溶液相有机化合物pKa的量子化学计算

寻找一种理论计算方法来验证和补充实验数据,得到较为精确的溶剂化自由能和pK_a值,是众多理论化学家长期以来研究的重要方向。本综述较为详细地总结了近年发展起来的PCM理论模型在溶液相化合物溶剂化自由能、特别是近十年来有机化合物pK_a值的量子化学计算中的最新成果,比较了各种不同计算方法的精确性和各自特点。     

氰基蒽的电子转移荧光猝灭及激基复合物

本文测定了在不同溶剂中一系列化合物以及氧分子对9,10-二氰基蒽(DCA)及9-氰基蒽(CNA)的荧光淬灭常数k_q值及DCA与2,5-二甲基呋喃的激基复合物的发射光谱。这些化合物的k_q值与计算所得自由能的变化△G之间的关系基本符合Rehm-Wdler关系。溶剂极性及溶剂粘度对荧光猝灭反应有影响,影响强电子给体k_q值的主要因素是溶剂的粘度,而弱电子给体的k_q值则主要决定于溶剂的极性。氧分子的k_q值基本上与溶剂扩散速率常数走k_diff值吻合。     

基于原子表面的蛋白质水合自由能预测模型

提出了一种计算蛋白质水合自由能的简化模型（SAWSA 2）.模型把蛋白质分子中的原子分为20种不同的原子类型,通过每类原子的溶剂可及化表面以及相应的溶剂化参数,就可以得到分子的水合自由能.不同原子类型的溶剂化参数通过110个蛋白质分子水合自由能拟合得到,水合自由能的标准值采用了基于求解Possion-Boltzmann方程（PB）以及分子表面计算（SA） 相结合的方法.采用得到的模型,预测了20个蛋白质分子的水合自由能,预测值的相对值和绝对值都能和PB/SA的计算值很好地吻合,大大优于两种已报导的水合自由能模型.     

水溶液中铵离子pKa值的理论计算

在HF/6-31+G*和B3LYP/6-31+G*水平上, 采用导体极化连续模型(CPCM)及UAKS孔穴计算了11种铵离子在水溶剂中的溶剂化自由能, 与实验值相比较, 平均误差和标准偏差分别为0.17, 12.04和0.96, 10.96 kJ/mol. 结合B3LYP/6-31+G*水平上的11种铵离子气相质子转移反应自由能, 得到了水溶剂中的绝对pKa值, 计算结果与实验数据吻合得很好, 相应的平均误差和标准偏差分别为0.05, 1.50和0.45, 1.40 pKa单位. 可见, 采用CPCM-UAKS模型能够较为精确地计算铵离子型化合物的绝对pKa值.     

SmP5O14晶体中的辐射跃迁

本文根据Judd-0felt理论,计算了SmP₅O₁₄晶体中Sm³⁺离子的振子强度和参数Ω_λ实验值和计算值符合较好。同时计算了⁴G₅/2→⁶H_J跃迁的约化矩阵元和辐射跃迁几率。     

计算受体和配体结合自由能的新方法

利用ABEEMσπ浮动电荷力场与连续介质模型相结合的方法,计算了受体和配体的结合自由能.将结合自由能分解为真空中的力场作用项、溶剂化能量以及熵效应.由于ABEEMσπ/MM方法充分考虑了外界环境发生变化引起的体系中各个位点之间的电荷极化,因而极大地提高了结合自由能的计算精度.利用该方法计算的2个复合物的结合自由能与实验值的偏差均小于0.5kJ/mol.     

基于分子动力学模拟和连续介质模型的自由能计算方法*

近些年,基于分子动力学模拟和连续介质模型的自由能计算方法受到了越来越多的关注,其中MM/PBSA就是最具代表性的方法.在MM/PBSA中,体系的焓变采用分子力学(MM)的方法计算得到;溶剂效应中极性部分对自由能的贡献通过解Poisson-Boltzmann(PB)方程的方法计算得到;溶液效应中非极性部分对自由能的贡献则通过分子表面积(SA)计算得到.本文结合我们科研组的工作,就近几年MM/PBSA方法的最新进展做了较为详细的阐述,同时对MM/PBSA的发展前景进行了展望.     

沥青质杂环模型分子间相互作用及溶剂化效应的理论研究

重质油中沥青质组分易发生聚沉形成团簇,严重影响重质油的加工和利用效率,但目前对于沥青质聚沉的研究较少,其机理尚不明确。本文采用理论计算对沥青质杂环模型分子间相互作用和溶剂化效应进行研究,以此为重质油沥青质聚沉现象的研究及聚沉抑制剂的研发提供一定的数据和理论支持。(1)在M062X/6-31G(d)水平上,计算得到了11种由沥青质杂环分子片段组成的二元体系的全优化稳定构型,讨论分析了构型的几何结构、NBO电荷、Mulliken重叠布居、相互作用能和分子轨道能,得到了最稳定的两种构型。(2)在B3LYP/6-31G(d)水平上,运用SMD模型对沥青质大分子在13种溶剂中进行溶剂化效应的建模和理论计算,通过对静电溶剂化自由能(ΔGelec)、非静电溶剂化自由能(ΔGnonelec)、总溶剂化自由能(ΔGsolv)的分析可知,沥青质溶解性大小的关键在于溶剂对它的远程静电作用的大小。     

水及有机溶剂中离子溶剂化焓的理论计算

离子溶剂化热力学的理论研究是一项令人感兴趣的工作.在Born理论的基础上人们先后提出了多种较详细的计算离子溶剂化热力学量的模型或公式,并对离子在不同溶剂中的溶剂化自由能进行了理论计算.本文从离子-溶剂间的相互作用力出发,分别考虑了离子溶剂化过程中造腔作用、静电吸引、静电排斥及非静电相互作用对离子溶剂化焓的贡献,得到了一个具有一定意义的、计算离子溶剂化焓的理论公式。     

二价离子溶剂化自由能的计算—玻恩方程的应用

离子溶剂化自由能是一个很重要的热力学参数,求得溶剂化自由能后,不仅可以了解离子溶剂化的性质,而且由此还可以计算其它热力学函数。由于单个离子不能独立存在,所以不能由实验直接测得单个离子的溶剂化自由能。1920年,玻恩根据静电模型,提出计算单个离子溶剂化自由能的公式如下: