃的性质具有重要意义。对22种氯代芳烃化合物进行DFT-B3LYP/6-311G**水平全优化计算。据所得量子化学参数建立氯代芳烃对戈卑鱼急毒性(-IgLC₅₀)的QSAR模型。对训练集样本经逐步多元回归分析后,所建QSAR模型的复相关系数R²及去一法（LOO）交互检验复相关系数R²_cv分别为0.963和0.962,用预测集样本进行了外部预测,所得外部预测样本复相关系数R²_ext和外部预测集交互检验Q²_ext分别为0.968和0.820,表明所建立的QSAR方程具有较好的稳定性和预测能力。模型结果表明:氯代芳烃化合物的毒性与分子总能量（E_γ）、分子体积（V）及分子次最低空轨道能(E_NLUMO)的相关性较好。     

P改性ZSM-5分子筛的结构及酸性变化

P-ZSM-5分子筛通常用来催化甲醇转化制轻烯烃,乙醇脱水制乙烯,芳烃的烷基化或者歧化等反应。目前,P-ZSM-5分子筛中磷和分子筛之间的相互作用仍不清楚。本文通过密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）计算了ZSM-5分子筛改性前后的结构及酸性变化。结果发现P骨架外改性后,磷酸分子的氢原子和分子筛骨架氧原子形成氢键作用,并且O₄,H_a和0_zeo总是保持在一条直线上,这是稳定的骨架外改性结构;骨架改性后,分子筛优化前后的结构发生较大变化,这是因为固定了8T模型中的终止氢原子,分子筛的骨架结构阻止了H₂PO₃基团的插入。本文还计算了磷酸分子和分子筛的酸性位之间的关系,研究发现,分子筛中引入P后,其酸性降低,且骨架改性后酸性减弱的程度更大。这一结果可以进一步指导实验,制备出不同酸性的分子筛。     

CH基团替代N对Nn（CH）8-nH8（n=0-7）结构与性质影响的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法在6-311++G^**基组水平上优化了,用等电子体-CH-基团逐个取代N8H8环状异构体中最稳定的分子构型中的N原子,得到32种N_n（CH）_8-nH₈（n=0-7）的异构体,应用自然键轨道理论NBO和分子中的原子理论AIM分析了这些化合物成键特征和相对稳定性,G3MP2方法计算了各异构体的能量及生成热。研究结果表明:N原子孤对电子到相邻的碳氮键的超共轭作用是影响碳氮键长变化的主要因素;随着等电子体-CH-基团取代分子中氮原子的个数的增加,分子的生产热逐渐减小,而分子的能量将逐渐升高,且有很好的线性相关性。     

取代酚类化合物LC_(50)的QSAR模型建立与分析

基于定量结构.活性(QSAR)研究取代酚类化合物的急毒性具有重要意义。采用DFT-B3LYP方法,在较高基组6-311G~(**)水平下,全优化计算21种取代酚。从中获得分子最高占用和最低空轨道能(E_(HOMO)和E_(LUMO))、分子次最高占用和次最低空轨道能(E_(NHOMO)和E_(NLUMO))、分子总能量(E_T)、氢原子所带的最高正电荷(q_H~+)、最负非氢原子的静电荷(q~-)、分子偶极矩(μ)和分子体积(V)等描述符。结合文献中标题化合物对梨形四膜虫的毒性值(-lg LC_(50))和疏水性系数(10g Kow),由多元线性回归方法建成QSAR模型,采用内外双重验证的办法,深入分析和检验模型的稳健性。最佳模型的复相关系数(R~2),去一法(LOO)交替检验复相关系数(R_(cv)~2),外部预测样本复相关系数(R_(ext)~2)分别为0.924,0.922和0.830,故所建QSAR模型的稳定性和预测能力良好。由此推断,标题物对梨形四膜虫的毒性作用分为两步,首先穿过细胞壁在细胞内富集,以log Kow描述;其次与亲核试剂发生亲电反应,以点E_(NLUMO)表示。