NO~+和C_6H_6相互作用的理论研究

[C_6H_6NO]~+离子,在芳香化合物的亚硝化反应中,可形成两类较为重要的中间体。用密度泛函理论,在B3LYP/6-311++G~(**)基组水平上对NO~+…C_6H_6复合物体系的两类中间体可能构型进行了自由优化,得到了13个能量极小的复合物。结果显示,NO~+和C_6H_6结合方式分三类:(a)～(e)为第Ⅰ类,结构为NO~+中的N或O原子与苯环以π-π堆积作用结合形成的π复合物;(f)～(j)为第Ⅱ类,结构为C2原子上的H转移到苯环的其它C上形成σ复合物;(k)～(m)为第Ⅲ类,结构为C2原子上的H转移到N或O原子上,形成质子转移σ复合物。在考虑零点能(ZEP)和基函数重叠误差(BSSE)校正基础上,得到了各复合物的结合能。通过计算得出,第Ⅰ类复合物的结合能在(153～199)kJ/mol之间,第Ⅱ类复合物的结合能在(83～92)kJ/mol之间,第Ⅲ类复合物的结合能在(189～244)kJ/mol之间,其中复合物的最稳定构型为第Ⅲ类σ复合物中的m结构,即质子H连在N原子上的结构,其结合能为-243.93 kJ/mol。复合物的键长、原子净电荷等都表明,NO~+与C_6H_6结合时电子从苯环向NO...     

MgCl2·6H2O热分解过程的阿姆斯特丹密度泛函理论研究

利用阿姆斯特丹密度泛函理论对MgCl₂·6H₂O的热分解反应进行理论计算,结合对其热分解过程的实验研究数据,从理论层面探讨其热分解的机理,为掌握氯化镁水合物分解条件、控制反应路径,获取目标产物提供理论依据。通过ADF理论计算并结合实验研究得出,MgCl₂·6H₂O脱除HCl需要较高能量,为5246.59 kJ/mol,是MgCl₂·6H₂O脱除H₂O分子需要能量的6.45倍,是MgCl₂·5H₂O脱除H₂O所需能量的10.69倍。可见在同等温度条件下,MgCl₂·6H₂O首先发生的是脱除H₂O分子反应,在MgCl₂·6H₂O脱除2分子H₂O之前不会发生MgCl₂·6H₂O脱除HCl的反应。     

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。     

基于特殊形貌NiO电极的混合电位型C3 H6传感器研究

研究了特殊形貌NiO对基于该类敏感电极的混合电位C3 H6传感器的影响,实验数据显示：线型结构NiO敏感电极传感器在600℃下具有最好的响应值,达到了60 mV,其90%的响应和恢复分别为15,25 s。此传感器在600℃对0%～0.05% C3 H6具有较好敏感性能,且响应信号与气体体积分数对数之间有良好的线性关系,其灵敏度达－50.26 mV/decade。经气相催化分析,在400～600℃和0.01% C3 H6下,线型形貌NiO电极的平均气相催化效率最低,为31.4%（其余两种分别为42.7%,52.4%）,进而表现最优的传感器性能。     

二聚有机锡配合物[（n-Bu）2Sn（H2O）C5H3N（CO2）2]2的合成、结构和量子化学研究

吡啶-2,6-二甲酸与(n-Bu)2SnO反应合成标题化合物,并经元素分析、IR和X-射线衍射表征,该配合物晶体属四方晶系,空间群P42/n,晶胞参数:a=1.77103(6)nm,b=1.77103(6)nm,c=1.11717(7)nm,α=90°,β=90°,γ=90°,V=3.5041(3)nm3,Z=4,Dc=1.577g/cm3,μ(MoKα)=1.479mm-1,F(000)=1680andR1=0.0329,wR2=0.0852[对I>2σ(I)的衍射]和R1=0.0428,wR2=0.0937(对所有的衍射)。共收集12600个数据,其中独立衍射点3431个,可观察衍射[I>2σ(I)]点2723个用于结构精修。中心Sn原子形成七配位变形十面体,分子间通过氧原子的氢键作用形成三维网络结构。利用量子化学G98W软件,在Lanl2dz基组对化合物的稳定性、前沿分子轨道组成及能量进行研究。     

C3N3(NH2)3、[C(O)NH]3和水双分子间的氢键相互作用

采用密度泛函理论,在B3LYP/6-311+G**水平上对C3N3(NH2)3、[C(O)NH]3、H2O 3种单体在气相中形成的双分了氢键作用体系进行构型优化和频率计算.通过几何优化得到一系列含多个氢键的复合物.频率分析表明,与单体相比,体系形成氢键作用后,参与氢键形成相关的键的红外谱带位置和振动强度都发生明显的变化,其中C3N3(NH2)3-[C(O)NH]3体系中N8-H9键的红移最明显.同时,通过B3LYP/6-311+G**和MP2/6-311+G**水平计算的含基组重叠误差(BSSE)校正的氢键相互作用能分析表明,C3N3(NH2)3-[C(O)NH]3氢键体系的相互作用能最大,其次是([C(O)NH]3)2体系,采用MP2/6-311+G**方法计算的相互作用能分别达到-14.171 kcal·mol-1和-10.217 kcal·mol-1.另外,通过自然键轨道理论揭示氢键相互作用的本质.     

化合物(C10H8N2)·2（H2O）的晶体结构及量子化学研究

以水热法制备了标题化合物(C10H8N2).2(H2O)单晶并用X射线单晶衍射仪测定了晶体结构,该晶体属于单斜晶系,C2空间群,晶胞参数为a=1.58589(16)nm,b=0.37770(4)nm,c=0.920210(11)nm,α=90.00°,β=114.0500(10)°,γ=90.00°,V=0.50335(7)nm3;最终偏差因子R1=0.0525,wR2=0.1311[对I>2θ(I)的衍射点]和R1=0.0661,wR2=0.1404[对所有衍射点]。化合物分子与水分子间由弱的O-H…N和O-H…O氢键作用形成了一维线形结构,该对称结构中两个吡啶环平面之间的夹角为40.7o。依据晶体结构数据使用G03程序对化合物进行了量子化学计算,探讨了化合物的分子优化结构、前线轨道、电荷分布、成键特征和稳定性。计算得到的分子键长、键角和X射线衍射的晶体结构数据基本符合,其差值证实晶体分子间氢键的存在。     

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。     

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。     

受有线无线异构网络诱导延时和数据丢包约束的分布式网络化H2/H∞滤波研究

针对分布式有线无线异构网络化滤波系统中部署在不同地理空间的多传感器通过无线网络与每个局部融合中心通信, 然后测量数据被传到网关并进行协议转换后通过有线网络传输到对应的分布式滤波器, 会导致数据传输出现分布式有线无线网络诱导延时和数据丢包, 使得H₂/H_∞滤波更加困难的问题, 本文首先采用有向图描述分布式传感器节点的通信拓扑, 然后运用Markov链和伯努利分布分别刻画分布式有线无线网络诱导延时和数据丢包特性, 进而建立了融合分布式滤波器参数、有线无线异构网络通信约束的普适滤波误差动态系统综合模型.理论上证明了在分布式有线无线异构网络通信约束下所设计的滤波器使得滤波误差动态系统随机稳定且满足给定的H₂/H_∞性能指标, 并建立了系统随机稳定性、分布式滤波器参数及最长有线无线网络诱导延时和数据丢包之间的关系.最后, 仿真实例验证了本文所提方法是可行且有效.     

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.     

DFT study of the interaction between DOTA chelator and competitive alkali metal ions

1, 4, 7, 10-tetraazacyclododecane-1, 4, 7, 10-tetracetic acid (DOTA) is an important chelator for radiolabeling of pharmaceuticals. The ability of alkali metals found in the body to complex with DOTA and compete with radio metal ions can alter the radiolabeling process. Non-covalent interactions between DOTA complexed with alkali metals Li⁺, Na⁺, K⁺ and Rb⁺, are investigated with density functional theory using B3LYP and ωB97XD functionals. Conformational possibilities of DOTA were explored with a varying number of carboxylic pendant arms of DOTA in close proximity to the ions. It is found that the case in which four arms of DOTA are interacting with ions is more stable than other conformations.The objective of this study is to explore the electronic structure properties upon complexation of alkali metals Li⁺ Na⁺, K⁺ and Rb⁺ with a DOTA chelator. Interaction energies, relaxation energies, entropies, Gibbs free energies and enthalpies show that the stability of DOTA, complexed with alkali metals decreases down the group of the periodic table. Implicit water solvation affects the complexation of DOTA―ions leading to decreases in the stability of the complexes. NBO analysis through the natural population charges and the second order perturbation theory, revealed a charge transfer between DOTA and alkali metals. Conceptual DFT-based properties such as HOMO/LUMO energies, ΔE_HOMO-LUMO and chemical hardness and softness indicated a decrease in the chemical stability of DOTA―alkali metal complexes down the alkali metal series. This study serves as a guide to researchers in the field of organometallic chelators, particularly, radiopharmaceuticals in finding the efficient optimal match between chelators and various metal ions.     

DFT study of the chlorine promotion effect on the ethylene adsorption over iron clusters

This work explores how electronic perturbations induced by chlorine atoms can enhance the activity of iron toward ethylene. The metal clusters include Fe_n (n = 2–4), in which each adatom (Cl) has an inclination to be adsorbed at the bridge site with electrostatic interaction. Ethylene adsorption over pure and chlorine-doped Fe_nCl_m (n,m ≤ 4) clusters is analyzed using density functional theory (DFT) calculations, in π and di-σ adsorption modes. One of the interesting features is that the adsorption mode of ethylene changes by going from trimers to tetramers. Ethylene never orients toward di-σ mode for FeFe bond in Fe₂ and Fe₃ series, while this orientation is preferred in tetramers. Our results demonstrate that the progressive change in the ethylene adsorption could not be sustained with increasing portion of chlorine in metal cluster. In this study, we attempt to provide a sensible justification for this phenomenon by the natural bond orbital (NBO) and quantum theory of atoms-in-molecules (QTAIM) analyses.     

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。     

邻-二(吡咯-2-甲酰胺基)亚苯对卤素阴离子识别的密度泛函研究

采用密度泛函B3LYP/LanL2DZ方法优化了气相以及在四氢呋喃(THF)、甲醇及二甲亚砜(DMSO)3种溶剂中邻-二(吡咯-2-甲酰胺基)亚苯(DPCP)及其卤素阴离子复合物的几何构型。从几何结构、电荷布居、结合能以及热力学参数等角度探讨复合物形成过程中受体与阴离子间的相互作用。研究结果表明:复合物稳定性与卤素离子的种类和溶剂极性有关,同一溶剂中,复合物DPCP-X~-以DPCP-F~-最稳定,随着卤素离子半径的递增,稳定性逐渐下降,F~-,Cl~-在气相和3种溶剂中都能形成稳定的复合物,Br~-复合物只在气相稳定,在选定的3种溶剂中均不能形成稳定的复合物,而I~-无论在气相还是在3种溶剂中均不能形成稳定的复合物;同一复合物DPCP-X~-稳定性随溶剂极性的增大逐渐减小。利用相同的理论方法预测了在3种溶剂中DPCP与OH~-及CN~-的相互作用能力及复合物的稳定性。     

中位-四[二-(3,4-羧甲氧基)苯基]卟啉及其结合Re=O的初步研究

用密度泛函理论的B3LYP法,将中位-四[二-(3,4-羧甲氧基)苯基]卟啉及结合Re=O分子的几何构型优化,初步理论研究其前沿轨道和能量等。证明,与单独的卟吩环相比,T_(3,4)CPP的卟吩环平面性良好,环上的结构参数变化很小;Re=O与T_(3,4)CPP卟吩环的结合能明显大于与T_(3,4)CPP侧链羧基的结合能,且前者所形成配合物的稳定性显然高于后者,说明T_(3,4)CPP与~(188)Re=O结合的位点应在卟吩环上,而不在侧链羧基上。T_(3,4)CPP卟吩环结合Re=O而形成配合物的结构参数,与Vicente等Zn-卟啉衍生物的测定值相近。在卟吩环上配位时,T_(3,4)CPP卟吩环上的电荷重新分布,卟吩环碳原子的电子向4个氮原子转移:配位后,卟吩环的几何构型略收缩(0.14 A-0.19 A)和马鞍形扭转(5.7°)。     

A theoretical study on the characteristics of the intermolecular interactions in the active site of human androsterone sulphotransferase: DFT calculations of NQR and NMR parameters and QTAIM analysis

A theoretical study at the level of density functional theory (DFT) was performed to characterize noncovalent intermolecular interactions, especially hydrogen bond interactions, in the active site of enzyme human androsterone sulphotransferase (SULT2A1/ADT). Geometry optimization, interaction energy, ²H, ¹⁴N, and ¹⁷O electric field gradient (EFG) tensors, ¹H, ¹³C, ¹⁷O, and ¹⁵N chemical shielding (CS) tensors, Natural Bonding Orbital (NBO) analysis, and quantum theory of atoms in molecules (QTAIM) analysis of this active site were investigated. It was found that androsterone (ADT) is able to form hydrogen bonds with residues Ser80, Ile82, and His99 of the active site. The interaction energy calculations and NBO analysis revealed that the ADT molecule forms the strongest hydrogen bond with Ser80. Results revealed that ADT interacts with the other residues through electrostatic and Van der Waals interactions. Results showed that these hydrogen bonds influence on the calculated ²H, ¹⁴N, and ¹⁷O quadrupole coupling constants (QCCs), as well as ¹H, ¹³C, ¹⁷O, and ¹⁵N CS tensors. The magnitude of the QCC and CS changes at each nucleus depends directly on its amount of contribution to the hydrogen bond interaction.     

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.     

Density functional theory study of adsorption geometries and electronic structures of azo-dye-based molecules on anatase TiO2 surface for dye-sensitized solar cell applications

Structural and electronic properties of eight isolated azo dyes (ArNNAr′, where Ar and Ar′ denote the aryl groups containing benzene and naphthalene skeletons, respectively) were investigated by density functional theory (DFT) based on the B3LYP/6-31G(d,p) and TD-B3LYP/6-311G(d,p) methods The effect of methanol solvent on the structural and electronic properties of the azo dyes was elucidated by employing a polarizable continuum model (PCM). Then, the azo dyes adsorbed onto the anatase TiO₂ (101) slab surface through a carboxyl group. The geometries and electronic structures of the adsorption complexes were determined using periodic DFT based on the PWC/DNP method. The calculated adsorption energies indicate that the adsorbed dyes preferentially take configuration of the bidentate bridging rather than chelating or monodentate ester-type geometries. Furthermore, the azo compounds having two carboxyl groups are coordinated to the TiO₂ surface more preferentially through the carboxyl group connecting to the benzene skeleton than through that connecting to the naphthalene skeleton. The dihedral angles (Φ_B-N) between the benzene- and naphthalene-skeleton moieties are smaller than 10° for the adsorbed azo compounds containing one carboxyl group. In contrast, Φ_B-N > 30° are obtained for the adsorbed azo compounds containing two carboxyl groups. The almost planar conformations of the former appear to strengthen both π-electrons conjugation and electronic coupling between low-lying unoccupied molecular orbitals of the azo dyes and the conduction band of TiO₂. On the other hand, such coupling is very weak for the latter, leading to a shift of the Fermi level of TiO₂ in the lower-energy direction. The obtained results are useful to the design and synthesize novel azo-dye-based molecules that give rise to higher photovoltaic performances of the dye-sensitized solar cells.     

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。