几种香豆素衍生物核磁共振谱的理论研究（英文）

在B3LYP/6-311G(d,p)水平下对六种香豆素衍生物的结构进行了优化,并通过振动分析验证了其稳定性。利用GIAO方法在B3LYP/6-311G(d,p)水平下研究了香豆素衍生物的NMR谱。研究表明,六个化合物结构共平面性较好,具有较大共轭体系;不同的取代基和取代基的不同位置对几种香豆素衍生物的NMR都有不同的影响。苯环上的氢原子被其他基团取代后,其α-C原子和邻位碳原子的δ值变化明显,而间位碳原子δ值几乎没有变化。取代基的电负性对α-C原子δ值的影响具有一定规律性,而共轭效应对苯环碳原子的影响则更为复杂。最后,为了说明理论计算值与实验值之间的相关性,给出了六种衍生物化学位移值的理论与实验值相关图,并进行线性回归。结果表明,六种香豆素衍生物的化学位移理论与实验值之间的相关性非常好。     

取代基的电子效应对苯甲酰苯胺衍生物NMR化学位移的影响

用400MHz超导核磁共振波谱仪测定了X取代苯甲酰苯胺(X=p-NO₂,p-Cl,p-Br,p-1,H,p-CH₃,p-OCH₃,m-CH₃)的¹H和¹³C NMR谱,按双参数方程进行计算,结果表明N-¹H,羰基碳,与羰基相连的苯环碳和与氮相连的苯环碳等碳原子的化学位移与取代基共轭效应参数σ_R和诱导效应参数σ_I间的良好的线性关系。测得了双参数方程中适用于苯甲酰苯胺衍生物的3个常数a、b和c的值以及σ_R、σ_I的权重。     

取代基的电子效应对苯甲酰苯胺衍生物NMR化学位移的影响

用400MHz超导核磁共振波谱仪测定了X取代苯甲酰苯胺(X=p-NO₂,p-Cl,p-Br,p-1,H,p-CH₃,p-OCH₃,m-CH₃)的¹H和¹³C NMR谱,按双参数方程进行计算,结果表明N-¹H,羰基碳,与羰基相连的苯环碳和与氮相连的苯环碳等碳原子的化学位移与取代基共轭效应参数σ_R和诱导效应参数σ_I间的良好的线性关系。测得了双参数方程中适用于苯甲酰苯胺衍生物的3个常数a、b和c的值以及σ_R、σ_I的权重。     

3种黄酮醇类化合物核磁共振碳谱的理论研究

在B3LYP/6-31G水平下优化了3种黄酮醇类（山奈酚,槲皮素,杨梅素）化合物的几何构型. 在振动分析中,均未出现虚频率. 在B3LYP/6-31G的水平下计算了该类化合物的核磁共振碳谱. 研究结果表明：3种分子均有分子内氢键形成,且分子内氢键的键长为0.17~0.18 nm左右 . 本文讨论了羟基引入之后对邻近C的化学位移的影响. 从取代基对NMR的影响来看,随着取代基对苯环的供电子能力的加强,取代基邻近的一些C的化学位移有所改变.      

氟苯类化合物19F NMR化学位移的计算

提出了计算氟苯类化合物¹⁹F NMR化学位移的公式：δ_cal（¹⁹F）=-113.5+Δo+Δm+Δp+C, 结合最小二乘法通过线性回归得到了20种取代基参数, 计算结果以160种氟苯类化合物的263个¹⁹F NMR化学位移数据为样本点作回归检验,置信度为99.5%,计算值与实验值的平均偏差为0.628,计算值与实验值的标准偏差为4.720,约有93.2%的¹⁹F NMR化学位移计算值的计算误差<7.0（相对误差<0.7%）.     

取代苯甲酸羧基中的17O-NMR化学位移研究

提出了计算取代苯甲酸羧基¹⁷O NMR化学位移的公式：δ_cal（¹⁷O）=250.0+Δo+Δm+Δp,通过线性回归法确定了8种取代基参数.经回归检验表明该公式计算结果置信度为99.5 %,羧基¹⁷O NMR化学位移计算值与实验值的偏差Δδ全部在2.0以内.     

取代亚胺中亚胺基15N NMR化学位移规律的研究

提出了计算苯甲醛亚胺、N-苯基亚胺、N-甲基亚胺、N-异丙基亚胺中亚胺基氮原子¹⁵N NMR化学位移的经验公式：δ_cal=δ_0n+Δα+Δβ+Δγ+c. 按亚胺基氮原子和碳原子上两类取代基的不同分别结合最小二乘法通过线性回归各得到5种取代基参数,计算结果分别以其化学位移数据为样本点作回归检验,置信度为99.5%,最大误差Δδ≤3.1,大约有95%的¹⁵N NMR化学位移计算值的计算误差小于3.0（相对误差小于0.3%）. 初步分析了芳香族亚胺苯环上对位取代基对亚胺基氮原子化学位移的影响.     

平衡电负性与烷烃核磁共振碳谱位移

定义了烷烃分子中碳原子的平衡电负性(AEE),用平衡电负性和Nⁱ_H(em=0, α, β, γ)和N^j_C(j=α, β, γ)结构信息参数研究了烷烃的¹³C NMR化学位移模型.结果表明,烷烃¹³C NMR化学位移(CS)可用下式来定量描述：
CS=-1736.776+755.118AEE+5.2539N⁰_H+1.8837N^β_H-0.2066N^γH
用上式估算了99个碳原子的化学位移,标准差为0.9861ppm,平均绝对误差0.78ppm,预测值与实验值十分吻合.     

利用1H和13C NMR研究α-取代萘的取代效应

本文研究了一些α-取代萘中不同取代基对萘环¹H和¹³C NMR化学位移的影响,发现随取代基电负性和取代基特性常数的不同,各个位上¹H和¹³C的化学位移变化范围不同,从而对化学位移与取代基电负性及取代基特性常数之间的规律性进行了探讨。实验结果表明,用¹H和¹³C NMR化学位移可鉴别萘衍生物的价键状态、化合物的结构及取代基的性质。     

药物小分子化学位移的量子化学计算研究

核磁共振的谱峰归属对分子结构的确定至关重要,用理论计算方法预测化学位移对谱峰的正确归属是极其有帮助的. 我们用量子化学的方法预测了乙酰水杨酸及其衍生物分子上碳原子的化学位移,并通过比较计算值和实验值得到不同理论计算方法的误差范围. 用HF和DFT理论计算芳环碳的化学位移时,CSGT方法比GIAO方法更为准确. 与其它方法相比,B3PW91//CSGT 在6-311G(d,p)基组下得到的芳环碳的化学位移最接近实验值. 采用B3LYP//GIAO计算时, 使用不同的基组 6-31G(d,p)和6-311++G(3df,3pd)得到的化学位移计算值只有δ 0.01~2.04的差异. MP2方法非常耗时,且对于计算精度的改善并不显著; 并且,由于电子相关性的影响,碳原子周围的电子环境对化学位移计算的准确性影响很大. 与实验值比较,HF方法由于忽略电子相关效应所以表现较差. 另外,碳链的增长对计算准确性也存在一定影响.      

取代基效应对脂肪族链醚~(13)C NMR化学位移的影响

用原子电负性、极化度并结合表征原子空间连接方式的立体效应参数对醚分子中不同环境碳原子的化学位移进行关联,将23个脂肪醚中153个碳原子相关参数值和化学位移值带入模型中得到如下估算方程:δC=121.1348+94.3651Qi-2.0823QiΣαx-7.6347SH-47.6149SO(R=0.9990R2=0.9980S=0.85F=18478.97n=153)上式中Qi表示观测原子的部分净电荷,Σαx表示近邻原子极化度,SH,SO为立体效应参数.方程中各参数计算简单,物理意义比较明确,通过用"留一法"(LOO)检验(Rcv=0.9980,R2cv=0.9977,Scv=0.89)及对模型外4个化合物43个碳原子化学位移的预测值和实验值比较,结果表明模型具有较好的稳定性和预测精度.     

HmTiSin(m=1～2;n=2～8)团簇结构、电子性质和红外光谱的密度泛函理论研究

近些年,由于硅半导体材料在微电子工业中的潜在应用,其理论和实验研究备受人们广泛关注。尤其是过渡金属掺杂的硅团簇材料在物理化学性质方面表现了极好的稳定性。这些主要归因于过渡金属含有未填满的d轨道电子,可以填充硅团簇表面的空轨道,减少团簇表面的悬挂键,进而提高整个掺杂硅团簇的结构稳定性,同时产生各种特殊光学、磁性和超导等性质。采用密度泛函理论DFT-B3LYP方法对H_mTiSi_n(m=1～2; n=2～8)团簇的几何结构和电子性质进行了理论计算,讨论了Ti掺杂硅团簇TiSi_n(n=2～8)及其氢化团簇基态结构的变化规律、解离通道和HOMO-LUMO能隙等特征。结果表明,随着Si原子数目的增加,在TiSi_n(n=2～8)团簇中其掺杂Ti原子依次吸附在团簇的棱、面及结构内部。当在掺杂团簇表面吸附氢原子时,都优于吸附在团簇的硅原子上,而且绝大多数的氢化结构采纳了TiSi_n团簇的骨架构型。解离能和HOMO-LUMO能隙的分析结果表明在团簇表面吸附两个H原子时能够明显提高整个团簇的结构稳定性。二阶能量差分的研究发现TiSi₂和TiSi₆团簇相对其他团簇具有较高的稳定性,同时两个H₁TiSi₇和H₂TiSi₇氢化团簇的稳定性更高。此外,模拟了这些氢化团簇的红外振动特征峰,对主要特征峰进行了归属。这些研究将为过渡金属掺杂硅基团簇材料的实验制备和表征提供重要的理论参考。     

基于相关子空间的双峰发射线光谱特征提取与分析

低分辨率天体光谱中呈现的双峰发射线轮廓可能反映着比较珍稀的物理现象,如双活动星系核（AGNs）、双超大质量黑洞（SMBH）、喷流云与窄线区的相互作用,也可能是光谱处理过程产生的低质量特征线。双峰发射线轮廓一般由2个或2个以上的波峰构成,对该特征进行提取并分析,可作为双AGN、星系对、双黑洞等稀有天体更有效的搜寻依据,从而有助于更深入地研究星系乃至宇宙的形成与演化。提出一种新的基于相关子空间的双峰发射线特征提取与分析方法,主要工作分为以下三部分：首先利用稀疏差异因子δ度量双峰发射线光谱中属性差异程度,利用KNN方法约束参与稀疏差异因子计算的光谱范围,在此基础上,针对LAMOST低分辨率光谱给出基于相关子空间的特征提取方法;其次,为了验证稀疏差异因子σ以及KNN的输入参数k对双峰发射线光谱的适应性,选择LAMOST双峰发射线光谱样本及普通星系光谱数据,红移范围z<0.3（确保Hα,Hβ,[OⅢ]λλ4 959, 5 007,[NⅡ]λλ6 548, 6 584,[SⅡ]λλ6 717, 6 731等发射线落在LAMOST波长覆盖范围）,获得训练集光谱总数332+332（正负样本）条,并借助人眼检查分析该方法中的两个参数：k和δ阈值α对结果的影响,实验表明,当k=18,α=0.6时,相关属性分布较密集且稀疏点较少,结果比较理想;最后,对332条双峰发射线光谱特征子空间所在的波长区间、双峰红/蓝移间隔、双峰线强比等进行了理论分析、测量及人眼认证的基础上,给出了基于相关子空间的双峰发射线特征表述。此外,从双峰特征子空间上不同的发射线激发机制（[OⅢ]/[NⅡ]/[SⅡ]等禁线、Hα、Hβ等氢线）及相关特征子空间上线强关系等角度,对样本中双峰轮廓进行了分析。     

四种姜黄素类似物核磁共振谱的理论研究

在B3LYP/6-31G(d, p)水平下优化了四种姜黄素类似物的几何构型,并通过振动分析验证了其构型稳定性。在B3LYP/6-311G(d, p)水平下计算了该类化合物的核磁共振谱,研究结果表明：四种化合物主体结构共平面性较好,为一较大共轭体系。由于羟基及甲氧基的引入,使Compound-B/C/D中C₃,C₄以及Compound-A/D中C₅均具有较大δ值,Compound-A中C₄和C₆的δ值相对较小,C₃的δ值相对较大。而在羰基与碳碳双键所形成的共轭羰基化合物中,羰基C₁₃的δ值(183 ppm)相对于乙醛中的δ值(201ppm)有所减小,C_{11, 15}(α碳)的δ值(122 ppm)相对减小,而C_{9, 17}(β碳)的δ值(145 ppm)相对增大。最后,通过线性回归方法,利用相关系数值r研究了1H NMR δ值的实验和理论计算值的相关性,结果表明相关性较好,实验值和理论值基本吻合。     

Quantum Chemical Calculations on 4-[2-(Tert-Butylamino)-1-Hydroxyethyl]-2-(Hydroxymethyl)Phenol by Density Functional Theory

Density functional theory (DFT) calculations have been carried out for the compound 4-[2-(tert-butylamino)-1-hydroxyethyl]-2-hydroxymethyl) phenol (4BAHEHMP) by using the B3LYP method at the 6-311++G (d,p) basis set level. The electric dipole moment (μ) and the first hyperpolarizability (α) values of the investigated molecule were computed. Total and partial density of state (TDOS and PDOS) and also overlap population density of state (COOP or OPDOS) diagrams analysis were presented. HOMO and LUMO energies confirm that charge transfer occurs within the molecule. In addition Molecular Electrostatic Potential (MEP), Natural Bond Orbital analysis (NBO) and Non- Linear Optical (NLO) properties are studied.     

Origin Band Shifts Upon Deuteration in the 280 nm Absorption System of Benzimidazole

Abstract

Five deuterated derivatives of benzimidazole have been prepared and their sharp 280 nm vapour phase electronic absorption spectra recorded. When hydrogen atoms bonded to carbon are substituted, the origin band shifts to higher energies by 29 cm^?1 per D atom, a value close to that found in benzene and some monosubstituted benzenes. When the hydrogen bonded to nitrogen is substituted, a much smaller shift is observed.     

基于药效团模型设计的PAEs分子拉曼特征振动光谱衍生增强研究

对17个PAEs训练集分子、五个PAEs测试集分子,应用Discovery Studio软件构建PAEs分子拉曼特征振动光谱的3D QSAR 药效团模型,并对PAEs分子(以环境优先控制污染物DMP,DBP和DNOP为例)进行9种常见的疏水基团取代反应,同时利用密度泛函理论B3LYP/6-31G(d)计算气态环境中取代前后PAEs的拉曼特征振动光谱,筛选PAEs拉曼特征振动光谱显著增强的衍生物。研究结果表明：药效团模型(Hypo1)具有最大的相关系数(R2)0.83、最小的均方根值(RMS)0.182和总消耗值(total cost)71.865,且Configuration值为12.68(<17),说明所构建模型具有显著性及较好的预测能力;获得基于Hypo 1药效团模型设计的PAEs分子衍生物23个：DMP(9), DBP(9)和DNOP(5),上述衍生物分子正频计算值均大于0,说明所设计的PAEs分子衍生物结构稳定,其中DMP-CH₂CH₃,DBP-Cl,DNOP-C₆H₅的拉曼特征振动光谱峰强较DMP,DBP和DNOP分别增大了6.25倍、2.05倍、1.56倍,说明PAEs分子衍生化对其拉曼特征振动光谱峰强具有显著增强作用。此外,利用密度泛函理论在相同的基组水平下计算了PAEs分子衍生物的取代反应能垒(以DNOP为例),取代反应的难易程度：-CH₂CH₂CH₃>-C₆H₅>-NO₂>-SH>-Cl,可作为筛选PAEs分子衍生化拉曼光谱增强反应的依据,并为建立增强PAEs分子拉曼光谱的检测技术提供理论支撑。     

苯硫酚分子内质子转移取代基效应的理论研究

在B3LYP/6-311+G(d, p)水平上研究了2-(1H-咪唑)苯硫酚(1d)、2-(噁唑)苯硫酚(2d) 、2-(噻唑)苯硫酚(3d)及其衍生物的基态质子转移过程, 探讨取代基电子效应对质子转移的影响. 结果表明: 吸电子引入后分子平面电子密度减小, N2-H1间距减小, 分子内氢键增强, 醇式到酮式质子转移能垒减小; 供电子基引入后分子平面电子密度增大, N2-H1间距增大, 分子内氢键减弱, 质子转移能垒增大. Localized orbital locator(LOL)分析表明: 取代基的引入对N1原子成键性质产生影响明显. 三者质子转移能垒大小为1d<3d<2d, 取代基引后能垒相对大小不变.     

苯硫酚分子内质子转移取代基效应的理论研究

在B3LYP/6-311+G(d,p)水平上研究了2-(1H-咪唑)苯硫酚(1d)、2-(噁唑)苯硫酚(2d)、2-(噻唑)苯硫酚(3d)及其衍生物的基态质子转移过程,探讨取代基电子效应对质子转移的影响.结果表明:吸电子引入后分子平面电子密度减小,N2-H1间距减小,分子内氢键增强,醇式到酮式质子转移能垒减小;供电子基引入后分子平面电子密度增大,N2-H1间距增大,分子内氢键减弱,质子转移能垒增大.Localized orbital locator(LOL)分析表明:取代基的引入对N1原子成键性质产生影响明显.三者质子转移能垒大小为1d3d2d,取代基引后能垒相对大小不变.     

石墨烯在Al_2O_3(0001)表面生长的模拟研究

基于密度泛函理论的广义梯度近似法,对用化学气相沉积法在蓝宝石(α-Al_2O_3)(0001)表面上生长石墨烯进行理论研究.研究结果表明:CH_4在α-Al_2O_3(0001)表面上的分解是吸热过程,由CH_4完全分解出C需要较高能量及反应能垒,这些因素不利于C在衬底表面的存在.在α-Al_2O_3(0001)表面,石墨烯形核的活跃因子并不是通常认为的C原子,而是CH基团.通过CH基团在α-Al_2O_3(0001)表面上的迁移聚集首先形成能量较低的(CH)_x结构.模拟研究(CH)_x对揭示后续石墨烯的形核生长机理具有重要意义.