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。     

量子化学方法研究阴离子表面活性剂在气液界面上的吸附

用量子化学方法中的密度泛函理论,在B3LYP/6-3IG水平上,对十二烷基硫酸钠（SDS）阴离子表面活性剂与水分子形成的水合物CH₃（CH₂）₁₁OSO₃ˉ（H₂O）_n（n=0～7）进行结构优化和频率计算。从分子水平上研究了CH₃（CH₂）₁₁OSO₃ˉ在气液界面上与水分子的相互作用。计算结果表明:（1）7个水分子与极性头均采用1:1型和2:1型,即极性头中一个氧原子或2个氧原子与水分子以氢键形式构成水合层;（2）CH₃（CH₂）₁₁OSO₃中的氧原子与水分子中的氧原子最短氢键的键长（O-O键长）在0.27～0.31 nm之间,H…O键长在0.19～0.21 nm之间,O-H…O键角在140°～167°之间,均属于中强氢键:（3）水合物R（S-O）平均键长比表面活性剂单体分子分别增长了,说明形成水合物后S-O间的键减弱;（4）结合能D₀从64.04 kJ/mol增加到.428.29 kJ/mol,说明随着水分子数的增加,所获得的7种水合物的稳定性依次增强,表明最终形成的水合层是稳定的:（5）随着水分子数增加疏水基链长收缩,亲水基总电荷增加,C12-O13-S14的键角增大;（6）由于烷烃链带有了弱电荷,使胶束内核带有了部分极性,此种极性介于烷烃油相和水相的极性之间,利于表面活性剂在溶液中的聚集。     

3个[AlB5O7（OH）6]2-簇的电子结构和红外光谱的DFT研究（英文）

采用密度泛函（DFT）方法,在B3LYP/6-311g*基组下,对3个[AlB₅O₇（OH）₆]^2-簇（Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ）的电子结构、稳定性和红外光谱进行了理论研究。结果显示3个簇中优化的键长和键角值与wiberg键级有关。[AlB₅O₇（OH）₆]^2-（Ⅰ）的带宽最大,能量最低,稳定性最高。红外光谱研究显示BO₃、BO₄和AlO₄基团振动频率的大小为BO₃>BO₄>AlO₄,且BO₃基团的振动强度也最大。此外,研究也显示非端基B-O键的振动频率较端基B-O键的振动频率大。     

壳聚糖结合ReO的初步理论研究

借助于密度泛函理论的B3LYYP方法,对壳聚糖及壳聚糖结合ReO的配合物（（CTS）₂-ReO,（CTS）₄-ReO）进行结合结构优化、Mulliken电荷、前沿轨道、相关能量的计算。结果表明:壳聚糖结合ReO的配合物前后,壳聚糖六元环结构基本不变,N（8）-C（4）和O（10）-C（3）键的键长有所增长;由壳聚糖结合ReO的配合物（（CTS）₂-ReO,（CTS）₄-ReO）的结合能及结合后配合物的前沿轨道能量差可推断配合物（CTS）₂-ReO和配合物（CTS）₄-ReO均可以形成,而形成配合物（CTS）4-ReO的可能性更大;配合物（CTS）2-ReO和配合物（CTS）₄-ReO形成时,壳聚糖环上的电荷发生了重新分布,电子由壳聚糖1位的羟甲基上向氨基的氮原子和Re原子移动。     

4′-对羧基苯基-2,2′:6′,2″-三联吡啶的合成、晶体结构及量化计算

以对甲酰基苯甲酸和2-乙酰基吡啶为原料采用固相研磨法合成了4′-对羧基苯基-2,2’:6’,2"-三联吡啶,并测定了它的晶体结构。该晶体属单斜晶系,空间群P2（1）/c,晶胞参数为:a=10.193（7）A,b=7.366（5）A,c=22.466（15）A,β=90.526（7）°,V=1686.6（19）A³,D_c=1.392mg/m³,Z=4,F（000）=736,GOF值1.038,最终偏离因子R₁=0.0443,wR₂=0.1139。通过量子化学计算分析了其键长、键角、电荷分布和分子轨道,通过独立核化学位移分析了各个环的芳香性,并通过有限场方法计算了其二阶非线性光学性质。     

硝基芳烃对黑头呆鱼毒性的DFT研究

对35种硝基芳烃化合物进行DFT-B3LYP/6-311G**水平全优化计算。据所得量子化学参数和标题化合物的辛醇/水分配系数(IgK_OW)建立硝基芳烃对黑头呆鱼毒性(-IgLC₅₀)的QSAR模型,采用内部及外部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（R²）,去一法（LOO）交互检验复相关系数(R²_cv),外部预测样本复相关系数(R²_ext)分别为0.975,0.970和0.904,故所建立QSAR模型的稳定性和预测能力良好。结果表明:硝基芳烃化合物的毒性主要由分子最低空轨道能(E_LUMO)、硝基静电荷(Q_NO2)、氢原子所带的最高正电荷（Q_H⁺）及辛醇/水分配系数决定。苯环上取代基的类型、数目和取代位置直接影响到标题化合物的毒性大小,强吸电子基如硝基会使化合物毒性增强,且邻对位硝基取代的毒性高于间位取代;相反,给电子基团氨基的存在则会使化合物的毒性降低。总之,硝基是这类化合物致毒的主要基团,将硝基包覆或还原为氨基应为此类化合物解毒的重要途径。     

三呋咱并氧(氮)杂环庚三烯的密度泛函理论研究

以4种新型三呋咱并氧(氮)杂环庚三烯分子为研究对象,采用密度泛函理论B3LYP/6-31G(d,p)方法优化了其结构,得到了最优几何构型,并在振动分析的基础上求得体系的振动频率和IR谱,通过键级和键离解能(BDE)计算考察了4种分子的稳定性,在密度和生成焓计算基础上利用Kamlet-Jacobs公式预估了其性能。结果表明:当呋咱环上的N原子被氧化形成N→O配位键,与该N原子相连的O—N键和C—N键键长增大,与该N原子相间的N—O键和C—C键键长减小,除了氧化呋咱环上N—O—N键角显著减小外,其余键角无明显变化,二面角的变化幅度非常小,整个分子近乎在同一平面上;4个化合物的热稳定性均较好,但当呋咱环被氧化成为氧化呋咱环后,化合物的热稳定性显著降低,其热稳定性顺序为TFZN-1TFZO-1TFZN-2≈TFZO-2;呋咱环被氧化后能够大幅度提高炸药的爆轰性能,预估爆速在7600~8100 m/s范围,且与实测值吻合较好。     

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。     

链状4,4’-联吡啶桥联钴配位聚合物的晶体结构与量子化学计算

六水合硝酸钴与4,4’-联吡啶在乙醇与水的混合溶液中反应,合成了一维链状配位聚合物{[Co（4,4’-bipy）（NO₃）₂（H₂O）₂]·2H₂O}_n,经IR、元素分析和X-射线单晶衍射表征结构。配合物晶体属正交晶系,空间群Pccn,晶体学参数:a=1.1760（2）nm,b=1.9537（3）nm,c=0.74195（12）nm,V=1.7047（5）nm³,Z=4,Dc=1.602Mg·m^-3,μ（MoKα）=1.065 mm^-1,F（000）=844,R₁=0.0365,wR₂=0.0930。晶体结构分析表明,配合物中心Co离子为六配位畸变八面体构型,通过4,4’-联吡啶N原子桥联成一维无限链状,经分子间氢键作用进一步扩展成三维超分子。利用G03W程序在LANL2DZ基组对配合物中[Co（C₅N₁H₄）（NO₃）（H₂O）]结构单元进行理论计算研究。     

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。     

DFT法研究取代酚对黑头呆鱼的急毒性

基于定量结构-活性相关（QSAR）研究酚类化合物的急毒性具有重要意义。运用DFT-B3LYP方法,在较高基组6-311G^**水平下,全优化计算25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)、前线轨道能级差(AE=EHOMOˉ尻_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（g）、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黑头呆鱼急毒性值(-1g LC₅₀),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（R²）,去一法（LOO）交替检验复相关系数(R²_CV),外部预测样本复相关系数(R²_ext)分别为0.976,0.974和0.940,故所建QSAR模型的稳定性和预测能力良好。表明:取代酚对黑头呆鱼急毒性与分子体积、最负非氢原子的静电荷及分子总能量的相关性密切。     

4,6-二异丙基二苯并噻吩衍生物化学稳定性的理论研究

利用Gaussian98软件包,采用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP方法和使用3-21G基组对4,6-二异丙基二苯并噻吩等9种衍生物进行了计算机模拟优化和频率分析,考察了4,6-二异丙基二苯并噻吩及其衍生物的部分原子电子密度,部分键长、键角和二面角以及非键相互作用。计算机模拟结果显示取代基的电子效应不是影响噻吩类加氢脱硫过程的关键因素,而取代基的空间效应以及非键相互作用则会直接影响深度加氢脱硫的效果。     

第一性原理研究TiCl3在β-MgCl2（110）表面相互作用机理

TiCl₃是以MgCl₂为载体的Ziegler-Natta催化剂的活性组分,TiCl₃在载体MgCl₂表面的存在形式是复杂的。本文利用基于密度泛函理论的的量子力学从头计算方法对TiCl₃和其失去部分Cl原子后的离子[TiCl₂]⁺,[TiCl]²⁺在β-MgCl₂（110）面上的吸附作用进行了研究。通过模拟计算其吸附能,键长和电子云分布,发现TiCl₃和β-MgCl₂（110）面上作用力很弱,为范德华力,而只有TiCl₃失去部分Cl原子后带上正电荷,才能与β-MgCl₂（110）面形成强的化学键。     

17α取代雌二醇与雌激素受体结合活性的定量构效关系研究

应用分子力学法MM+和半经验量子化学AM1法几何全优化得到29个17α取代雌二醇衍生物的优势构象,再利用量子化学法和分子图形学技术获得相应优势构象的电子结构参数和几何结构参数,采用多元线性回归分析研究17α取代雌二醇衍生物与雌激素受体结合活性(relative binding affinities)的定量构效关系.结果表明17α取代雌二醇衍生物与雌激素受体结合活性和分子键合能(BE)、17号碳原子的净电荷(Q)及7号和8号碳原子间键长的相关性较好,成功地建立了29个17α取代雌二醇衍生物的构效关系式,所建回归方程的复相关系数R2及去一法交互检验相关系数Rcv2分别为0.890和0.712.     

己烷雌酚衍生物定量构效关系的研究

应用分子力学方法MM 和半经验量子化学AM1法几何全优化得到20个己烷雌酚衍生物的优势构象,再利用量子化学算法和分子图形学技术获得电子结构参数和几何结构参数,采用多元逐步回归分析和人工神经网络误差反传算法(BP)研究衍生物与雌激素受体相对亲和力的QSAR.结果表明:分子最低空轨道能、7号碳原子和10号碳原子间键长有利于提高亲和力;而引入大体积取代基对化合物亲和力的提高不利,建立了20个己烷雌酚衍生物的构效关系式,所建方程的相关系数及去一法交互检验复相关系数分别为0.963和0.880.     

异质富勒烯C26BN各种可能异构体的芳香性和动力学稳定性研究

用拓扑共振能（TRE）和百分拓扑共振能（%TRE）方法,对由富勒烯C₂₈（T_d）产生的C₂₆BN各种可能异构体和它们阴离子的芳香性进行了研究。探讨了C₂₆BN异构体稳定性与杂原子取代位置间的关系。最后,用最小键共振能（min BRE）方法对C₂₈（T_d）和C₂₆BN分子离子的动力学稳定性进行了研究。研究结果表明C₂₈（T_d）和C₂₆BN在中性状态下,因TRE为负值被预测为具有反芳香性。Min BRE方法研究结果证明了C₂₈（T_d）和C₂₆BN的动力学不稳定性与分子中具有较高反芳香性键直接有关。TRE和min BRE方法研究结果表明,C₂₈^4-和C₂₆BN^4-各异构体不仅具有较高的芳香性而且也有较高的动力学稳定性。     

取代苯胺和苯酚类化合物土壤吸收系数的定量预测

基于定量结构-性质（QSPR）研究取代苯胺和苯酚的性质具有重要意义。对36种取代苯胺和苯酚类化合物进行DFT-B3LYP/6-311G**水平全优化计算。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的土壤吸收系数(log K_oc)和疏水性系数(log K_ow),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（R²）,去一法（LOO）交替检验复相关系数(R_cv²),外部预测样本复相关系数(R_ext²)分别为0.930,0.929和0.915,故所建QSPR模型的稳定性和预测能力良好。模型结果表明:标题化合物的log K_oc与疏水性系数(log K_ow)、最负非氢原子的静电荷（Q^-）、分子次最低空轨道能(E_NLUMO)和分子最高占用轨道能(E_HOMO)的相关性较好。     

Ga3O2-和Ga4O3-的结构及稳定性的研究

采用密度泛函理论（DFT）中的B3LYP方法和BP86方法,O原子基于6-311+G（d,p）基组,Ga原子基于Stuttgart基组,对Ga₃O₂^-/0与Ga₄O₃^-/0团簇的各种可能构型进行了几何优化,预测了各团簇的最稳定结构,并研究了Ga₃O₂^-和Ga₄O₃^-最稳定结构的成键特性、振动特性和稳定性。对比B3LYP和BP86计算结果发现得到的异构体的结构和能量顺序相同,且阴离子的基态构型与中性分子的构型相接近,都是平面C_2v型,都存在由2个Ga原子和一个O原子形成的三中心二电子（3c-2e）桥键。两结构中处于端位的"Ga-O"键的Wiberg键级数值较大,分别为0.50、0.55;振动频率分别为713.92、832.76cm-1,在红外谱图上皆对应一明显的强振动峰,表明该"Ga-O"结构单元成键稳定,是决定团簇结构稳定的重要因素。计算得到是Ga₃O₂^-和Ga₄O₃^-基态结构的LUMO与HOMO的能量之差（分别为2.75、2.84eV）,以及电子绝热剥离能（ADE）和电子垂直剥离能（VDE）,都表明两基态结构具有较好的热力学稳定性。     

5-氟尿嘧啶…NO分子复合物的结构与性质

用密度泛函理论,在BL3YP/6-311++G**基组水平上研究5-氟尿嘧啶…NO复合物体系,用更大基组(6-311+G(2df,p)和aug-cc-pVDZ)进行单点能的计算,发现5个能量极小的复合物。同时,使用自然键轨道(NBO)法和分子中的原子(AIM)法对5-氟尿嘧啶和NO分子间的作用本质进行了分析。结果显示,5-氟尿嘧啶和NO的结合方式是NO的N、O原子与5-氟尿嘧啶的N-H键形成氢键,或O原子与5-氟尿嘧啶分子间通过弱π键结合在一起。最稳定复合物的结合能为-7.86 kJ/mol。N原子与5-氟尿嘧啶的结合更有优势,N结合的复合物中,NO键长缩短,伸缩振动频率蓝移,而O结合的复合物中,NO键长伸长,伸缩振动频率发生红移。     

苯酚衍生物式电位的QSAR研究

以AM1量子化学半经验分子轨道方法计算苯酚及其衍生物的分子结构参数,以多元线性回归的方法研究了苯酚及其衍生物的氧化式电位与其分子结构参数之间的关系;在选择的分子结构参数中,苯酚衍生物的式电位与C-O键长,L（C1-O7）,离子化电势,Ip,C3上的静电荷,e（C3）;Z轴的偶极矩,Dz,有很好的相关性。回归方程为：E^o=-25．267＋17．00L（C1-O7）＋0．293Ip＋1．415e（C3）＋0．9825Dz（R=0．897,SD=0．057）。预测了11种衍生物的式电位,总结出取代基类型和取代位置对氧化还原活性的影响规律。