线形碳元素簇合物的成键性质

在ab initio 3-21G水平上, 用能量梯度法优化了线性碳元素簇合物C_n~e(n为成簇原子个数, e为电荷)的平衡几何结构. 所得的电离势随成簇原子个数的改变, 呈现出不同程度的奇偶交替变化趋势. 在ab initio计算基础上, 用Boys方法, 对其占据正则分子轨道进行定域化变换, 得到了它们的定域分子轨道. 对定域分子轨道性质的分析表明, 线性碳元素簇合物中, 主要键型有双中心σ和π健, 双中心弯键和三中心香蕉健, 以及多中心σ和π健. 这种键型的多样化可视为小元素簇的成健特征. 此外, 通过对其成键性质的分析, 讨论了线性碳元素簇的稳定性. 对于小碳元素簇, 化学键的共轭性对其稳定性具有十分显著的作用.     

基态中性原子(Z=2-54)径向距离的期望值

原子的径向距离r是原子、分子结构的重要信息．Fraga”’和Slater’‘’等人指出：＜r－’＞正比于电子亲和势和电子势能,＜r－’＞与元素的电负性有关,＜r－’＞与电场梯度、磁偶极子相互作用、轨一旅耦合相关,＜＞与屏蔽常数有关,＜严＞与抗磁化率有关,＜尸＞近似等于球形对称原子的极化率,＜／＞与晶体场分裂能相关．由此可见,·精确求解原子及其轨道的径向期望值对原子、分子相关性质的研究具有重要意义．ShustCk、Pekeris、Weiss、Baker和Wakim等人”－’‘分别研究了某些原子特定态的电子结构及其径向期望值,但其成果比较…     

二原子分子和三原子分子的周期表

门捷列夫元素周期表是自然科学中最重要的原则之一．然而,对于分子而言,却缺乏类似的表格．本文提出两个分别对应于二原子分子和三原子分子的周期表．这些分子周期表的格式和门捷列夫原子周期表相似．在这些表格中,分子依照它们各自的族数G和周期数P分类排列,G是价电子的数目而P则表示分子的尺寸．分子的基本性质,包括键长、结合能、力常数、电离势、自旋多重度、化学反应活性以及键角等等,都随着表中的G和P作周期性的变化．二原子分子和三原子分子的周期性因而被揭示开来．本文还进一步指出这种周期性是源出于分子的壳状电子构型．周期表中不仅包含了游离的分子,还包含了多原子分子中的“赝”分子．这些周期表可用来从本质上分类分子,广泛地预言分子的未知性质,了解在多原子分子中赝分子的作用,以及开拓新的研究领域,如芳香族、团簇或纳米微粒的周期性等．因此这些表格不仅能够引起多学科领域中科学工作者的关注,而且还能引起理科学生们的兴趣．     

醛酮类化合物的分子力场参数推导及热力学性质计算

针对醛酮类分子, 基于第一原理的量子化学计算结果开发了准确、可迁移的全原子力场. 利用所得到的力场, 采用分子动力学和蒙特卡罗方法对醛酮类分子的气相分子结构、振动频率、构象能和凝聚相液体性质(密度和蒸发焓), 以及流体的多种热力学性质包括气液相平衡和临界性质, 与涨落相关的等压热容, 传递性质如剪切粘度等进行了计算和预测. 计算结果表明, 该力场可准确地反映气相分子的结构、振动频率、构象能和凝聚相液体密度和蒸发焓等性质, 并准确地预测一系列醛酮类分子的多种热力学性质. 所开发的醛酮类分子力场函数形式简单, 并具有良好的可迁移性和准确性, 在应用范围和计算精度上都有明显的改善和提高.     

含氮杂环并苯类高聚物结构与能带规律的从头算和半经验量子化学研究

采用从头算ＨＦ和半经验量子化学方法,对含氮杂环并苯类高聚物体系进行几何结构优化．比较不同方法下它们的电子性质的差异,揭示聚并苯、聚并吡啶、聚并吡嗪的能带分布特征和规律．为深入研究导电、发光等功能材料及能带匹配器件的分子设计提供依据．     

分子表面随机采样分析法用于药物定量构效关系研究

考虑药物配基与蛋白质受体的3类非键作用模式,利用蒙特卡罗随机采样技术得到了一种分子结构性质表达方法:分子表面随机采样分析(RaSMS).同时,定义了蛋白质原子探针、虚拟受体可及表面、表面随机采样目标面积逼近法等多个相关概念,在理论和算法上对该法进行了可行性分析.在此基础上,对31个标准甾体化合物进行了定量构效关系(QS...     

锡原子簇的结构和相对稳定性

基于从固体锡确立的多体展开势能函数, 采用座标直接优化方法预测了锡原子簇分子(Sn_2-Sn_(300))的结构和相对稳定性, 并用蒙特卡罗方法验证了有关小的原子簇(Sn_2-Sn_(15))的所有结果. 优化结果表明: (1)小的锡原子簇分子(Sn_2-Sn_(15))倾向于密堆积结构, 与锡晶体结构无关; (2)中等大小的簇分子, 如Sn_(47), Sn_(71), Sn_(87)及Sn_(147)等, 则呈α-Sn晶体的畸变结构, 其外围各层原子到中心原子的距离受到压缩, 且某些层被劈裂为两层或多层; (3)随着原子簇尺寸的进一步增大, 结构畸变逐渐减弱, 簇分子的单原子平均结合能缓慢增大, 其外椎值大约在Sn_(740)处趋近于α-Sn的结合能.     

统一统计理论多分割面热反应速率的计算程序

应用GAUSS积分方法，设计了建立在统一统计理论基础上的多分割面量子方法计算热反应速率的计算程序．通量积分N（E，S）基于内禀反应坐标（IRC）的信息采用阶梯函数量子数态法计算，由其微正则变分确定分割面．IRC信息由量子化学从头算方法得到．程序用FORTRAN语言编写．详细阐述了基本理论和程序算法及对H2＋H反应体系的成功应用．该程序可进一步适用于多原子分子的较大体系．     

萃取溶剂选择的计算机辅助分子设计中的数学方法

萃取精馏是分离沸点相近或具有恒沸组成混合物的一种重要方法。选择最优的萃取剂是提高生产能力和降低能耗的根本途径。萃取剂选择的计算机辅助分子设计（CAMD）是基于性质估算的方法即通过CAMD来生成一组具有期望性质的分子，然后再对候选分子进行筛选。目前，CAMD法的研究主要可分为生成一验证、数学优化和组合优化。生成一验证法通常使用启发式的策略，是基于知识的，无法克服基团的组合爆炸问题，也不能保证结果的最优性；数学优化方法，包括混合整数非线性规划（MINLP）和混合整数线性规划（MILP），可用于表达非线性或线性的结构．性质关系，但准确表达结构-性质关系还有困难；组合优化法是使用遗传算法或模拟退火算法、禁忌搜索等的方法，理论上可克服以上问题。本文评述了以上三种方法在萃取精馏溶剂选择领域中的用途、原理及其工业化所面临的主要问题。     

树枝状有机电致发光材料*

高度有序、三维结构的树枝状大分子(Dendrimers)作为功能有机材料越来越引起人们的兴趣。与传统的小分子和高分子发光材料相比,树枝状化合物在发光材料方面的应用具有无可比拟的优势。树枝状发光材料的发光特性可以方便地由中心核的调换不同的荧光染料来实现,另外大量的表面功能团和不同的代数可供选择来得到一些有趣的性质,如载流子传输功能、区域隔离效应、溶解性和天线效应等。该类型的发光材料已被认为是第三类电致发光材料。本文简要介绍近期树枝状分子在有机电致发光材料领域中的研究进展,评述树枝状分子在该研究领域所特有的优势,重点介绍了树枝状化合物的设计及其对应的性质,并进一步展望树枝状分子未来在有机电致发光领域的研究前景。     

分子亲脂-亲水性的量子化学描述(Ⅰ)——分子的亲脂和亲水表面

给出基于分子结构的“启发式”亲脂-亲水势HMLP(Heuristic molecular lipophilicity-hydrophilicity potential)的理论分析和有说服力的算例.用量子化学计算其分子表面的静电势V(r)的分布,通过与周围原子表面静电势的比较,构造表达分子静电势的极性和大小的函数L(r).亲脂势L(r)保留了静电势V(r)描述分子静电作用的能力,并把应用范围扩展到疏水性的描述.HMLP不使用原子的经验参数,但在L(r)的构造中使用了经验的函数形式.经参数化和指标化后,HMLP有望用于蛋白质结构与功能的研究和药物分子配体与生物大分子受体结合自由能的估算.     

含S-P-N键的磷烯正离子及其相关物的结构和性质的从头计算

本文对5-甲硫基-3-N-苯基-2,3-2(H)-1,3,4,2-噻二唑磷茂啉的磷烯正离子等三个相关分子的平衡几何构型进行了从头算解析能量梯度方法的全优化计算. 优化结果表明, 二配位磷烯正离子与相应的三配位磷母体分子的结构有本质的差异.形成二配位磷烯正离子后,磷所在的五员环形成共轭体系而使原来的单键键长变短, 原来的双键键长变长, 且使原来不共面的五员环共面. 在优化的平衡几何处进行单点CI计算的结果表明, 基态分子中磷原子上的正电荷的相对多少次序与实验测得的摩尔电导率及^3^1P NMR谱的化学位移的相对大小次序完全一致.     

(TiNi)_x(x=2~4)团簇结构和电子结构

从团簇角度对TiNi形状记忆合金进行了量子化学从头算研究。设计并优化了等原子比(TiNi)x(x=2~4)簇的多种可能几何结构,并对较稳定构型进行电子结构的分析。结果表明,等原子比的(TiNi)n团簇以TiNi成键为主要分子骨架,小团簇有较多能量接近的异构体,TiTi成键对能量降低有较大贡献。     

四氢吡咯双自由基及其等电子体系不同电子态稳定性和NLO性质的理论研究

摘要所选体系为非路易斯分子,即分子中含有一个可分裂的C—C键,两个电子占据非键分子轨道,对这类分子的能量和稳定性的研究已有报道．根据体系中两个自由基电子相互作用不同,该类分子可能具有三种电子态．本文采用密度泛函和从头算等方法在不同基组水平上,对四氢吡咯双自由基（体系a）及其两个等电子体系的NLO性质进行了理论研究．采用不同方法和基组优化体系a三种电子态的几何结构,     

TbSin(n=2-13)团簇的结构、电子及磁学性质

利用相对论密度泛函理论在广义梯度近似下研究TbSi_n (n=2-13)团簇的结构、稳定性、电子和磁学性质. 对团簇的平均结合能、离解能、电荷转移、最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)的能级差、Mulliken 电荷分析和磁学性质进行了计算和讨论. TbSi_n团簇并没有像实验推测的那样在n=10形成嵌入式的结构. 我们推断电子亲和势的急剧变化不仅与嵌入式的结构有关, 而且与电子的固有稳定性相关.Mulliken 电荷分析表明电荷总是从Tb 原子转向Si 原子. 团簇的磁矩主要局域在Tb 原子的周围, 并且主要由f电子贡献, f 电子表现出局域性并且不参与化学成键. 以TbSi₁₀为例的分波态密度分析表明Tb与Si 原子间存在很强的sp轨道杂化.     

CH与H2分子反应动力学及选态反应的理论研究

次甲基作为化学反应源曾引起广泛的兴趣.Schaefer 及其合作者于1977年对反应CH(~4Σ~-)+H_2→CH_2(~3B_1)+H 进行过量子化学研究,但是计算中限制了一些自由度.近年来,由于能量梯度方法的发展,反应途径哈密顿理论和变分过渡态理论的提出,有可能进一步对该反应进行分子反应动力学性质的研究.本文用从头算UHF/6-31G 方法和能量梯度方法首先优化出上述反应(原子编号为CH_a+H_bH_c→H_bCH_a+H_c)的过渡态;再用     

氟原子在药物分子设计中的应用

含氟药物在临床治疗药物中占有相当比重.将氟原子或含氟基团引入到小分子药物中,是药物化学结构改造的重要研究策略之一.综述了氟原子在药物分子设计中的应用,氟原子或含氟基团的引入可以调节药物小分子的物理化学特性,改变小分子的药代动力学性质,提高药物的生物利用度;通过影响化合物的构象,增强配体与靶标蛋白的相互结合能力以及对其它靶标蛋白的选择性;通过阻断易代谢位点进而提高药物代谢稳定性等.     

多氯联苯的定量结构－性质(活性)关系

多氯联苯(PCBs)是一类重要的持久性环境污染物.首先对所有209个PCB分子进行了HF/6-31G*水平上的结构优化, 在优化结构上获得了分子的表面静电势分布, 并在此基础上对其统计导出的参数进行了计算．其后, 运用多元线性回归方法对PCBs的水溶性、正辛醇/水分配系数、正辛醇/空气分配系数、土壤吸附性、水溶液活度系数、298 K超冷流体蒸汽压、总分子表面积、色谱保留指数、升华焓、蒸发焓、熔融焓、PCB结合芳烃受体活性数据、生物降解度以及生物降解速率参数等理化性质和生物活性与分子的结构参数进行了关联．结果表明:分子静电势参数结合分子表面积和常规的量子化学参数可以很好地用于表达多氯联苯分子理化性质和生物活性与其分子结构间的定量关系．     

OUH体系的结构和分析势能函数

采用密度泛涵B3LYP方法优化出了OUH分子的各种结构，确定了最稳定构型和离解能，以及它们的谐性力常数，并导出双原子分子UH,UO的Murrell-Sorbie势能函数及其光谱数据。采用多体项展式方法，导出OUH(X^4A')基态分子的分析势能函数，获得OUH(X^4A')体系的势能面，考察了这个势能函数的基本性质，正确地复现出OUH分子的平衡结构特征，结果表明：U+OH,O+UH,H+UO的反应均为无阈能的放热能反应。为进一步探讨OUH体系的反应动力学过程打下了基础。     

14顶点双取代碳硼烷和金属硼烷极化率和二阶超极化率的DFT研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT) B3LYP/6-31G(d)方法对14顶点双取代碳硼烷和金属硼烷几何构型进行优化, 结合有限场(FF)方法计算了各体系的极化率和二阶超极化率. 同时金属硼烷中金属原子采用赝势基组进行计算, 讨论基组对计算结果的影响. 结果表明, 14顶点碳硼烷和金属硼烷中碳和金属元素的成键方式不同, 金属硼烷中各原子间距离比碳硼烷中大, 平面偏移角增大. 金属原子的引入有效增加分子的NLO系数, 同时金属硼烷的前线分子轨道能级差比碳硼烷小很多, 金属硼烷材料有可能表现出半导体甚至导体特性, 金属原子采用不同基组对计算结果影响不大.