环境污染物中碳氯键离解能的理论研究

利用六种密度泛函理论方法（B3LYP, B3P86, MPW1K, TPSS1KCIS, X3LYP, BMK）对碳氯键离解能进行理论计算,结果发现几种新发展的密度泛函(DFT)方法用于碳氯键离解能的计算比传统的B3LYP有较大的改善,其中对能量估算相对准确的B3P86方法对碳氯键离解能的计算精度最高,对17个分子中碳氯键离解能计算的平均绝对偏差为6.58 kJ/mol。最后运用B3P86方法对一系列环境危害较大,但可通过光化学降解和生物降解的氯代有机物的碳氯键离解能值进行预测,并讨论了影响碳氯键离解能的结构性质关系。     

取代氯苯化合物的电子结构和键离解能的理论研究

利用密度泛函（DFT）三种交换／相关函数（B3LYP,B3PW91,B3P86）结合6—31G^＊＊和 6-311G^＊＊基组,计算了13个取代氯苯化合物的键离解能．结果表明B3PS6／6—311G^＊＊方法是计算取代氯苯化合物键离解能的可信方法,研究发现C—Cl键的键离解能与所使用的基组和计算方法密切相关,取代基对C—Cl键的键离解能的影响不明显．研究了目标化合物的前线轨道能级差,并对取代氯苯化合物的热稳定性做了评估．     

碳氟键均裂解离能的密度泛函理论研究

运用6种密度泛函方法(B3LYP, B3P86, B3PW91, PBE1PBE, MPW1B95, MPW1K)对15个含氟有机化合物的碳氟键均裂解离能进行理论计算, 得到的理论值与实验值比较, 发现B3P86方法用于碳氟键均裂解离能的计算相对可靠. 使用验证后的理论方法对含氟杂环有机化合物和卤氟烃中的碳氟键均裂解离能进行了预测和分析, 并进一步讨论了α-取代基效应以及Hammett型取代基效应对碳氟键均裂解离能的影响.     

ClO/ClO~-耦合体系结构性质及反应通道研究

利用从头算法和密度泛函理论对ClO/ClO~-体系进行了研究。首先应用密度泛 函理论的六种方法(B3LYP,BLYP,B3P86,BP86,BHLYP,LSDA)和从头算理论的CCSD方法 在6-3+G~*,6-311+G~*及6-311+G(3df)基组水平上对单体进行了优化,选出最适合 该体系的方法和基组B3LYP/6-311+G(3df);然后在B3LYP/6-311+G(3df)水平上计算 了沿各种反应通道的离解能,并且进行了校正。找出了存在的中间体及中间体异构 化的过渡态,并进行了IRC路径解析。对各稳定体进行了频率分析和成键分析。结 果表明,单体ClO和单体ClO~-结合为稳定的中间体后,其离解方式主要是向着 ClOO+Cl~-和ClOO~-+Cl两种方式进行,两种离解方式的离解能分别为-33.39和82. 88kJ/mol,并且前者是一个离解性电子转移过程,经历一个电子转移过渡态。     

用GGA密度泛函及其长程、色散校正方法计算各类氢键的结合能

应用广义梯度近似(GGA) (PW91和PBE)、含动能密度的广义梯度近似(meta-GGA) (M06-L)、杂化泛函(hyper-GGA)(M06-2X、X3LYP和B3LYP)及其长程校正泛函LC-DFT(CAM-B3LYP、LC-ωPBE和ωB97X)和色散校正密度泛函(DFT-D)(ωB97X-D和B97-D),用多种基函数对15种不同强度的传统氢键和非传统氢键体系的结合能进行了系统的计算与分析.并与高精度的CCSD(T)/aug-cc-pVQZ结果比较发现:在上述各类泛函中,对于氢键结合能的计算M06-2X和ωB97X-D泛函较为精确与可靠,且没有必要使用过大的基函数,6-311++G(2d,2p)或aug-cc-pVDZ水平的基组就已足够,各类泛函所计算结合能的基组重叠误差(BSSE)均较小,除ωB97X和ωB97X-D外,其它9种泛函不经BSSE校正也能得到同样甚至更准确的结果.     

以双亚甲胺席夫碱为配体的双核吡唑铜配合物的磁性理论研究

采用对称性破损态方法结合密度泛函理论,以双亚甲胺席夫碱为配体的双核吡唑铜配合物[Cu_2L(PZ)](L=双甲亚胺三阴离子,由1-苯基-3-甲基-4-甲酰吡唑和1,3-二氨-2-丙醇衍生而成;PZ=吡唑阴离子)作为研究对象,通过与实验数据相比较,讨论了不同密度泛函方法与基组对金属铜配合物磁交换耦合常数的影响.结果表明,4种混合密度泛函方法(B3PW91,B3LYP,B3P86和PBE)及3种单一密度泛函方法(BPW91,BLYP和BP86)的计算结果都能与实验值符号一致,且B3P86方法所得到的结果与实验值最为接近,而单一密度泛函的计算结果误差较大,与实验值吻合程度不好.同时采用B3P86方法计算所得交换耦合常数Jab对基组的依赖性较大.研究表明,2个Cu(Ⅱ)离子之间弱的反铁磁相互作用主要源于单占据分子轨道SOMOs小的能量劈裂.     

聚对苯二甲酸乙二醇酯二聚体模化物键离能的理论研究

采用密度泛函理论方法计算了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)二聚体模化物的键离能,并设计PET热解的3条可能路径,分析PET热解机理.由于乙酸甲酯与PET具有相同的酯基官能团,因此以乙酸甲酯为简单模型参照物,采用M06-2X,B3P86,B3LYP以及BHandHLYP方法分别在基组LanL2DZ,6-31G(d),3-21G和6-31++G(d,p)水平下对乙酸甲酯的键离能进行计算.通过计算可知,B3P86与M06-2X方法的计算结果与iBonD数据库的乙酸甲酯实验测定值最接近.因此本研究采用B3P86与M06-2X方法对PET的键离能进行计算.计算结果表明:PET的各键中C—C(aromatic)键的键离能最大,主链上的C—C键离能最小,其次是C—O键.在PET的可能热解路径中,PET可能主要通过主链进行协同反应,生成苯甲酸、对苯二甲酸等有机酸以及CH_3CHO和CO_2等气体产物.     

邻苯二甲酸单甲酯桥联双核铜(Ⅱ)配合物磁性的理论研究

采用对称性破损态方法结合密度泛函理论,选用典型的强反铁磁双核配合物作为研究对象,通过与实验数据相比较,探讨了不同密度泛函方法与基组对计算铜配合物[Cu2(mMP)4(H2O)2]·H2O交换耦合常数的准确度.结果表明,4种混合密度泛函DFT(B3LYP,B3P86,B3PW91和PBE0)的计算结果都能和实验所观察到的值-324cm-1符号一致,但B3PW91方法得到的结果和实验结果吻合程度最好,同时采用方法B3PW91方法计算所得的交换耦合常数Jab对基组的依赖性较大.研究表明,2个Cu(Ⅱ)离子之间的反铁磁相互作用主要源于单占据分子轨道SOMOs大的能量劈裂和桥联配体O-C-O轨道的重叠.     

精确计算化学键解离能的ONIOM-G3B3方法及其在抗氧化剂研究中的应用

通过对179个有机化合物C—H, N—H, O—H键离解能的理论计算, 系统评估了高精度组合从头算方法(ONIOM-G3B3)和密度泛函理论方法(B3LYP)在预测键离解能上的可靠性. 研究发现ONIOM-G3B3方法可以准确预测各类有机化合物的键解离能, 精度达到5.9 kJ/mol. 运用ONIOM-G3B3方法成功预测了两类重要的天然抗氧化剂维生素E族和茶多酚族的键解离能, 并进一步讨论了抗氧化活性、自由基清除机理及其构效关系.     

精确计算化学键解离能的ONIOM-G3B3方法及其在抗氧化剂研究中的应用

通过对179个有机化合物C—H,N—H,O—H键离解能的理论计算,系统评估了高精度组合从头算方法(ONIOM-G3B3)和密度泛函理论方法(B3LYP)在预测键离解能上的可靠性.研究发现ONIOM-G3B3方法可以准确预测各类有机化合物的键解离能,精度达到5.9 kJ/mol.运用ONIOM-G3B3方法成功预测了两类重要的天然抗氧化剂维生素E族和茶多酚族的键解离能,并进一步讨论了抗氧化活性、自由基清除机理及其构效关系.     

铁磁性双核吲哚铜配合物的理论研究

采用密度泛函理论结合对称性破损态方法(DFT-BS),以双亚甲胺席夫碱为配体的双核吲哚铜配合物[Cu2L(AZ)(DMSO)](L=双甲亚胺三阴离子,由1-苯基-3-甲基-4-甲酰吡唑和1,3-二氨-2-丙醇衍生而成;AZ=7-氮杂吲哚阴离子)作为研究对象,通过与实验数据相比较,讨论了在不同密度泛函方法与基组对金属铜配物交换耦合常数的影响.结果表明,4种混合密度泛函方法(B3PW91,B3LYP,B3P86和PBE)及3种单一密度泛函(BPW91,BLYP和BP86)的计算结果都与实验值106cm-1有着相同的符号,但使用单一密度泛函所得到的结果与实验值比较接近.不论是混合密度泛函还是单一密度泛函计算所得到的耦合常数Jab对基组都有很大的依赖性,且BLYP/LANL2DZ水平下计算所得结果与实验数据吻合程度最好.研究表明,铁磁性配合物[Cu2L(AZ)(DMSO)]中存在着自旋离域和自旋极化效应.     

3-甲基-4-对甲基苯基-5-(2-吡啶)-1,2,4-三唑桥联的双核铜配合物的磁性理论研究

采用对称性破损态方法结合密度泛函理论,选用反铁磁双核配合物[Cu2(MMBPT)2Cl4(H2O)2.5](MMBPT=3-甲基-4-对甲基苯基-5-(2-吡啶)-1,2,4-三唑)作为研究对象,通过与实验数据相比较,探讨了不同密度泛函方法与基组对计算铜配合物交换耦合常数的准确度.结果表明,4种混合密度泛函DFT(B3LYP,B3P86,B3PW91和PBE0)的计算结果都能和实验所观察到的值-31cm-1符号一致,但只有B3PW91方法得到的结果和实验结果吻合程度最好,同时采用方法B3PW91方法计算所得的交换耦合常数Jab对基组的依赖性较大.研究表明,2个Cu(Ⅱ)离子之间弱的反铁磁相互作用主要源于单占据分子轨道SOMOs小的能量劈裂.     

以吡唑羧酸类席夫碱为配体的铜配合物的磁性理论研究

采用密度泛函理论结合对称性破损态方法,以吡唑羧酸类席夫碱为配体的四核铜配合物[Cu_4(L)_4]·2NaClO_4·2MeOH(L=5-(1-((3-氨丙基)亚氨基)乙基)-4-甲基-1H-吡唑-3-羧酸)中邻近的双核铜为研究对象,用4种密度泛函方法(PBE0,B3LYP,B3PW91,B3P86)在3个基组(SDD,LANL2DZ,6-31G)水平下对配合物进行计算,计算所得结果都与实验值接近.其中在PBE0/LANL2DZ水平上,该配合物的计算结果与实验值符合程度最好.研究表明该配合物中金属离子之间弱的反铁磁作用是因为能量劈裂较小的单占据分子轨道SOMOs,自旋密度分析显示反铁磁性的铜配合物存在自旋离域效应.     

以1,2-二甲基咪唑为配体的双核Co(Ⅱ)配合物的磁性理论研究

采用密度泛函理论结合对称破损态方法(DFT-BS),选取反铁磁双核配合物[Co_2(DMIM)_4(μ-O_2,O,O'-SO_4)_2](DMIM=1,2-二甲基咪唑)为研究对象,通过不同密度泛函方法与基组计算双核Co(Ⅱ)配合物体系的磁耦合常数,并将计算结果与实验数据进行比较,寻找DFT-BS方法下最适合本体系的计算条件.结果表明,3种混合密度泛函DFT(PBE0,B3PW91和B3P86)的计算结果都与实验观测值-28 cm~(-1)符号一致,但只有PBE0方法得到的结果和实验数据吻合程度最好.同时,采用PBE0方法计算所得的交换耦合常数Jab对基组有较大的依赖性.研究表明,单占据分子轨道SOMOs较大的能量劈裂导致了2个Co(Ⅱ)离子之间强的反铁磁相互作用.     

木质素模化物键离解能的理论研究

采用密度泛函理论B3P86方法,在6-31G(d,p)基组水平上,对木质素结构中的6种连接方式(β-O-4、α-O-4、4-O-5、β-1、α-1、5-5)的63个木质素模化物的醚键(C-O)和C-C键的键离解能E_B进行了理论计算研究。分析了不同取代基对键离解能的影响以及键长与键离解能的相关性。计算结果表明,C-O键的键离解能通常比C-C键的小,在各种醚键中C_α-O键的平均键离解能最小,为182.7 kJ/mol;其次是β-O-4连接中的C_β-O键,苯环和烷烃基上的取代基对醚键的键离解能有较强的弱化作用,C-O键的键长和键离解能的相关性较差。与C-O键相比,C-C键的键离解能受苯环上取代基的影响很小,而烷烃基上的取代基对C-C键的键离解能有较大的影响,C-C键的键离解能和键长之间存在较强的线性关系,C-C键的键长越长,其键离解能越小。     

尿酸分子互变异构体平面构象的理论研究

使用半经验量子化学中的AM1方法、从头计算Hartree-Fock理论(在3-21G*水平)和密度泛函理论中的B3LYP方法(使用6-31G(d)基组),研究了尿酸分子的所有35种互变异构体。计算结果表明,三羰基互变异构体是所有异构体中能量最低的,其次为单羟基异构体和双羟基异构体,而含有三羟基的互变异构体相对能量最高。随着羟基数的增加, C-N键的平均键长从1.395逐渐缩短到1.351,而CC键的平均键长基本保持不变(1.400~1.406)。     

CuC、CuN分子基态的结构与分析势能函数

在Cu 的有效核势近似下, 运用密度泛函(B3LYP)方法, 对Cu采用基集合LANL2DZ, 但对其价电子基组的p轨道函数部分做了必要的修改, 而对C、N采用基集合6-311+G(d), 对CuC和CuN分子的微观结构进行了理论计算. 优化并计算了两分子基态的能量, 平衡结构和谐振频率. 根据原子分子反应静力学原理, 导出了CuC和CuN分子基态的合理离解极限和离解能. 应用密度泛函(B3LYP)方法扫描了CuC和CuN分子基态的势能曲线, 并采用最小二乘法拟合了两分子基态的Murrell-Sorbie势能函数及其在平衡位置附近的Dunham展开式. 同时根据Herzberg 和Dunham的公式, 计算了CuC和CuN分子基态的光谱参数.     

N—O键解离焓的密度泛函理论研究

在高精度计算方法G3和G3B3的基础上,比较了密度泛函理论(DFT)十几种方法对N—O键解离焓(BDE)相对于实验值的计算精度,发现用B3P86方法计算15种化合物N—O键的BDE,均方根误差最小,仅为6.36kJ·mol-1,计算值与实验值的线性相关系数为0.991.在此基础上,用该方法分别计算了非芳香化合物及芳香化合物的N—O键BDE.通过自然键轨道分析,发现部分N—O键的BDE与N—O键的键长、原子电荷密度及键级之间存在定量关系.此外,在B3P86方法的基础上预测了几种典型的杂环芳香化合物N—O键BDE值.     

戊烯自由基阳离子的密度泛函理论研究

使用密度泛函理论B3LYP方法和6-31G(d,p)、6-31＋G(d,p)、6-311G(d,p)及6-311＋G(d,p)基组，分别对2-C5H10＋和1-C5H10＋的各种构象进行了几何构型优化，并用B3LYP/6-311G(d,p)进行了频率分析计算.计算预言1-C5H10＋具有非平面构型，与以往报导的从头算计算结论相反.在两个自由基阳离子的各种构象的B3LYP几何构型上，进行了B3LYP和UMP2(full)方法的超精细偶合常数计算，得到了比以往更好的结果.     

[M(Im)2X2]型配合物的Far-IR和Raman光谱的理论研究

本文用从头计算RHF和密度泛函B3LYP方法以及LanL2DZ，SDD和6-31G(d)基组计算了配合物M(Im)₂X₂ (Im=imidazole；M=Zn(Ⅱ)，Pd(Ⅱ)，Pt(Ⅱ)；X=F，Cl，Br，I)的几何构型以及Far-IR和Raman振动频率。计算结果表明，对Zn(Ⅱ)配合物而言,B3LYP/6-31G(d)方法得到的几何参数与实验值吻合得最好，B3LYP/SDD次之。在计算Far-IR和Raman振动频率时，发现采用6-31G(d)基组，两种方法计算的结果差别不大。对LanL2DZ和SDD基组而言，对计算结果影响较大的是理论方法，基组影响甚微，个别的振动频率基组影响较大，相比较而言，SDD基组得到的结果更好一些。本文所使用的两种计算方法都能得到与实验值比较吻合的结果，而用从头计算RHF方法计算的结果与实验值更接近一些。在此基础上，预测了Pd(Ⅱ)和Pt(Ⅱ)配合物的Far-IR和Raman振动频率。