DFT法研究3-羟基丙烯醛的双键旋转异构反应机理

利用密度泛函理论(DFT)分别在B3LYP/6-31G**和B3LYP/6-311＋＋G**的计算水平上优化了基态3-羟基丙烯醛分子在双键旋转异构反应过程中的平衡态以及过渡态的几何构型，分析了反应过程中键参数的变化，计算了该反应的内禀反应坐标(IRC)，发现在重排反应途径上存在一个四元环骨架的中间体.通过振动分析对平衡态和过渡态进行了确认，并得到了零点能.计算结果表明，基态3-羟基丙烯醛分子的双键旋转异构反应经过两步完成，第一步反应位垒稍高，第二步反应位垒较低，存在着发生重排反应的可能性.     

重叠式乙烷构象是过渡态吗*

从化学和数学的角度指出乙烷的重叠式构象是过渡态而不是稳定构象,剖析分子旋转异构过程中的构象变化过渡态的本质。同时,采用Python语言编程实现了过渡态搜索算法并开展了乙烷旋转构象变化过渡态的自动搜索,成功得到旋转过渡态-重叠式乙烷结构,加深了对重叠式乙烷构象是乙烷旋转构象变化过程过渡态的理解和认识。     

乙醇分子内及分子间脱水反应机理的计算化学实验研究

介绍了一个面向大三下或大四上本科生的计算化学探索性实验。通过研究乙醇分子内及分子间脱水反应机理,从分子水平理解醇脱水反应过程中酸催化剂的作用机制和反应的能量路径。通过本实验,使学生初步掌握量子化学计算通用软件高斯(Gaussian)的使用方法,掌握结构优化、频率计算、过渡态搜索等基本计算操作,并学会采用量子化学计算手段来研究化学反应的基本过程,为将来科研工作打下重要基础。     

催化剂调控的金属卡宾与1,3-二羰基化合物选择性C—C键与C—H键插入反应机理的理论研究

通过密度泛函理论(DFT)方法分别研究了银和钪催化重氮化合物与1,3-二羰基化合物C—C键和C—H键插入的反应机理以及反应具有化学选择性的原因.计算研究表明,重氮化合物首先与Ag和Sc反应形成相应的银卡宾和钪卡宾.配位数低的银卡宾与1,3-二羰基化合物经过亲电加成、分子内环化、选择性开环和烯醇异构等过程,选择性地发生C—C键插入反应,生成α-位含全碳季碳中心的1,4-二羰基化合物.配位数高的钪卡宾与1,3-二羰基化合物经过亲电加成和质子化过程,选择性地发生C—H键插入反应,生成α-位含叔碳中心的1,3-二羰基化合物.理论计算表明,关键过渡态的环张力以及银和钪金属中心配位数的差异共同影响了该反应的化学选择性.该结果为发展过渡金属催化的卡宾转移反应提供了新思路.     

分子间弱相互作用的计算——构建氢键、卤键势能面

介绍一个面向大三下学期本科生的计算化学实验。通过量子化学计算对比研究两种分子间弱相互作用——氢键和卤键的势能面,使学生对势能面的概念及两种弱相互作用的区别有一定的直观认识。通过实际上机操作,初步了解Gaussian、Gaussview及Origin等计算化学相关软件的使用,并深入理解结构化学及计算化学课程中所学的理论知识。     

计算化学探索性实验设计：气体在固体表面的吸附现象及其对催化作用的影响

结合计算化学方法,介绍了一个面向高年级本科生的物理化学实验。本实验运用Materials Studio软件,通过量子化学方法研究H₂在Ni表面的物理和化学吸附现象,以及覆盖度和催化剂对于H₂解离的影响。通过本实验,可以使学生初步掌握借助计算化学手段获得反应活化能、搜索过渡态的思路和方法,有助于学生从原子层面上理解气体在固体表面的吸附现象。     

[2~3]Cyclophanes电子结构的理论研究

用改造的重叠模型多重散射X~α自洽场方法计算环芳类化合物[2~3]cyclophanes的电子结构, 分析该类分子中分子轨道通过空间和通过键的相互作用,单键连接桥.双键连接桥对通过键相互作用的影响, 用过渡态理论方法计算分子前线分子轨道的电离能,理论结果与紫外光电子能谙符合较好.     

对位环芳烃及其衍生物分子轨道的通过空间和通过键相互作用研究

应用改进的重叠模型多重散射Ｘα自洽场方法对对位环芳烃及其衍生物分子的分子轨道通过空间和通过键的相互作用进行了研究，讨论分子轨道相互作用对分子轨道能级顺序的影响以及不同的连接桥对分子轨道相互作用的影响，进一步应用过渡态理论方法计算对位环芳烃及其衍生物分子的分子轨道电离能，计算结果与实验结果符合较好。     

对位环芳烃及其衍生物分子轨道的通过空间和通过键相互…

应用改进的重叠模型多重散射Ｘａ自洽场方法对对位环芳烃及其衍生物分子的分子轨道通过空间和通过键的相互作用进行了研究，讨论分子轨道相互作用对分子轨道能级顺序的影响以及不同的连接桥对分子轨道相互作用的影响，进一步应用过渡态理论方法计算对位环芳烃及其衍生物分子的分子轨道电离能，计算结果与实验结果符合较好。     

单分子断键反应的理论研究

利用微扰理论和对称性规则，得到了单分子断键反应中反应物结构、过渡态和所断键之间的关系．据此，对环丙基自由基及其正负离子的热开环反应和过氧化氢基态均裂反应作出预言，其中对环丙基自由基及其正负离子的热开环反应作出以下三方面的预言：是否存在过渡态；产物的立体选择；反应的相对难易程度．并分别使用UHF方法和CASSCF方法做势能面计算，结果和理论预言相符．     

质子酸的酸性强弱比较

酸碱质子理论是大学无机化学教学中最重要的概念之一,溶液中的酸碱强弱的比较虽然可以通过查找酸碱解离常数来得到,但在数据缺失情况下的定性比较酸碱强弱在教学中也很重要,而且这种比较可以帮助学生理解物质结构与性质之间的相关性。本文根据质子酸碱的化学组成和分子结构分析它们的酸碱性,并主要根据分子结构信息,包括键的极性、键的强度、键的离域、氢键、分子中键的环境等,推导、比较它们酸碱性的相对强弱。     

H3反应势能面的构建——计算化学实验设计

介绍一个针对高年级本科生的物理化学探索性实验。通过计算化学手段构建H3反应势能面,使学生初步掌握Gaussian03W,Gaussview5．0和Origin软件的使用,深入理解反应过渡态理论,并进一步了解目前势能面的研究动态。     

蒙特卡洛模拟在分子模拟教学中的应用*

以有机化合物的模板诱导沉积实验为例,介绍了蒙特卡洛模拟在分子模拟教学中的应用。本实验在有机化合物诱导沉积实验的基础上,将诱导沉积实验、蒙特卡洛模拟方法系统综合在一个实验教学中,让学生在学习蒙特卡洛模拟方法的同时,更直观、形象地理解分子间相互作用对有机分子聚集形貌的影响,加深学生对有机分子自组装概念的理解。通过实际上机操作,学生还能初步了解Dev-C++,RasMol等相关软件的使用,并加深学生对结构化学及计算化学课程相关知识的理解。     

运用计算机理论模拟辅助化学教学研究

以取代反应动力学研究、理解防晒品功效和红外光谱与分子构型等教学方案为例,探讨了计算机模拟中不同模块在辅助化学教学方面的应用,这些模块不仅能用于解释化学教学中学生较难理解的生涩概念,而且可以给学生提供亲身实践经历,更好地帮助他们总结数据以及形成自己的结论,激发学生对化学学习的兴趣,提高教学质量。     

化学反应的价键理论研究

根据价键波函数的对称性及基态、激发态化学键与键表的对应 ,可以把轨道对称守恒原理和键对称规律表述成“价键结构对称性匹配” .价键结构对称规则通过对反应物和产物的价键结构进行对称性分析 ,可以直接预测化学反应活性 ,无需依赖理论计算结果 .在价键结构对称性分析的基础上 ,应用多VB结构计算方法 ,建立了反应H HLi→H2 Li和H LiH→HLiH(cyclic)→HLi H的曲线交叉VB图 ,讨论了能垒及过渡态的形成机制 .计算结果表明 ,H原子交换反应H LiH HLi H是一个两步过程 .     

磷酰化丝氨酸形成六配位磷中间体的理论研究

用MNDO方法对磷酰化丝氨酸仿生化反应机理中六配位磷中间体的形成过程进行了研究.磷酰化丝氨酸(1)形成分子内磷酸-羧酸分子内混酐的五配位磷中间体(2)后,其酸性质子解离,分子经过具有氢桥键结构的过渡态,使氨基酸侧链羟基上的氢通过氢键作用向磷上的O₁进行转移,然后再经过构型由三角双锥向八面体的转变,形成六配位磷中间体(3).氢桥键的存在使反应过渡态能量降低,其相对能量为148.5kJ/mol.理论计算较成功的解释了六配位磷中间体的形成机理以及磷酰化丝氨酸仿生化反应中羧基和侧链羟基共同参与的实验结果.     

HNCO+HCO→NCO+CH2O氢转移反应的从头算及动力学研究

在UMP2(Full)/6-311G(d,p)计算水平上,优化了标题反应的反应物、过渡态、产物的几何结构,沿最小能量途径讨论了异氰酸(HNCO)和甲酰自由基(HCO)发生氢转移反应位能面上驻点的结构以及相互作用分子结构变化.指出该反应是一个N-H键断裂和C-H键生成的协同反应.进一步采用UQCISD(T,Full)方法对反应途径上的驻点进行了单点能量校正,得出该反应的计算位垒是91.47 kJ/mol,与实验值108.92 kJ/mol接近在500～2500K实验温度范围内,运用变分过渡态理论(CVT)计算得到的速率常数与实验观测值进行了比较     

基于MOE软件的虚拟仿真实验*——多奈哌齐与乙酰胆碱酯酶的分子对接

基于MOE软件设计了多奈哌齐与乙酰胆碱酯酶的分子对接虚拟仿真实验。通过分子结构预处理、分子对接以及数据分析等内容,帮助学生掌握分子对接的基本技能,深入理解立体化学结构对药物-靶分子相互作用的影响。本实验可以作为药物化学、生物化学等基础课的扩展内容,提高学生研究式学习的兴趣和能力。     

Gaussian软件在高中有机化学教学中的应用

Gaussian计算软件能够以图形化的方式更加清晰、直观地描述有机化学反应中分子的变化过程。以人教版《有机化学基础》（选修5）中卤代烃章节教学为例,介绍了Gaussian软件在辅助课堂教学方面的重要作用。直观地展示了卤代烃分别发生取代和消去反应时各个中间体、过渡态的几何结构,以及整个反应路径上结构和能量的变化。Gaussian软件的使用有助于中学生理解化学反应中成键、断键的过程和本质,极大丰富了课堂教学的形式,也为以后大学化学的学习奠定基础。     

2-(2′-羟基苯基)间氮杂氧茚的旋转异构和质子转移反应

用INDO系列方法对2-(2′-羟基苯基)间氮杂氧茚的旋转异构和质子转移反应进行研究,求得基态和激发态反应的位能面、势垒、过渡态,对有关化合物的吸收和荧光光谱进行了理论指认。计算与实验结果符合较好,并对光化学反应机理和应用前景进行了讨论。