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化学学报 2006年第3期64卷 191-197页

作者：朱瑞新祝诗发周俊红陈敏伯中国科学院上海有机化学研究所上海200032 华东理工大学化学系上海200237

对五个含氟分子自组装形成的晶体进行了aim(AtomsinMolecules)分析,观察到、并定量地描述了这些晶体中大量存在的氟原子相关的非常规弱相互作用力;并且找到一个完全由F…O弱相互作用主导的超分子自组装晶体.

关键词：超分子非常规键氟原子 aim分析

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褐煤吸附水分子三聚体机理研究

热力发电 2018年第9期47卷 76-83页

作者：高正阳赵霖杨朋飞华北电力大学能源动力与机械工程学院河北保定071003

通过量子化学理论计算,构建褐煤分子片段模型,研究其与水分子三聚体之间在微观上的相互作用。对优化后的平衡构型进行分子表面静电势,约化密度梯度函数(RDG)与aim拓扑分析。结果表明:对于褐煤分子中存在的各种含氧官能团,它们的反应活... 详细信息

通过量子化学理论计算,构建褐煤分子片段模型,研究其与水分子三聚体之间在微观上的相互作用。对优化后的平衡构型进行分子表面静电势,约化密度梯度函数(RDG)与aim拓扑分析。结果表明:对于褐煤分子中存在的各种含氧官能团,它们的反应活性从大到小依次为羧基、羟基、甲氧基、甲基。在吸附了水分子后,褐煤构型的静电势分布并未产生较大变化,而静电势局部极大值与极小值点对应区域的面积则有所增加,提供了更多的活性位点。褐煤吸附水分子的作用为物理吸附,以氢键作用为主,同时有少部分范德华弱相互作用。水分子之间形成的氢键作用可能会导致褐煤分子扭曲变形。

关键词：褐煤煤分子结构 RDG分析水分子三聚体物理吸附 aim分析

水分子对尿嘧啶与胸腺嘧啶二聚体间氢键的影响

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水分子对尿嘧啶与胸腺嘧啶二聚体间氢键的影响

作者：汪宇嘉辽宁师范大学

学位级别：硕士

本文使用MP2方法研究了一系列尿嘧啶与胸腺嘧啶二聚体不同位置加水后二聚体间氢键强度的变化。研究结果表明，水加在尿嘧啶或胸腺嘧啶一号位时氢键强度增强，水加在尿嘧啶或胸腺嘧啶二号位时氢键强度减弱。水加在一号位时氢键增强的幅... 详细信息

本文使用MP2方法研究了一系列尿嘧啶与胸腺嘧啶二聚体不同位置加水后二聚体间氢键强度的变化。研究结果表明，水加在尿嘧啶或胸腺嘧啶一号位时氢键强度增强，水加在尿嘧啶或胸腺嘧啶二号位时氢键强度减弱。水加在一号位时氢键增强的幅度大于水加在二号位时氢键减弱的幅度。自然键轨道(NBO)分析表明，水加在尿嘧啶或胸腺嘧啶一号位时二聚体间氢键的孤对电子n到反键轨道σ*的二阶相互作用稳定化能增加。水加在尿嘧啶或胸腺嘧啶二号位时二聚体间氢键的孤对电子n到反键轨道σ*的二阶相互作用稳定化能减弱。水加在一号位时二阶相互作用稳定化能增强的幅度大于水加在二号位时二阶相互作用稳定化能减弱的幅度。对于同一二聚体加水后的一系列体系,其氢键键长与其对应的二阶相互作用稳定化能及其对应的电荷转移量之间能呈明显的线性关系。

关键词：氢键水氢键二聚体 NBO分析 aim分析

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甲醛与DNA碱基间的相互作用的理论研究

甲醛与DNA碱基间的相互作用的理论研究

作者：杨承江南大学

学位级别：硕士

本文运用从头算(Ab initio)方法的MP2方法和密度泛函(DFT)方法的B3LYP方法,选用6-311G(d, p)基组分别对胞嘧啶-甲醛、胸腺嘧啶-甲醛、腺嘌呤-甲醛体系的相互作用情况进行系统的理论研究,对相互作用的机理进行系统的分析讨论。用密度泛函... 详细信息

本文运用从头算(Ab initio)方法的MP2方法和密度泛函(DFT)方法的B3LYP方法,选用6-311G(d, p)基组分别对胞嘧啶-甲醛、胸腺嘧啶-甲醛、腺嘌呤-甲醛体系的相互作用情况进行系统的理论研究,对相互作用的机理进行系统的分析讨论。用密度泛函(DFT)方法对胞嘧啶分子与甲醛的相互作用体系的进行了优化,结果显示胞嘧啶和甲醛之间的作用形式为σ-р。对甲醛,胞嘧啶分子及两种相互作用体系进行了构型优化,频率分析,NBO和aim分析,优化的(A)和(B)构型都是通过C-H···O和C-H···N两种氢键形成了所有原子共面的环状结构,分别对应势能面上能量最小值:-36.51 and -29.93kJ/mol,稳定性顺序是:(A)>(B)。胸腺嘧啶分子与甲醛之间的相互作用,本质上也是由于电子的转移而产生的。通过aim和NBO理论分析,氢键在我们所研究的体系的稳定性中起到非常重要的作用,双氢键体系A为最稳定的相互作用形式。同样道理,我们还研究了腺嘌呤分子和甲醛相互作用,由于电荷的转移而形成稳定的复合物体系。通过不同体系结合能的比较和NBO理论分析胞嘧啶-甲醛体系的稳定性要大于胸腺嘧啶-甲醛体系和腺嘌呤-甲醛体系的稳定性。总体上看,给体-受体之间的电荷转移相互作用对于维持相互作用体系的稳定性起到了重要作用,NBO理论分析结果也得到了同样的结论。

关键词： Ab initio 密度泛函(DFT) 相互作用电荷转移 NBO分析 aim分析

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极性溶剂分子与芳烃分子间的相互作用

极性溶剂分子与芳烃分子间的相互作用

作者：单演炎江南大学

学位级别：硕士

本文运用密度泛函(DFT)方法中的B3LYP和从头算(Ab initio)方法中的MP2方法,从微观的角度对溶剂分子与芳烃分子间的弱相互作用机理进行了系统的分析讨论。首先,我们选用6-31G(d)基组研究了芳烃中的苯、甲苯、苯氰二聚体的相互作用;然后,... 详细信息

本文运用密度泛函(DFT)方法中的B3LYP和从头算(Ab initio)方法中的MP2方法,从微观的角度对溶剂分子与芳烃分子间的弱相互作用机理进行了系统的分析讨论。首先,我们选用6-31G(d)基组研究了芳烃中的苯、甲苯、苯氰二聚体的相互作用;然后,在6-311+G(d,p)基组下对二聚体体系进行了NBO与aim理论分析;同时,在6-31++G(d, p)以及aug-cc-pVDZ基组下计算了二聚体的结合能。研究发现,在苯、甲苯、苯氰分子形成的自缔合体系中,苯、甲苯二聚体是π-π相互作用,而苯氰二聚体中主要是氢键作用,各体系中发生了电荷的转移。通过结合能的比较和NBO理论分析发现,苯氰分子之间更容易发生自缔合作用,形成二聚体。接着选用6-31G(d)基组对N, N-二甲基甲酰氨(DMF)与芳烃(苯、甲苯、苯氰)形成的二元体系相互作用进行了系统的理论研究。通过计算发现,DMF与芳烃(苯、甲苯、苯氰)可以形成稳定的相互作用体系,得到势能面上对应的最小值的稳定构型。同时,我们还研究了DMF分子的二聚体,证实了DMF在纯态下基本是以聚合体的形式存在的。而且,各体系的分子间相互作用基本都是氢键作用,DMF-苯氰体系是最稳定的,结合能为-21.58 kJ/mol(BSSE校正后),其稳定性顺序为:DMF-苯氰> DMF-DMF > DMF-甲苯> DMF-苯。同样地,我们还在6-31G(d)、6-311+G(d)以及aug-cc-pVDZ基组下,用B3LYP方法对环丁砜与芳烃(苯、甲苯、苯氰)之间的相互作用进行了理论研究,得到了不同基组下势能面上对应的最小值的稳定构型。通过NBO和aim理论分析,氢键在我们所研究体系的稳定性中起着非常重要的作用,而且环丁砜分子在整个体系中是电荷受体,其相互作用强度顺序是:环丁砜-苯氰>环丁砜-甲苯>环丁砜-苯。

关键词：密度泛函(DFT) Ab initio 相互作用氢键电荷转移 NBO分析 aim分析

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嘌呤衍生物的结构及性质的理论研究

嘌呤衍生物的结构及性质的理论研究

作者：邢立娟江南大学

学位级别：硕士

本文运用密度泛函(DFT)方法中的B3LYP方法,从微观的角度研究了次黄嘌呤和别嘌呤醇及其一价阴阳离子体系的芳香性,2,6-二巯基嘌呤与金属阳离子之间的相互作用以及一系列含氮的Thiocarbon的结构及芳香性。 1.采用密度泛函(DFT)中的B3LYP... 详细信息

本文运用密度泛函(DFT)方法中的B3LYP方法,从微观的角度研究了次黄嘌呤和别嘌呤醇及其一价阴阳离子体系的芳香性,2,6-二巯基嘌呤与金属阳离子之间的相互作用以及一系列含氮的Thiocarbon的结构及芳香性。 1.采用密度泛函(DFT)中的B3LYP方法研究了次黄嘌呤及其一价阴阳离子和别嘌呤醇及其一价阴阳离子的芳香性。在6-311++G(d,p)基组水平上计算得到了这些物质的最稳定构型,在此基础上进行了芳香性判据的计算及分析,计算结果表明,这些物质均具有芳香性,芳香性总体顺序为:一价阴离子>中性分子>一价阳离子。 2.采用DFT方法在B3LYP/6-311++G**水平下研究了2,6-二巯基嘌呤(DTP)与金属阳离子(Li+,Na+,K+,Be2+,Mg2+,Ca2+)的相互作用机制。得到了这些体系的稳定构型,并从构型、能量、频率及aim分析等角度的对其进行了研究。计算结果显示:在气相条件下,一价金属阳离子与DTP相互作用的活性位点在DTP的N3和S2位附近,而二价金属阳离子则更倾向于与DTP的N7和S6位发生相互作用并与之形成复合物。一价金属阳离子在水中与DTP的相互作用的情况基本上与在气相中的情况相似,二价金属阳离子与DTP生成的复合物在水中则更为稳定。 3.采用B3LYP方法研究了含氮的Thiocarbon的芳香性。在aug-cc-pVDZ基组水平上计算得到了这些物质的最稳定构型,在此基础上进行了芳香性判据的计算及分析。计算结果表明,三元环和少数五元环具有芳香性,而四元环和大部分五元环基本不具有芳香性。

关键词：嘌呤衍生物 DFT NICS MS 芳香性 BSSE aim分析 Thiocarbon

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胞嘧啶与小分子弱相互作用机制的理论研究

胞嘧啶与小分子弱相互作用机制的理论研究

作者：董卫波江南大学

学位级别：硕士

本文主要是运用从头算(Ab initio)方法的MP2方法和密度泛函(DFT)方法的BLYP方法,选用6-311++G(d, p)和Lanz2dz基组对胞嘧啶分子、呋喃分子和BX(X=F, Cl, Br, I)之间相互作用进行系统的理论研究。从微观的角度对分子间弱相互作用的机理... 详细信息

本文主要是运用从头算(Ab initio)方法的MP2方法和密度泛函(DFT)方法的BLYP方法,选用6-311++G(d, p)和Lanz2dz基组对胞嘧啶分子、呋喃分子和BX(X=F, Cl, Br, I)之间相互作用进行系统的理论研究。从微观的角度对分子间弱相互作用的机理进行系统的分析讨论。通过计算,胞嘧啶与BX(X=F, Cl, Br, I)可以形成稳定的相互作用体系,得到势能面上对应的最小值的稳定构型。结果显示,胞嘧啶和BX之间的作用形式都为σ-р式。均为胞嘧啶上的N、O或者氨基N原子提供孤对电子到B的空р轨道,同时,电荷从胞嘧啶分子转移到BX分子。在此体系中,胞嘧啶和BF的作用体系是最稳定的,其顺序为胞嘧啶-BF>胞嘧啶-BCl>胞嘧啶-BBr>胞嘧啶-BI。胞嘧啶同呋喃分子之间的相互作用,本质上也是由于电子的转移而产生的。通过aim理论分析,氢键在我们所研究的体系的稳定性中起到非常重要的作用。通过NBO价键理论分析,双氢键体系B为最稳定的,电荷主要是由作为给体轨道的呋喃分子上氧原子的孤对电子,转移到作为受体轨道的胞嘧啶分子的C16-H21上。同样道理,我们还研究了呋喃/噻吩与BX(X=H,F,Cl)相互作用体系,由于电荷的转移而形成稳定的复合物体系。通过结合能的比较和NBO理论分析呋喃-BX(X=H、F)的稳定性大于噻吩-BX(X=H、F)的稳定性。总体上看,给体-受体之间的电荷转移相互作用对于维持相互作用体系的稳定性起到了重要作用;NBO理论分析结果也说明在相互作用体系中,电子给体轨道与电子受体轨道之间的相互作用(即电荷转移相互作用)对于维持相互作用体系的稳定都起着非常重要的作用;但是电荷转移相互作用不能完全决定相互作用体系的稳定性。

关键词： Ab initio 密度泛函(DFT) 相互作用电荷转移 NBO分析 aim分析

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金属与稀有气体原子的成键分析

金属与稀有气体原子的成键分析

作者：鲜思源西南大学

学位级别：硕士

近年来,人们通过理论预测或实验合成发现了大量稀有气体化合物,其中含M-Rg(M为金属原子,Rg为稀有气体原子)键的化合物一直以来都是稀有气体化合物领域的重点研究方向。为了进一步探究金属与稀有气体原子的成键性质,为实验室的合成作出... 详细信息

近年来,人们通过理论预测或实验合成发现了大量稀有气体化合物,其中含M-Rg(M为金属原子,Rg为稀有气体原子)键的化合物一直以来都是稀有气体化合物领域的重点研究方向。为了进一步探究金属与稀有气体原子的成键性质,为实验室的合成作出合理预测,本文运用量子化学从头算(ab initio)和密度泛函方法,对(1)MRg+和 MRgF(M=Co,Rh,Ir;Rg=Ar,Kr,Xe);(2)MRgOAl和RgMOAl(M=Cu,Ag,Au);(3)H(F)MgRgF(Rg=Ar,Kr,Xe)三个体系进行了理论研究。本论文主要包括以下内容:1.本文利用不同计算方法对由稀有气体原子(Ar,Kr,Xe)与过渡金属原子(Co,Rh,Ir)形成的化合物MRg+和MRgF进行几何结构优化和频率计算,并探究了MRg+和MRgF的热力学性质,结果表明,前者在热力学上是稳定的,后者是不稳定的。同时使用分子中的原子理论(aim,atoms in a molecule)的电子密度拓扑分析方法、自然键轨道(NBO,natural bond orbital)分析方法、能量分解分析方法(EDA,energy decomposition analysis)等多种分析方法解析M-Rg的成键性质。结果显示,化合物MRg+的单位正电荷主要分布在金属M上,M与Rg之间的键弱且不共价。且MRg+和MRgF分子中金属的电子密度分布与其对应的一价自由离子M+的分布类似,因而MRg+与MRgF中的M-Rg键都不是典型的共价键。与MRg+相比,MRgF中的M-Rg键长更短(接近于M与Rg原子的理论共价半径之和),Wiberg键级指数(WBI)更大,具有部分共价性质。2.利用量子化学方法深入地研究了“嵌入型”稀有气体化合物MRgOAl及“给体-受体型”稀有气体化合物RgMOAl(M=Cu,Ag,Au)的结构和稳定性。文中讨论了MRgOAl四种2-B和两种3-B解离途径。除MRgOAl→Rg+MOAl外,其它解离途径都是吸热吸能且非自发的。而该渠道较高的反应能垒(ΔE(?)=9.7-35.7 kcalmol-1)表明MRgOAl分子在动力学上是稳定的,因此,预测的MRgOAl分子本质上为亚稳态,可通过适当的实验技术,在低温下被制备和表征。RgMOAl分子中的M-Rg键比对应的MRgOAl分子中的M-Rg键弱,但是它在热力学上是稳定的(解离为Rg+MOAl时的解离能为3.4-20.4kcal/mol)。本文利用NBO、aim和EDA等方法对M-Rg的化学键性质进行分析,结果表明,MRgOAl分子中的M-Rg键的Wiberg键级为0.387-0.789,轨道相互作用能占总相互作用能的53.7%-56.2%,由此判定M-Rg键(尤其是Au-Rg键)具有典型的共价特征。而MRgOAl分子中的Rg-O的Wiberg键级为0.082-0.199,静电相互作用能占O-Rg总相互作用能60.1%-65.5%,且Rg和O之间几乎没有电子定域特征,由此判定Rg-O应为离子键。因此,MRgOAl分子可用路易斯结构:[MRg]+[OAl]-来表示。3.本文使用B3LYP和MP2方法对FMgRgF和HMgRgF(Rg=Kr-Rn)进行了理论探究。结果表明,六种化合物在两种方法下都是稳定的线性结构。计算得到的Mg-Rg的键长与同一理论水平下的[Mg-Rg]2+的键长非常接近,因此,Mg-Rg键可被看作为一个共价整体[Mg-Rg]2+,NBO结果表明,这个整体与F-为离子间相互作用。为探究其热力学稳定性,我们考虑了这两类化合物的三种解离途径,并计算得到了放热渠道:F(H)MgRgF→F(H)MgF+Rg的过渡态及相应的能垒。其中,FMgKrF,HMgKrF和HMgXeF的能垒较低(1.27-4.83Kcal/mol),即使是在低温下也不能稳定存在;FMgXeF,FMgRnF和HMgRnF的能垒为7.34-10.70Kcal/mol,可在低温下存在(大约100K)。EDA结果表明,FMgRgF的总轨道相互作用能较HMgRgF大,表现出更强的稳定性,且两类分子中的Mg-Rg键都具有部分共价特征,而Rg与F之间则为离子间相互作用。

关键词：稀有气体原子金属 NBO aim分析

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分子印迹—固相萃取牛奶中有机磷农药残留

分子印迹—固相萃取牛奶中有机磷农药残留

作者：李小红江南大学

学位级别：硕士

本文旨在采用一种新的样品前处理方法-分子印迹固相萃取法,从含有复杂基质的生物样品牛奶中萃取有机磷农药残留,为含复杂基质样品中痕量分析物的检测提供新的样品前处理技术。采用悬浮聚合法制备分子印迹聚合物,通过静态吸附实验进行表... 详细信息

本文旨在采用一种新的样品前处理方法-分子印迹固相萃取法,从含有复杂基质的生物样品牛奶中萃取有机磷农药残留,为含复杂基质样品中痕量分析物的检测提供新的样品前处理技术。采用悬浮聚合法制备分子印迹聚合物,通过静态吸附实验进行表征印迹聚合物的吸附特性,并把制备的印迹聚合物微球作为固相萃取填料在实际样品中进行应用。具体研究内容如下: (1)密度泛函(DFT)中的B3LYP方法在比较高的基组下进行理论计算,得到加合物的最稳定构型,并算出其结合能。采用aim理论对所形成的稳定体系在B3LYP/6-31+G(d, p)下计算电荷密度(ρc)的拓扑分析和在临界点的拉普拉斯值(?2ρc),并通过分析电荷密度和它在临界点的拉普拉斯值来确定键的相互作用的本质,研究发现相互作用的功能基团之间的?2ρ>0,并在典型的氢键范围内。由此证明,印迹分子与选择的功能单体之间可以通过氢键作用,形成稳定的加合物,并具有多个结合位点,即证明选择的单体的正确性,可借助此结果对分子印迹过程的识别机理进行探讨。 (2)分别以甲胺磷、乙酰甲胺磷为印迹分子,α-甲基丙烯酸为功能单体,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯为交联剂,悬浮聚合法制得甲胺磷、乙酰甲胺磷分子印迹微球。以乙酰甲胺磷分子印迹微球为例,考察了印迹分子与单体、交联剂之间的比例对印迹聚合物吸附性的影响,以及氯仿用量对微球粒径分布的影响,制得37.50μm粒径的分子印迹聚合物微球。采用静态吸附方法考察MIPs的吸附性能,通过Scatchard模型对乙酰甲胺磷印迹微球的静态吸附实验数据进行分析,表明MIPs在合成过程中形成了两个结合位点。本文在乙酰甲胺磷(或甲胺磷)和水胺硫磷为竞争物时MIPs对甲胺磷(或乙酰甲胺磷)的吸附选择性进行考察,选择性因子α均大于1,说明MIPs对甲胺磷(乙酰甲胺磷)具有很好的吸附选择性。 (3)本文采用甲胺磷印迹聚合物微球为固相萃取吸附填料,并对洗脱溶剂进行优化。在优化的洗脱剂条件下,印迹分子的固相萃取回收率达96.4%,能够用于甲胺磷的富集浓缩,而空白聚合物却不具备这样的特性。当实际牛奶样品中甲胺磷、乙酰甲胺磷和水胺硫磷加标水平为100μg/kg时,甲胺磷回收率达87.4%,乙酰甲胺磷和水胺硫磷的回收率低于15%。结果表明分子印迹-固相萃取对甲胺磷有很好的专一选择性,且回收率能够满足农药残留分析要求。在相同实验条件下,与C18固相萃取柱进行比较,分子印迹固相萃取的选择性及样品净化能力优势明显。

关键词：分子印迹固相萃取悬浮聚合有机磷农药残留牛奶 aim分析

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金-碳族元素掺杂团簇中相互作用的理论研究

金-碳族元素掺杂团簇中相互作用的理论研究

作者：张万里河南大学

学位级别：硕士

在团簇尺度下,掺杂金团簇呈现出许多与金块体不同的物理化学性质,使得其在材料科学、传感器件、生物技术、医学、催化等领域均具有广阔的应用前景,金-碳族元素掺杂团簇的理论研究对实验制备此类团簇具有重要实际意义。此前的研究结果表... 详细信息

在团簇尺度下,掺杂金团簇呈现出许多与金块体不同的物理化学性质,使得其在材料科学、传感器件、生物技术、医学、催化等领域均具有广阔的应用前景,金-碳族元素掺杂团簇的理论研究对实验制备此类团簇具有重要实际意义。此前的研究结果表明AuSi中具有与硅氢化合物同样强的共价键;AuSi具有显著的三维芳香性,并具有σ+π双键特性;金-炔基单元的催化剂中Au-C键的强度和键级之间成反比关系,显示出金-碳族元素掺杂团簇非凡的成键特性,此类团簇也为深层次研究分子成键理论提供了适宜的素材,通过对此类团簇的几何构型、稳定性、相互作用及空间效应、静电效应、量子效应对相互作用的影响进行系统的研究,不仅能够认识这些效应对分子成键的作用规律,而且能发展此类团簇中相互作用的理论及研究方法。本课题采用量子化学计算中的CCSD(T)和B3LYP方法以及相对论的赝势及其相应的基组,使用Gaussian系列程序,对金-碳族元素掺杂团簇AuX(X=C,Si,Ge,Sn,Pb;m+n分析表明Au与X间相互作用主要来源于Au原子6s5d杂化轨道和X原子最外层sp杂化轨道的重叠。相互作用分析表明AuC中呈现出明显的共价性特征,其他体系中共价性相对较弱。Au-X间相互作用主要由空间效应作用与量子效应作用引起,空间效应对相互作用具有正作用,量子效应对原子间相互作用呈负作用;AuC相互作用强于其他体系由AuC间具有较强空间效应引起,而其量子效应和静电效应相对弱于其他体系,削弱AuC中相互作用。AuC中BCP点处空间电荷集聚,表明AuC空间效应较强。对金-碳族元素掺杂团簇AuX(X=C,Si,Ge,Sn,Pb;m+n分析表明AuC、AuC和AuC中Au-C间具有共价作用;C-C间具有明显共价作用。AuGe、AuGe和Au Ge中,Au-Ge间共价性特征较弱,Ge-Ge中具有明显的共价性。AuX相互作用主要由空间效应与量子效应导致,空间效应增强原子间相互作用,而量子效应却减弱相互作用强度;在AuX中,静电效应对AuX团簇的稳定起负作用,但影响程度远弱于量子效应;AuX和Au X中,静电效应对团簇的稳定具有正向作用。对AuX,AuX,Au X,增加X原子个数,团簇原子间相互作用加强,空间效应、静电效应增强团簇间相互作用,量子效应减弱团簇间相互作用。

关键词：相互作用稳定结构 NBO分析 aim分析能量分解