N,N-二(8-羟基-5-喹啉甲基)甘氨酸乙酯的量子化学研揪

运用分子轨道理论中的半经验AM1、PM3方法和Hartree-Fock从头算方法,通过能量梯度全优化率先计算了新近合成的化合物N,N-二(8-羟基-5-喹啉甲基)甘氨酸乙酯的平衡几何构型、电子结构以及生成热、偶极矩等分子基本性质,并联系经典有机电子结构理论进行讨论.三种方法得到的结构参数基本一致,和实验测量的晶体结构符合较好.在稳定构型基础上,用AM1方法进行正则振动频率分析,得到C-C双键、C-N单双键、C-O单双键和羟基OH的振动基频,和实验测得的红外光谱特征峰吻合较好.     

C72O3的结构和光谱的理论研究

采用AM 1方法理论研究了C70 五元环酸酐衍生物C72 O3 的 8种可能异构体的结构和稳定性 ;以各异构体稳定构型为基础 ,分别用AM 1和ZINDO/CI方法计算了它们的振动光谱和电子光谱。结果表明 ,酸酐基团—C2 O3 主要加成在CⅠ CⅡ(异构体A)和CⅢ CⅢ(异构体B)键上形成闭环结构 ,异构体B的稳定性与实验已证实存在的异构体A十分相近 ;异构体A的振动光谱理论计算值与实验值符合较好 ,B的振动光谱理论计算值与A相似 ;对C72 O3 各异构体的电子跃迁进行了理论指认 ,讨论了其电子光谱的红移现象 ;其他异构体的振动和电子光谱属于理论预测。     

芳香性取代基对2-(2-羟基苯基)苯并咪唑激发态质子转移和光谱性质影响的理论研究

运用密度泛函(DFT)和含时密度泛函(TD DFT)理论方法研究了在2-(2-羟基苯基)苯并咪唑(HBI)苯环羟基的对位分别被呋喃基、吡咯基等五种芳香性取代基后的衍生物(HBI-R)分子内质子转移过程,考察了取代基的电子离域效应对分子结构、分子内氢键和质子转移的影响,模拟计算了各分子的IR振动光谱和电子光谱。研究发现,基态的HBI与HBI-R分子内氢键O—H…N比O…H—N强度大,因氢键中的O—H增长和H—N的缩短,激发态氢键O—H…N弱于O…H—N强度,基态和激发态的稳定构型分别为醇式和酮式结构,取代基总体上使酮式构型相对稳定性有所增加,但呋喃基、吡咯基和噻吩基却略降低了激发态酮式构型相对稳定性。取代基降低了HBI基态和激发态分子内质子转移反应的能垒,但影响不大。电子吸收光谱的最大吸收峰和荧光光谱的最大发射峰主要源于前线分子轨道HOMO与LUMO之间的电子跃迁,芳环取代基增强了电子离域效应,使光谱的吸收峰和发射峰波长均有较大的红移。     

5-羟基-7,4′-二甲氧基二氢黄酮分子结构的理论计算研究

分别应用Hartree—Fock从头算方法和B3LYP密度泛函方法从黑沙蒿中分离得到的5-羟基-7，4’-二甲氧基二氢黄酮分子的几何构型进行优化，并采用规范不变原子轨道GIAO法，进行核磁共振化学位移计算，得到其两种构型的结构参数和NMR化学位移值。并对理论计算值与实验值的误差进行了统计分析、由计算结果推测该化合物分子结构中C（2）上的H在B位，即C（2）的绝对构型为S型．     

5-羟基-7,4′-二甲氧基二氢黄酮分子结构的理论计算研究

分别应用HartreeFock从头算方法和B3LYP密度泛函方法从黑沙蒿中分离得到的5羟基7,4′二甲氧基二氢黄酮分子的几何构型进行优化,并采用规范不变原子轨道GIAO法,进行核磁共振化学位移计算,得到其两种构型的结构参数和NMR化学位移值,并对理论计算值与实验值的误差进行了统计分析.由计算结果推测该化合物分子结构中C(2)上的H在β位,即C(2)的绝对构型为S型.     

三种2-苯乙烯基苯并噻唑类化合物荧光性能的量子化学研究

采用量子化学半经验方法RHF／AM1对3种有较高杀霉活性的2—苯乙烯基苯并噻唑类化合物的电致发光性质进行了理论研究,对探索新型有机发光材料以及设计具有特定光电转换功能材料的分子提供了一种新的研究方法。对各化合物进行的构型优化表明,分子具有一定的平面结构,且具有较大的离域π键。对优化后的构型进行振动分析,其最小振动频率分别为13．50,9．66,7．53cm^-1,均未出现虚频率。4种化合物的HOMO和LUMO之间的能量差△E分别为7．838,7．706,7．288eV,△E较小,离域电子容易激发。在此基础上用RHF／CIS方法分别计算了它们的荧光光谱,选用1153个组态进行计算,所得结果与实验值基本符合。     

7-羟基香豆素红外光谱的密度泛函理论研究

红外光谱是化合物结构鉴定的重要信息来源,对天然有机药物的分子结构及其生物活性研究意义重大。而随着理论计算方法更加合理、计算精度不断提高,理论计算在红外光谱模拟、振动模式归属指认等方面优势更加明显,对红外光谱解析等实验研究具有重要参考价值。本研究利用密度泛函理论(density functional theory,DFT)/B3LYP方法,在6-311G(d,p)基组水平对7-羟基香豆素进行了几何结构优化和红外光谱计算,得到稳定结构及全部振动模式。计算结果显示7-羟基香豆素红外光谱吸收峰主要分布于波数3 700~3 500,3 150~3 000,1 750~1 400,1 400~1 000,1 000~50cm~(-1)几个区域。除波数3 700~3 500,3 150~3 000cm~(-1)范围内振动相对独立,分别归属为O—H伸缩振动和芳环C—H伸缩振动外,其他几个区域均较为复杂,谱峰不同程度由多个振动模式叠加而成。最后,根据振动模式理论及振动图像分析,对所有振动模式进行了详细指认。并通过线性回归方法,利用相关系数值r研究了7-羟基香豆素红外光谱主要吸收峰波数理论计算值和实验数据的相关性。结果表明,计算值和实验值基本吻合,相关系数值等于0.998 5,相关性较好;采用密度泛函理论在该基组水平对7-羟基香豆素红外光谱的理论计算较为可靠。     

3,5-二甲氧基苯甲醇振动光谱的研究

实验测量了3,5-二甲氧基苯甲醇(L1OH)分子的拉曼和红外光谱,运用密度泛函理论(DFT)采用B3LYP混合泛函和6-311G(d,p)基函数组,计算了该分子的平衡构型和振动频率。结果表明:理论计算出的振动频率值和实验观测值吻合得较好。同时采用简正振动分析方法得到了各振动频率的势能分布(PED),从而对L1OH分子的振动频率归属做出了全面指认。已有文献中还未见有对L1OH分子振动光谱研究的报道。     

2-(2-羟基苯亚甲基)胺基-3-氰基吡啶的结构和光谱性质

实验以水杨醛、2-氨基-3-氰基吡啶为原料,合成了Schiff碱2-(2-羟基苯亚甲基)胺基-3-氰基吡啶并测定了Schiff碱的红外和拉曼光谱.利用密度泛函理论B3LYP方法在6-311++G~(**)基组上对合成的Schiff碱进行了几何构型的优化、红外光谱及拉曼光谱的计算,得到了分子的优势构象的结构参数、频率值及对应的强度.对实验和理论计算的光谱数据进行了对比,对分子的振动模式进行了全面归属,结果表明理论计算与实验测试数据相吻合.此外,还计算了其前线分子轨道,得到了HOMO-LUMO能隙相关的数据,为Schiff碱类化合物的结构分析和光谱检测技术提供了参考依据.     

1-苯基-4 -乙基( 2′-对取代苯基 )环己硅烷类液晶化合物的量子化学研究

运用AM1和PM3两种SCF-MO方法,通过能量梯度全优化计算,给出4种1-苯基-4-乙基(2′-对取代苯基)环已硅烷类液晶化合物的稳定几何构型,电子结构和分子的基本性质(生成热,偶极矩等),联系有机电子结构理论进行了细致的讨论。     

高山红景天中C24H30O8成分结构和性质的密度泛函研究

高山红景天系景天科红景天属草本植物,因其较好的疗效在医学上广泛应用.C24H30O8是一种从高山红景天中提取并已确认其结构的新的化合物.采用密度泛函理论(DFT)方法,在B3LYP/6-31G*水平下全优化得到了该化合物的分子几何构型和电子结构;依据Onsager自恰反应场(SCRF)模型考察了其在氯仿、丙酮、二甲亚砜及水等溶剂中的溶剂化作用;基于气相优化结构进行了B3LYP/6-31G*振动分析,用0.9613校正后的主要红外光谱与实验符合得很好.进一步按照统计力学原理求得了298~1000 K温度范围内该化合物的标准热力学函数(焓,熵,热容).     

苯胺及掺杂态苯胺低聚物结构的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论的计算方法,研究了苯胺低聚物及盐酸、对甲苯磺酸掺杂苯胺低聚物的几何结构和电子结构.结果表明,质子酸掺杂使苯胺低聚物分子链上醌环中C-C单、双键交替的性质被削弱,同时链间C=N键长明显增大.掺杂位上链间C-N-C键角增大,相邻环间的扭转角减小,分子链的共面性有所改善.与盐酸掺杂对比,对甲苯磺酸掺杂更利于电子从环内向链间转移,理论上可更好地改善聚苯胺材料的导电性能.     

γ石墨炔衍生物结构稳定性和电子结构的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的第一原理计算,系统研究了γ石墨炔衍生物的结构稳定性、原子构型和电子性质.γ石墨炔衍生物的结构是由碳六元环以及连接六元环间的碳链组成,碳链上的碳原子数为N=1—6.研究结果表明,碳链上碳原子数的奇偶性对γ石墨炔衍生物的结构稳定和相应的原子构型、电子结构性质具有很大的影响.其奇偶性规律为:当六元环间的碳原子数为奇数时,体系中的碳链均为双键排布,系统呈现金属性;当六元环间的碳原子数为偶数时,系统中的碳链形式为单、三键交替排列,体系为直接带隙的半导体.直接带隙的存在能够促进光电能的高效转换,预示着石墨炔在光电子器件中的应用优势.N=2,4,6的带隙分布在0.94—0.84 eV之间,带隙的大小与碳链上三键的数量和长度有关.研究表明,将碳原子链引入到石墨烯碳六元环之间,通过控制引入的碳原子个数可以调控其金属和半导体电子特性,为设计和制备基于碳原子的可调控s-p杂化的二维材料和纳米电子器件提供了理论依据.     

On the properties of new benzothiazole derivatives for organic light emitting diodes (OLEDs): A comprehensive theoretical study

The present investigation explored theoretically the geometry structures, the electronic and the optical properties of new benzothiazole derivatives with incorporated triphenylamine/diphenylnaphthylamine or (4-vinylphenyl)acrylonitrile as highly efficient emitting molecular materials for organic light emitting diodes (OLEDs). This study is accomplished in order to provide an in-depth understanding of the structure-properties correlation and their effects on optoelectronic devices.In this contribution, we apply quantum-chemical methods (semiempirical Austin Model 1 (AM1), ab-initio Hartree-Fock (HF) and density functional theory (DFT)) to elucidate the photophysical properties of these molecules. First of all, the geometry structures of these compounds in the ground and the excited states were fully optimized, showing a non-planar configuration structures. Whereas, the geometrical structure of benzothiazole with cyano-PV unit is more planar. Structural parameters and vibrational properties of these compounds are then derived. Moreover, absorption and luminescence properties, lying in a bluish white or red light emission, were elucidated by ZINDO/S methods. The molecular orbital (highest occupied molecular orbital (HOMO) and lowest unoccupied molecular orbital (LUMO)), the ionization potentials (IPs) and the electron affinities (EAs) of compounds under study were also investigated. It was found that the detailed results obtained from theoretical simulations are consistent with the available experimental data. This kind of theoretical approach has been proved to be reliable for the structure and spectroscopic properties, and predicts the favorable qualities of these benzothiazole derivatives, which make them as the materials of choice for high performance applications.     

C78O5稳定性和光谱的理论研究

用半经验AM1和INDO/CIS方法及密度泛函方法在C2v-C78基础上研究了C78O5可能异构体的平衡构型和光谱性质．C78O5的最稳定异构体是具有一个轮烯和四个环氧结构的异构体28,29,30,31,52,53,70,71,73,78-C78O5(A)．C78O5异构体电子光谱与C2v-C78相比将发生蓝移，并讨论了蓝移的原因，并对电子跃迁进行指认．基于B3LYP/6-31G优化构型，用AM1和B3LYP/6-31G方法探讨了C78O5的IR和NMR谱．     

Accurate studies on the full vibrational energy spectra and molecular dissociation energies for some electronic states of N_2 molecule

1 IntroductionAccurate results of high-lying vibrational energies and molecular dissociation energy De of diatomic electronic states are very important for thermodynamics, molecular spec- troscopy, reactive scatterings, and the collision physics of ultracold atoms. For example, the binding energy of the highest bound vibrational state to the ground vibrational state determines the s-wave scattering length. This in turn determines the low- energy (pre- dominantly s-wave) atomic elastic-scatteri…     

氮的三原子化合物的从头算及密度泛函研究

在6－311＋G＊基组水平上,对氮的三原子化合物N3^-、N3、N3^+,用MP2及六种密度泛涵方法进行了研究。结果表明,对于已知结构的化合物和计算结果与实验测定值非常吻合,对实验上未知的化合物分子的稳定几何构型及其有关参数进行了新的探讨和补充,同时比较了N3^-、N3、N3^+间相对稳定性和几何性质,并讨论了几种不同方法对该化合物系列诸性质参数的影响,结合MO理论及成键能的计算结果进行了成键分析。     

Formation,structure, and properties of “welded” <Emphasis Type="Italic">h</Emphasis>-BN/graphene compounds

Structures of h-BN/graphene with holes where atoms at the edges are bonded to each other by sp² hybridized C–B and C–N bonds and form continuous junctions from layer to layer with topological defects inside holes have been considered. Their formation, as well as the moiré-type stable atomic structure of such compounds (with different rotation angles of graphene with respect to the hexagonal boron nitride monolayer) with closed hexagonal holes in the AA centers of packing of the moiré superlattice, has been studied. The stability, as well as the electronic and mechanical properties, of such bilayer BN/graphene nanomeshes has been analyzed within electron density functional theory. It has been shown that they have semiconducting properties. Their electronic band structures and mechanical characteristics differ from the respective properties of separate monolayer nanomeshes with the same geometry and arrangement of holes.     

边界对石墨烯量子点非线性光学性质的影响

石墨烯作为一种新型非线性光学材料,在光子学领域具有重要的应用前景,引起研究人员的极大兴趣.本文运用量子化学计算方法研究了边界引入碳碳双键(C=C)和掺杂环硼氮烷(B₃N₃)环对石墨烯量子点非线性光学性质和紫外-可见吸收光谱的影响.研究发现,扶手椅边界上引入C=C双键后,六角形石墨烯量子点分子结构对称性降低,电荷分布对称性发生破缺,导致分子二阶非线性光学活性增强.石墨烯量子点在从扶手椅型边界向锯齿型边界过渡的过程中,随着边界C=C双键数目的增加,六角形石墨烯量子点和B3N3掺杂六角形石墨烯量子点的极化率和第二超极化率分别呈线性增加.此外,边界对石墨烯量子点的吸收光谱也有重要影响.无论是石墨烯量子点还是B₃N₃掺杂石墨烯量子点,扶手椅型边界上引入C=C双键导致最高占据分子轨道能级升高,最低未占分子轨道能级的降低,前线分子轨道能级差减小,因而最大吸收波长发生了红移.中心掺杂B₃N₃环后会增大石墨烯量子点的分子前线轨道能级差,导致B3N3掺杂后的石墨烯量子点紫外-可见吸收光谱发生蓝移.本文研究为边界修饰调控石墨烯量子点非线性光学响应提供了一定的理论指导.     

β石墨炔衍生物结构稳定性及电子结构的密度泛函理论研究

石墨炔衍生物比石墨烯具有更多样化的原子结构,因而具有潜在的更丰富的电子结构.通过第一性原理密度泛函理论研究方法系统研究了β石墨炔衍生物的结构稳定性、原子构型和电子结构.本文计算的β石墨炔衍生物系列体系由六边形碳环(各边原子数N=1—10)通过顶点相连而成.对结构与能量的计算分析表明:当N为偶数时,β石墨炔拥有单、三键交替的C—C键结构,其能量比N为奇数时,拥有连续C=C双键的石墨炔衍生物更稳定.计算的能带结构和态密度显示:根据碳环各边原子个数N的奇偶性不同,β石墨炔可呈现金属性(N为奇数时)或半导体特性(N为偶数时).该奇偶依赖的原子构型和电学性质是由Jahn-Teller畸变效应导致,与碳环各边原子碳链的实际长度无关.计算发现部分半导体β石墨炔(N=2,6,10)呈现狄拉克锥能带特征,其带隙约10 meV,且具有0.255×10~6—0.414×10~6m/s的高电子速度,约为石墨烯电子速度的30%—50%.本密度泛函理论研究表明,将sp杂化碳原子引入石墨烯六边形碳环的边上,可通过控制六边形各边原子个数的奇偶性调制其金属和半导体电子特性或狄拉克锥的形成,为免掺杂和缺陷调控纳米碳材料的电学性质和设计碳基纳米电子器件提供了理论依据.