超分子环糊精两亲分子

本文综述了“超分子环糊精两亲分子”的最新研究进展。超分子环糊精两亲分子主要包括疏水性修饰的环糊精衍生物(第一类)、环糊精衍生物与两亲分子的包合物(第二类)和环糊精衍生物与疏水性客体分子的包合物(第三类)。针对超分子环糊精两亲分子及其自组装体系的研究不但丰富了由诺贝尔化学奖得主Lehn等所提出的超分子化学的内涵,实现了多学科的交叉,而且在生物模拟、智能材料以及可控的、具有疗效的药物输运与缓释等领域具有潜在的应用前景。     

基于分子纳米粒子的巨型分子

本文聚焦于一类非传统的高分子结构,也即基于分子纳米粒子(或称纳米原子,nano-atoms)的巨型分子(giant molecules)。分子纳米粒子是具有确定化学组成、分子对称性和表面官能团的三维刚性笼状骨架结构。巨型分子是利用分子纳米粒子基元构筑的具有精确结构的高分子。受到蛋白质中结构域概念的启发,我们提出经过表面官能化修饰的分子纳米粒子可以作为合成高分子的结构域和功能域,通过逆功能分析,结合包括点击化学在内的高效化学反应,来实现巨型分子的快速模块化合成、可控组装和功能评估,并利用其中得到的构效关系,更为系统地理解材料的性质和指导材料的进一步优化设计。同时,这种新型高分子也可被看成是尺寸放大的小分子。它的许多有趣的自组装行为和相应小分子既有相似之处,又有截然不同之处。比如,巨型表面活性剂在溶液中能像小分子表面活性剂一样组装成为尾链被拉伸的胶束,在本体中则像嵌段聚合物一样形成纳米相分离的结构。这些组装展现出对于一级化学结构不同寻常的敏感性,并容易形成一些非传统的罕见相态,包括Frank-Kasper相态、在低分子量层状晶体PEO中出现的非整数折叠以及在溶液组装中出现的多级结构。因此,我们认为巨型分子作为功能材料在将来的技术领域中将具有广阔的应用前景。     

从单分子到分子聚集态科学

有机光电功能材料的宏观性能不仅只依赖于基元分子自身的理化性质,还取决于其分子聚集行为和聚集态结构。在特定的聚集态结构中,分子间弱相互作用的加和与协同,可促进体系性能的拓展与质变,获得超越分子本征属性的功能。这凸显出当前化学研究逐步从关注单分子向分子聚集态科学转变,体现出分子聚集态研究的重要性。本文借助有机室温磷光性能对分子聚集态结构的高度灵敏性与响应性,系统探讨了分子聚集态结构的形成规律与核心影响因素。以此为基础,进一步拓展分子聚集态研究的应用领域,包括力致发光、有机二阶非线性光学、力致变色、有机发光二极管等,从静态调控到动态刺激响应(刺激源:力、热、光、电场等),从单一结构到多组分体系与器件,同时,确立了各种有机光功能材料的优势分子聚集形式,提出了聚集态调控的有效策略与研究思路,阐述了光电功能材料体系设计与合成的可控性与预见性。     

分子工程学

分子工程学以体系的功能为导向,在分子水平上进行结构设计与施工,探索功能、结构与合成三者之间的关系原理,发展合成、制备与组装方法学,研究结构基元本征性质和构效关系。本文讨论了建设分子工程学这一新学科的重要性,介绍了自发单层分散原理与CO吸附剂、纳米结构光电功能体系、金属纳米簇基催化剂、表面分子多孔网络的精确可控组装以及功...     

生物分子的单分子检测研究

本文评述了生物单分子检测的方法及其在生物大分子结构与功能之间的关系、酶的活性、反应动力学、分子构象、DNA和RNA的转录、蛋白质折叠等生物学重要问题研究上的应用。对生物单分子检测技术这一研究领域的发展趋势作了展望。     

吡哌酸分子印迹聚合物的分子识别

采用分子印迹技术合成了吡哌酸分子印迹聚合物。运用平衡结合实验研究了聚合物的吸附特性和选择性识别能力。Scatchard分析表明,在本文所研究的浓度范围内,聚合物中形成了两类不同的结合位点。吡哌酸分子印迹聚合物对吡哌酸呈现较高的选择识别特性,可作为固相萃取剂,在人血清吡哌酸的分析中对样品进行了有效的提取和净化。     

几种分子导线和分子开关

几种分子导线和分子开关焦家俊（华东理工大学化学系上海２００２３７）电子通讯技术和计算技术等方面的飞速发展已导致对更复杂、更小巧的电子器件的需要。作为计算机的最终目标，是要模仿人的大脑来思维，这就对电子器件的集成度提出了更高的要求。然而，在单晶硅片上生...     

基于分子模拟技术煤焦分子模型构建

煤、焦是过程工业的重要原料。因此，有必要深入了解煤、焦分子结构以揭示其反应性。采用Materials Studio 7.0软件，从分子层次研究煤、焦的分子结构。根据已报道的文献，构建煤、焦的初始结构；基于分子力学原理对这些结构进行优化，使得模型物性与煤、焦物性相符；基于退火模拟算法对模型进行优化，从而使得模型密度、元素分析数据与真实值吻合；基于能量最小化原理，对煤、焦模型再次优化，从而获得其稳定、真实的分子构型。由计算结果发现，模型的估算密度、元素组成与已报道一致，说明构建的模型是有效、合理的；在模型优化过程中，相对于其他能量而言，库伦能和范德华能起着重要的作用。因此可以推断在煤、焦热加工过程中，弱键占据主要地位。另外，本文采用分子模拟技术构建煤、焦模型的方法对于构建其他复杂大分子结构有着重要的借鉴作用。     

对苯二胺分子印迹聚合物的分子识别特性

以对苯二胺(p-PD)为模板分子,分别以甲基丙烯酸(MAA)和丙烯酰胺(AA)为功能单体,制备了p-PD的印迹聚合物P(MAA)和P(AA),采用色谱法考察了其分子识别特性。结果表明,P(AA)对p-PD无明显的印迹效应;而甲醇为流动相时,P(MAA)能够选择性结合p-PD分子(k′=3.57),对p-PD有显著的印迹效应(印迹因子IF=2.95),P(MAA)柱可以实现p-PD与邻苯二胺(o-PD)和对氨基苯甲酸(p-ABA)的色谱分离。通过光谱实验及HF/6-31G*量化理论计算方法,对比研究了p-PD与MAA和AA之间的相互作用。MAA与p-PD能够形成更稳定的复合物,P(MAA)对p-PD具有更好的分子识别能力。研究表明紫外吸收光谱法和荧光光谱法以及量子化学理论计算法可作为功能单体筛选的有效手段;对于荧光模板分子,荧光光谱法具有简便、灵敏等特点。     

分子束中生物分子的光谱与结构

研究分子束中的生物分子有助于探讨生物分子的固有性质和由于生物环境而引起的其他性质之间的区别。本文首先介绍了一种可将生物分子在气相中"孤立"的实验技术,即激光解吸并分子束冷却技术,同时还介绍了与该研究方向相关的光谱方法,即UV/UV和IR/UV烧孔光谱等。并回顾了近年来人们应用这些实验技术对分子束中的氨基酸和短肽、核酸碱基、糖类和神经递质类分子以及它们的团簇最新研究进展。文中还简要介绍了一种新的应用于构象异构动力学研究的光谱方法,即激励辐射泵浦-注孔(SEP-HF)和激励辐射泵浦-布居转移(SEP-PT)。最后,综述了短肽离子光解离动力学和短肽离子中发生的电荷快速转移动力学过程的研究进展。     

密度泛函活性理论中的Rényi熵, Tsallis熵和Onicescu信息能

根据密度泛函理论,分子的电子密度确定了该体系基态下的所有性质,其中包括结构和反应活性.如何运用电子密度泛函有效地预测分子反应活性仍然是一个有待解决的难题.密度泛函活性理论(DFRT)倾力打造这样一个理论和概念架构,使得运用电子密度以及相关变量准确地预测分子的反应特性成为可能.信息理论方法的香农熵和费舍尔信息就是这样的密度泛函,研究表明,它们均可作为反应活性的有效描述符.本文将在DFRT框架中介绍和引进三个密切相关的描述符, Rényi熵、Tsallis熵和Onicescu信息能.我们准确地计算了它们在一些中性原子和分子中的数值并讨论了它们随电子数量和电子总能量的变化规律.此外,以第二阶Onicescu信息能为例,在分子和分子中的原子两个层面上,系统地考察了其随乙烷二面角旋转的变化模式.这些新慨念的引入将为我们深入洞察和预测分子的结构和反应活性提供额外的描述工具.     

密度泛函活性理论中的信息论方法

密度泛函活性理论(DFRT)运用简单的密度泛函探讨和定量化分子的反应活性,是近来发展起来的一个关于分子活性理论的新方法。在新近的文献中,这样的简单密度泛函的例子包括香农熵,费舍尔信息以及其它来自信息论中的密度泛函。本文综述了DFRT信息论方法的原理,包括物理信息极小原理、最小信息增益原理和信息守恒原理。总结了DFRT信息论方法在电子密度、形态密度和分子中的原子三种表述下的理论框架。此外,还介绍了运用信息论方法在定量描述空间位阻效应、亲电性、亲核性和区域选择性中的突出应用,以及对亲电芳香取代反应的邻对间位取代效应的起源和本质提供的一个全新诠释。最后简要地展望了该领域的几个可能的未来发展方向。     

运用密度泛函活性理论的信息论方法研究苯并富烯衍生物的芳香性

文献中已有越来越多的芳香性体系被发现,同时也有越来越多的芳香性指标被提出来,但是如何解释芳香化合物稳定性的起源以及理解芳香性的本质仍然是当今理论化学中一个悬而未决的难题。运用我们新近提出的密度泛函活性理论信息论方法,不久前我们曾对一系列富烯衍生物进行了系统研究并得到了一个全新的认识。本文进一步探讨苯并富烯衍生物的芳香性行为,目的在于考察一个或多个苯环与富烯连接之后其芳香性发生变化的情况。运用香农熵,费舍尔信息,Ghosh-Berkowitz-Parr熵,Onicescu信息能,信息增益,以及相对Rényi熵六个信息量,和四种芳香指标,ASE,HOMA,FLU和NICS,我们系统地研究了信息量和芳香性指标在单、双、三苯并富烯衍生物中的相关性。我们发现,不管是否有苯环与富烯相连,芳香指标和信息量的交叉相关性都是一样的。这表明,虽然苯环本身具有芳香性,但苯环与富烯相连并不能改变富烯的芳香性与反芳香性本质。苯并富烯衍生物与富烯衍生物的芳香性和反芳香性一致。苯并富烯衍生物的芳香性和反芳香性完全取决于富烯本身的芳香性和反芳香性。这些结果为认识和理解复杂体系芳香性和反芳香性起源和本质将提供有益的启示。     

Critical validation of a new simpler approach to estimate aqueous pKa of drugs sparingly soluble in water

A simple linear approach to estimate the aqueous pK_a of compounds sparingly soluble in water, mainly drugs, from solely one pK_a value determined in any methanol/water mixture is evaluated. The parameters (slope and intercept) of the linear relationships are related to the solvent composition and can be easily calculated according to the acidic or basic functional group of the compound. The method has been tested using the available literature data for phenols, aliphatic carboxylic acids, benzoic acid derivatives, both ortho and non-ortho substituted, amines and imidazole derivatives. The study involves the whole range of solvent composition and about one hundred compounds which show a wide variety of aqueous pK_a, from 1.3 to 12.4. The differences between calculated and previously published aqueous pK_a values are less of 0.2 pK units. Consistent values are obtained whatever the composition of methanol/water mixture employed in the experimental measurements. The results support the usefulness of the tested method as a very simple approach to get reliable aqueous pK_a values for sparingly soluble drugs.     

用密度泛函活性理论和Hammett常数预测单双取代苯酚的酸性

用从头算和密度泛函理论准确预测分子的酸碱性仍然是一个悬而未决的理论和计算难题. 近年来运用密度泛函活性理论(DFRT)发展的分子静电势和价自然原子轨道等概念为该问题的解决提供了一个简单而有效的途径. 最近我们还提出用Hammett常数预测分子酸碱性, 并发现对苯甲酸衍生物其预测精度与DFRT方法一致. 本文将这两个新方法运用于苯酚衍生物体系以验证其普适性, 一共计算了83个体系. 发现二者均可以得到较好的预测精度, 且DFRT方法比Hammett常数结果稍好. 对进一步从局部和整体角度理解分子性质的起源以及这些性质的决定因素提供了有益启示. 该文同时还验证了Hammett常数求和规则的普适性.     

On the relationship between densities of Shannon entropy and Fisher information for atoms and molecules

An analytical relationship between the densities of the Shannon entropy and Fisher information for atomic and molecular systems has been established in this work. Two equivalent forms of the Fisher information density are introduced as well. It is found that for electron densities of atoms and molecules the Shannon entropy density is intrinsically related to the electron density and the two forms of the Fisher information density. The formulas have been confirmed by the numerical results for the first two-row atoms.     

Correlation between hydration and deprotonation in hexaaqua metal complexes

The hydration energy of metallic cations determined with density functional calculations using a double-numerical plus p-polarization basis set, related to the acidity constants of hexaaqua metal complexes, was investigated in the present study. From the results calculated by Vosko-Wilk-Nusair (VWN), Becke-Perdew (BP) and Becke-Lee-Yang-Parr (BLYP) density functionals, a global linear correlation with the observed acidity constants in both main group [Mg(II), Ca(II) and Al(III)] and (post-)transition group [Mn(II), Zn(II), Cd(II), Sc(III), Cr(III), Fe(III), Ga(III) and In(III)] hexaaqua metal complexes has been established:

VWN density functional: pK_a = 16.5760 + 0.0173E_hydr kcal mol⁻¹

BP density functional: pK_a = 15.7329 + 0.0182E_hydr kcal mol⁻¹

BLYP density functional: pK_a = 15.9448 + 0.0185E_hydr kcal mol⁻¹