确定大分子体系电荷分布的新方法

近年来，应用密度泛函理论探求电负性和硬度与体系中电荷分布之间的关系，成为令人关注的课题[1~5]．Mortier[1,2]的电负性均衡方法（EEM）没有考虑化学键电荷．Ghosh[4]的半经验电负性均衡方法考虑了化学键电荷，但键电荷取值假设太简单．本文同时考虑了分子中的原子电荷和键电荷的作用，给出了分子中原子和化学键有效电负性的精密公式，这些公式为发展一个系统的精密电负性均衡方法及应用奠定了基础．1理论方法以密度泛函理论[6]为基础，将分子的单电子密度ρmol（r）按式（1）分割：式中ρα（r）是分子中α原子区域的单电子密度，ρα…     

原子-键电负性均衡方法参数的确定与探讨

原子-键电负性均衡方法(ABEEM)是以密度泛函理论(DFT)和电负性均衡原理为基础发展而来，它明确地考虑了化学键是不引入任何实验数据的带纯理论性和计算的方法．使用统一标准并具有代表性和全面性地选择了200多个模型分子，利用可得到较准确结构的MP2／6-31G*优化结构，心／STO-3G单点计算得到Mulliken重叠布居，再用最小二乘法拟合得到许多主族元素在分子体系中的诸原子(包括单、双和叁键等不同成键状态)和化学键的ABEEM参数．所得到的原子的价态电负性可与已提出的其他电负性标度相比拟，计算CO得到的电荷负端为C(与从头计算的结果相反)，结果与实验相符，且原子电荷的正负不完全由原子电负性决定．     

密度泛函理论下的分子电负性--Ⅷ. ABEEM方法中封闭体系的电荷极化模式

在密度泛函理论（ＤＦＴ）和原子－键电负性均衡模型（ＡＢＥＥＭ）基础上,给出了建立ＡＢＥＥＭ软度矩阵和封闭体系的电子布居正则模式（ＰＮＭ）的方法．该方法可用于计算和讨论分子体系内部的电荷极化过程,计算结果表明,考虑了孤对电子（ｌｐ）后,原子－键电负性均衡模型下的电子布居正则模式明确地指出了分子内各个部分电荷间的极化．从ＡＢＥＥＭ可以得到与所有化学键电荷极化有关的电子布居正则模式,而这些与化学键电荷极化有关的电子布居正则模式中的最软模式可以正确地预测相应的从头计算结果,但是,方法更简单,结果更明了。     

电负性均衡

电负性是分子中一个原子把电子拉向它自身的能力,是化学理论的基本概念之一。继Pauling建立第一个电负性标度后,提出了众多的电负性标度。只是在密度泛函理论的基础上,电负性概念和电负性均衡原理,才被精密地论证。近二十多年来,电负性理论的重要发展是:应用电负性均衡模型或方法,可以快速地计算分子体系的电荷分布,从而确定分子的其他性质,甚至包括分子的结构和反应性指标。通常的电负性均衡方法只把分子划分到原子区域,虽然简单直观,但其精度和应用范围受到限制。原子与键电负性均衡方法,把分子划分到包括原子区域、化学键区域和孤对电子区域,能够较快速精密地计算分子的电荷分布和其他性质,并被应用到构建新一代可极化或浮动电荷力场的探索中,有广阔的应用前景。     

ABEEM方法预测响应函数

在密度泛函理论和原子-键电负性均衡模型基础上,定义了与化学键有关的响应函数以及化学键区域的Fukui函数,建立了一套快速确定分子中各区域(包括原子区域和化学键区域)响应函数的新方法.对大量分子的响应函数的计算结果表明,该方法得到的响应函数可以较好地预测分子中各点的反应活性,并更加快捷省时,展示了原子-键电负性均衡模型的广阔应用前景.     

基于电负性均衡理论快速计算多肽分子中原子电荷的新方法（英文）

原子电荷在深入理解和模拟蛋白质的化学行为中发挥了重要的作用。通过校正电负性均衡方法(EEM)可快速计算大分子中原子电荷的分布情况。为进一步提高电负性均衡方法的准确性,本文根据Bader提出的分子区域片段中原子电荷高度转移理论,提出了一种校正电负性均衡理论的新方法,专门用于快速、准确计算生物大分子多肽或蛋白质中分子中原子电荷(AIM)。在EEM参数优化过程中,本方法不仅包括了不同原子间的连接性和价键的杂化属性,还考虑了分子片段或基团的区域化学环境因素对校正的影响。本研究对变量优化方法进行了深入讨论,微分进化算法被证明对目标函数有较好地表现。本方法计算的AIM电荷,与密度泛函理论的计算结果进行了比较。结果表明,与原来的EEM模型相比较,本方法计算的AIM电荷的精确度得到了大幅提高,为具有重复分子片段或基团的生物大分子体系(如多肽或蛋白质等)的原子电荷的快速计算提供了一种更为准确的方法,同时也为EEM的校正提供了一种新的思路。     

密度泛函理论下的分子电负性——Ⅵ.原子键电负性均衡模型

以密度泛函理论和电负性均衡原理为基础 ,将体系的单电子密度分割为原子的单电子密度和键的单电子密度 ,得到了分子总能量、分子中原子以及键的有效电负性的表达式 .基于这些表达式 ,提出了直接计算体系的总能量和体系中电荷分布的新方法 .此模型比其他电负性均衡方法更合理 .对大量分子的总能量和电荷分布所进行的计算结果表明所提出的原子 键电负性均衡模型是可行的 ,可以应用于确定各类生物和有机大分子的总能量和电荷分布 ,给出较EEM和MEEM模型更近于从头计算的结果     

应用ABEEM模型计算铁(Ⅱ)配合物的电荷分布

以密度泛函理论和电负性均衡原理为基础,在原子-键电负性均衡模型中,利用最小二乘法,并结合自编程序,拟合确定了氢、碳、氮、硫以及铁(Ⅱ)等各种类型的原子及相关化学键区域的参数.利用上述参数计算了一些铁(Ⅱ)配合物的电荷分布,计算结果可以和从头算结果很好地相关联.     

分子ABEEM电荷分布的图形表示

利用Matlab软件编写程序, 将基于密度泛函理论和电负性均衡原理发展的原子-键电负性均衡方法σ-π模型(ABEEM σ-π)计算的电荷分布, 特别是键电荷和孤对电子的电荷分布, 用图形表现出来, 对分子的电荷分布给出直观形象的认识, 并以腺嘌呤、腺嘌呤脱氧核苷酸以及丙烯与氯化氢的马氏亲电加成反应为例, 进行应用说明.     

利用浮动电荷力场对N-甲基乙酰胺水溶液的分子动力学模拟

利用原子键电负性均衡结合分子力场方法(ABEEM/MM)对N-甲基乙酰胺(NMA)分子的水溶液体系进行了分子动力学模拟. 与经典的力场模型相比, 该方法中的静电势包含了分子内和分子间的静电极化作用, 以及分子内电荷转移影响, 同时加入了化学键等非原子中心电荷位点, 合理体现了分子中的电荷分布. 相对其它极化力场模型, 该模型具有计算量较小的特点. 在该模型下对NMA纯溶液和其水溶液体系进行了分子动力学模拟, 得到的径向分布函数、汽化热和偶极矩等物理量与实验值和其它极化力场方法符合很好, 合理描述了溶质与溶剂之间的静电极化和分子内的电荷转移.     

环多肽晶体的浮动电荷极化力场模拟

利用原子键电负性均衡结合分子力场方法(ABEEM/MM)对五种环多肽晶体进行了研究. 与传统力场相比, 该方法中的静电势包含了分子内和分子间的静电极化作用, 以及分子内电荷转移影响, 同时加入了化学键等非原子中心电荷位点, 合理地体现了分子中的电荷分布. 相对其他极化力场模型, 具有计算量较小的特点. 该模型下计算得到的环多肽分子单元相对实验测得的结构的原子位置、氢键长度和二面角的均方根偏差分别为0.009 nm、0.013 nm和5.16°, 能够很好地重复实验结果. 总体上, 其结果优于或相当于其他力场模型, 适用于对实际蛋白质体系的模拟和研究.     

对取代苯Ph一X（X＝F，OH，NH_2）的价键理论研究

采用键表酉群方法对Ｃ６Ｈ５Ｆ、Ｃ６Ｈ５ＯＨ和Ｃ６Ｈ５ＮＨ２中的电子离域现象进行了计算和分析，讨论了取代苯的价键描述特性，并计算了取代基的π电子离域能．结果表明离子结构成分与离域能有直接关系，即离子成分越多，电子离域能越大．／６－３１Ｇ基组及“分子中的原子”方法将电荷密度分区积分得到各原子上的电荷集居数，并将此结果与取代苯的反应性能进行了比较。为在价键意义上分析和理解取代基对苯环电子结构及其反应性能的影响，本文对３个典型的取代苯Ｐｈ－Ｘ（Ｘ＝Ｆ，ＯＨ，ＮＨ２）进行了初步的价键计算和讨论．１计算方法及构型在键表酉群方法中［５］，体系的一个共振结构可用一个价键结构函数即键表ψ（ｋ）来描述，相应的体系总波函数Ψ可表示为Ｍ个正则键表的线性组合：式（１）便构成了键表相互作用（ＢＴＩ）计算方法［６］的基础．键表对体系的结构贡献定义为：原子轨道ｑ上的电荷集居数定义为：式中ｍｑ（ｋ）可取０、１或２，分别对应于键表ψ（ｋ）中原子轨道ｑ出现０、１或２次．为简比计算，我们将取代苯的σ骨架用ＨＦ分子轨道固定［７］，这样仅需考虑π电子及轨道．原子轨道积分及ＨＦ－ＳＣＦ计算采用Ｇａｕｓｓｉａｎ８０程序．联系人及第一作者：莫亦荣，男，２９     

吡啶气相光氯化反应理论研究：—加成反应机理的过渡态IRC解析

通过PM3方法研究氯自由基与吡啶分子加成反应的结果表明，生成不同产物2－氯吡啶、3－氯吡啶、4－氯吡啶的每一个反应通道存在两个过渡态，生成2－氯吡啶反应路径主过渡态的能量及活化能量低，分别为－110293．6和139.2kJ/mol。反应优生成2－氯吡啶，与实验结果一致，生成2－氯吡啶反应过程（IRC）相关的键长，，键级和原子净电荷变化表明，吡啶环反应部位C原子与Cl加成形成C－Cl键主要与共轭双键断裂同步，而C－H键的断裂主要与共轭双键的重新形成同步，反应进程中氯原子净电荷从增加到减少的变化是氯原子诱导效应吸引电子和p-π共轭电荷平均分布等相互作用的结果。     

金属氧化物/聚(N,N-二甲基苯胺)界面相互作用的ESR研究

共轭聚合物在电、光、磁等方面有很大的应用价值［１～３］,利用其研制各种实用性电子器件时,往往会涉及到它与其它材料尤其是无机半导体材料的界面复合问题［４～７］．在这些界面间,除形成一定的化学键外［８］,更多的则是伴随着电子的转移和电荷的重新分配［９,１...     

吡啶气相光氯化反应理论研究──加成反应机理的过渡态和IRC解析

通过PM3方法研究氯自由基与吡啶分子加成反应的结果表明,生成不同产物2－氯吡啶、3－氯吡啶、4-氯吡啶的每一个反应通道都存在两个过渡态,生成2－氯吡啶反应路径主过渡态的能量及活化能最低,分别为-110293.6和139.2kJ/mol,反应优先生成2－氯吡啶,与实验结果一致.生成2－氰吡啶反应过程(IRC)相关的键长、键级和原子净电荷变化表明,吡啶环反应部位C原子与Cl加成形成C-Cl键主要与共轭双键断裂同步,而C-H键的断裂主要与共轭双键的重新形成同步.反应进程中氯原子净电荷从增加到减少的变化是氯原子诱导效应吸引电子和p－π共轭电荷平均分布等相互作用的结果.     

肉桂醛催化选择加氢反应中双金属的协同效应

对既含有ＣＣ键又含有ＣＯ键的分子,ＣＣ键的选择加氢意义重大［１］．α,β不饱和醛选择加氢成饱和醛就属于此类．钯是已知的可在温和条件下将α,β不饱和醛选择加氢生成饱和醛最有效的催化剂之一．人们曾研究了不同钯化合物催化剂对α,β不饱和醛中ＣＣ的双键选择加...     

Sanderson电负性模型在Keggin型杂多化合物催化体系上的应用

根据Keggin型杂多化合物的分子式,采用Sand-erson 电负性模型,可较容易地计算出化合物分子的平均电负性和其组成原子的分电荷。在同系列化合物中,金属原子的分电荷与 M=O,M—O一M(M=Mo,W)键的振动频率,催化剂的催化活性线性相关。此种关系     

三环系环庚富烯衍生物的合成

环庚富烯是一种交替共轭的极不稳定的化合物，但Ｃ８位带有强吸电子取代基的环庚富烯衍生物是相当稳定的，如８，８－二氰基环庚富烯（１）［１］Ｘ－射线晶体结构分析数据表明，１具有接近平面的结构，其环外双键的键长为１．４２Ａ，已显示部分双键的性质［２］。这一结果表明，吸电子的氰基的引入，增加了对偶极结构（１ｄ）的贡献，使分子趋于稳定。我们合成了一系列二环系五员杂环并环庚富烯衍生物（２），用可变温核磁共振线状分析技术，证实了１０π体系的电子离域可加大偶极结构的贡献，降低环庚富烯环外双键的旋转能垒［３］。为了…     

有机化合物中二级化学键的理论研究(Ⅳ)——喹啉基氮杂大环铜配合物中的二级化学键

前文［１,２］报道了二级化学键存在于若干金属有机化合物以及某些簇合物中,实际上,在Ｆｉｇ．１ＣｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＣｕＬ２［１４］┐２ｑｕ某些配合物体系中亦存在着二级化学键．本文将着重研究喹啉基氮杂环铜配合物（ＣｕＬ２［１４］－２ｑｕ）...     

电负性应用的新进展

电负性是化学中的一个十分重要的基本概念。尽管有关这一概念的理论、计算方法、应用范围等等尚未完全成熟,各方面都还在发展中,但是电负性在化学各领域中的广泛应用,至今已被大多数化学工作者所接受。例如,利用电负性可计算键长,决定化学键的极性,计算化学键的键能,决定化合物的性质和酸碱性,计算键的电子电量,计算分子的偶极矩,决定物质的熔