Molecular structure of diatomic lanthanide compounds

The molecular constants of selected diatomic lanthanide compounds (LaH, LaO, LaF, EuH, EuO, EuF, EuS, GdO, GdF, GdH, YbH, YbO, YbF, YbS, LuH, LuO and LuF) have been calculated by using relativistic small-core pseudopotentials and optimized (14s13p10d8f6g)/ [6s6p5d4f3g] valence basis sets. The results are in good agreement with available experimental data, with exception of YbO and LuF. The reasons for the discrepancies in case of YbO are due to a complicated mixing of configurations in the ground state, whereas in case of LuF the binding energy estimated by experimentalists appears to be too low.     

相对论赝势的从头计算法研究铀酰离子电子结构

用相对论赝势的从头算法研究了铀酰离子的几何构型和电子结构.得到了与实验数据较一致的键长、键角和IR振动频率.铀氧间以U5f与O2p相互作用为主,U6d与O2p间的键合较小;同时,U6p、U7s、U6d和Usd杂化轨道与O2s间也有强的相互作用.不同自旋多重度时对铀酰离子总能量计算结果表明,UO22+的基态为1∑g+的可能性更大.     

锕系双原子分子的从头算研究

用相对论有效原子实势(RECP)和密度泛函方法(B3LYP),采用U和Pu原子的紧缩价基集合[5s4p3d4f]/[3s3p2d2f],优化了U2和Pu2分子的平衡结构,得到它们的长键长(LBL)和短键长(SBL)分别为:U2分子是0.38965和0.29927 nm,Pu2分子是0.45375和0.35202 nm;导出了基态和最低激发态的势能函数,计算出它们的力常数、光谱数据和离解能.     

SiC(X~3Ⅱ)的结构与势能函数的从头计算

应用密度泛函理论B3LYP和B3P86以及组态相互作用方法 CCSD,CCSD(T),QCISD和QCISD(T),采用6-311g,6-311G(df),6-311+G(d,p),6-311++G(3df,3pd),aug-cc-pvdz和D95(d)多种基组,优化计算了SiC分子的平衡结构和能量.通过优化计算结果和实验数据R=0.171 82nm进行对比,选择B3LYP/6-311G(df),CCSD/6-311G(df)和QCISD/6-311G(df)方法对SiC(X3Ⅱ)分子进行单点能扫描,同时计算其光谱参数(Be,αe,ωe,ωexe)和力常数(f2,f3,f4),这些计算结果与实验数值相吻合,为研究SiC/SiC复合材料提供了理论数据参考.     

联吖叮氮氧自由基体系及其衍生物NLO性质的密度泛函理论研究

以实验合成的联吖叮氮氧自由基分子为母体, 设计了7个自由基分子. 采用密度泛函理论(DFT) UB3LYP/6-31g(d,p)方法对这些自由基分子不同自旋态的稳定性和非线性光学(NLO)系数进行计算. 结果表明, 联吖叮氮氧自由基分子及其衍生物三重态为稳定基态, 符合自旋极化规则. 引入给吸电子取代基使自由基体系的极化率αs与二阶超极化率γs值有所增大, 且基团的给吸电子能力越强, αs和γs值增加越明显; 对于一阶超极化率βtot, 自由基体系处于单重态时, 取代基的影响较大. 所有自由基分子三重态的NLO系数都小于单重态, 表明可以通过控制体系的自旋多重度来调节体系的NLO性质.     

镱硫属化合物的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)研究镱硫属化合物的电子结构和性质,通过与实验比较考察了现有的几种近似密度泛函公式对镧系元素化合物的适用程度和相对论效应的影响.结果表明,用DFT计算的YbO键长对实验值的偏差约为0.002nm;但得到的键能即使在考虑梯度校正和相对论效应之后,仍比实验值高,在定域密度近似基础上引入交换梯度校正使键能计算值减小,其中PW86x使键能计算值减小稍多些,结果更接近实验值;相关梯度校正使键能计算值升高.相对论效应使键长缩短0.004～0.006nm,键能减小约0.5eV.计算结果的分析表明,Yb的5d轨道和配体的np轨道间形成σ键和π键.在所研究的分子体系中,配体原子从O到Te、Yb原子的5d轨道布后数依次减少,同键能减弱的顺序一致.相对论效应使键能减小的主要原因是在成键过程中发生了Yb的6s电子向5d轨道的转移,而相对论效应使该过程能量增加.偶极矩和电荷分布的计算表明,Yb-L键以共价性为主,相对论效应使共价性成份增加.     

4-羟基苯甲酰肼的红外光谱研究

基于密度泛函理论(Density functional theory,DFT)B3LYP/6-311+G(d,p)及二级微扰理论(Second-order Mller-Plesset,MP2)MP2/6-311+G(d,p)对4-羟基苯甲酰肼分子进行了构型优化,得到了该分子的稳定几何构型,在此基础上对其频率进行了计算和指认,与4-羟基苯甲酰肼的实验谱图比较分析发现,真空分子的羟基、胺基及CH的特征振动频率与实验值相差较大。因此在单晶数据的基础上,增加一个氨气分子,模拟相邻分子对该分子的影响,MP2的计算结果表明,羟基的振动频率与实验值吻合很好,说明相邻分子之间的相互作用不能忽略以及MP2理论在解释该类分子的振动光谱方面具有较高的可靠性。     

铁屎米酮类生物碱分子化学位移的理论研究

用B3LYP/6-311+G(d,p)方法优化了6种铁屎米酮类生物碱分子的结构,并用GI-AO方法计算了这些生物碱分子中1H和13C的化学位移.计算的化学位移与实验值符合得很好.     

氟代乙烯阳离子的理论研究

用B3LYP和MP2方法及6-31G(d, p)、6-31＋G(d, p)、6-311G(d, p)和6-311＋G(d, p) 基组，对六种氟代乙烯阳离子做了理论研究，优化了它们的基电子态的结构，计算了对应分子的垂直电离势（VIP）和绝热电离势(AIP).结果表明，与具有非平面结构的乙烯阳离子不同，六种氟代乙烯阳离子都只具有平面结构；与分子结构相比，离子结构的C－C键增长， C－F键缩短， CCF键角变小. 自然布居分析计算表明，这些离子的正电荷主要分布在与F原子相连的C原子和各H原子上. B3LYP/6-311＋G(d, p) 级别上计算的各分子的VIP和AIP值和实验值符合得很好. 使用含弥散基函数的基集可以明显提高这类分子的电离势的计算精度.     

氯代苯阳离子的密度泛函理论研究

采用B3LYP方法及6-311G(d,p)和6-311+G(d,p)基组,对12种氯代苯阳离子进行了理论研究,优化其电子基态的结构,计算了对应分子的垂直电离势(VIP)和绝热电离势(AIP).依据Jahn-Teller理论,确定了1,3,5-C6H3Cl3+和C6Cl6+离子分别具有C2v(2B1)和D2h(2B2g)结构(对应分子分别为D3h和D6h结构).其余10个离子的构型的对称点群与对应分子相同,但构型参数值有明显差别.用B3LYP方法计算的各氯代苯分子的垂直电离势和绝热电离势与实验值符合得很好.     

氟代苯阳离子的理论研究

用B3LYP方法及6-311G(d，p)和6-311 G(d，p)基组，对十二种氟代苯阳离子做了理论研究，优化了它们的电子基态的结构，计算了对应分子的垂直电离势(VIP)和绝热电离势(AIP)．依据Jahn．Teller理论，计算确定了1，3，5-C6H3F^ 3和C6F^ 6离子分别具有C2v(2↑B)和D2h(2↑B2g)结构(对应分子分别为D3h和D6h结构)．其余十个离子的构型的对称点群与对应分子相同，但构型参数值有明显差别．自然布居分析计算表明这些离子的正电荷主要分布在与F原子相连的C原子和各H原子上．B3LYP／6-311 G(d，p)级别上计算的各氟代苯分子的VIP和AIP值和实验值符合得很好．     

H2CO与双卤分子间卤键的电子密度分析

运用B3LYP和MP2方法在6-311++G(d,p)基组水平上, 对H2CO-XY(XY=F2、Cl2、Br2、ClF、BrF、BrCl)卤键体系进行构型全优化, 得到了O…X—Y型卤键复合物. 结果表明, MP2/6-311++G(d,p)计算结果与实验值较吻合. 并在MP2水平下计算了分子间的相互作用能, 用完全均衡校正CP(counterpoise procedure)方法对基函数重叠误差(BSSE)进行了校正. 利用电子密度拓扑分析方法对卤键复合物的电子密度拓扑性质进行了分析研究.     

一种天然产物Wangzaozin A的细胞毒活性

从总序香茶菜Isodon racemosa (Hemsl) Hara植物中分离得到一个对人类肿瘤细胞Bel-7402和HD-8910具有毒活性的对映-贝壳衫烷型二萜Wangzaozin A化合物(1). 应用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法, 对该分子的几何构型进行优化, 结果表明用B3LYP/6-31G(d)优化的几何参数与它的X射线衍射结构参数基本一致. 在优化的几何构型基础上, 采用规范不变原子轨道(GIAO)法, 在B3LYP理论水平分别用6-31G(d), 6-31G(d,p), 6-31+G(d,p)和6-31++G(d,p)基组进行核磁共振(NMR)化学位移值计算, 预测的1H和13CNMR化学位移值与实验值吻合; 统计误差分析表明, 用B3LYP/6-31G(d)优化的分子构型接近实际的分子构型. 因此, DFT方法适用这一类型化合物的构型和NMR参数进行预测. 在几何优化的基础上, 在B3LYP/6-31G(d)水平上, 对Wangzaozin A分子的静电位(MEP)进行理论计算. MEP三维图表明, 在Wangzaozin A分子中α-亚甲基环戊酮的羰基和羟基附近出现富电子区域(负电位), 起着供电子作用, 与受体的正电子区域结合. 这些结果从理论上支持了α-亚甲基环戊酮结构是一种抗肿瘤活性中心的看法.     

高级量子化学从头计算法研究N2和H2O分子间相互作用

在MP2/6-311++G(3d,3p)电子相关校正水平上,对N₂和H₂O分子间可能存在的氢键复合物进行全自由度能量梯度优化,发现了一个接近于直线的弱氢键总能量极小结构(1),进一步在高级电子相关校正的MP4SDTQ和CCSD(T)水平,用6-311++G(3d,3p)基组加上(3s3p2d1f)键函数,用MP4和CCSD(T)计算的结构1的结合能分别为-5.061kJ/mol和-4.715kJ/mol.     

CH_3SH+CN微观反应机理的理论研究

采用BMC-CCSD//B3LYP/6-311G(d,p)方法对CH3SH+CN反应机理进行了详细的理论研究.反应中涉及的各稳定点的构型、振动频率和零点能在B3LYP/6-311G(d,p)水平下计算得到,计算结果表明,该反应存在两种反应机理,5条可能的反应通道.SN2机理由于能垒太高,与直接氢抽提机理相比可以忽略.该反应的最可行通道为CN中的C原子进攻SH中的H原子经由一个前期和一个后期分子络合物生成产物CH3S和HCN.计算得到的反应焓变与已有实验值非常吻合.     

OH-与CH2CIF反应的阴离子产物通道

理论研究了羟基负离子(OH-)与氟氯代甲烷(CH2CIF)反应的阴离子产物通道.分别在B3LYP/6-31+G(d,p)和B3LYP/6-311++G(2d,p)水平上得到反应势能面上各关键物种的优化构型,进而计算得到谐振频率和零点能.基于CCSD(T)/6-311+G(3df,3dp)水平的相对能量,描述了由质子转移和双分子亲核取代(SN2)过程生成各阴离子产物的途径.各阴离子产物途径势垒的计算结果表明质子转移过程是实验中的主要产物通道,与以往实验测量的结论相符.此外,计算还显示双分子亲核取代过程得到了非典型的阴离子产物,其中动力学效应可能会导致F-的生成.     

稀土卤化物的电子结构和化学键

用半经验自洽场分子轨道法(INDO)研究了LnF_3和LnCl_3(Ln=Ce、Nd、Sm、Gd、Tb、Yb)分子的电子结构,指出这些化合物的化学键有相当程度的共价性,其主要贡献来自5d轨道,6s、6p次之,4f、5s、5p几乎不参与成键。     

C6FmH6－m (m＝1～6)结构及芳香性的理论研究

运用密度泛函理论方法B3LYP, 选取6-31G(d,p)和6-31G(d)两种基组对C₆F_mH_{6－ m}(m＝1～6)进行了几何优化, 并对优化结构运用B3LYP/6-31G(d,p)方法进行了键能计算, 选用B3LYP-GIAO/6-31＋＋G(d,p)方法进行核无关化学位移(Nucleus-Independent Chemical Shifts, NICS)的计算. 研究表明, 所研究的氟代苯的基态均呈平面几何结构, 6-31G(d,p)基组计算的键长、键角的结果与实验值更加吻合, 其芳香性都较苯的大, 且随取代F数目的增加而增大. 用NBO对分子总NICS及各键对NICS的贡献进行了分解, 结果显示, 氟的p_z孤对电子参与六元环π键的形成是使氟代苯分子芳香性变大的主要原因.     

CNDO/2法计算二茂锆卤化物的电子结构

本文将Pople的闭壳层CNDO/2程序改编成将原子中s,p,d亚层分开处理,并扩展到可计算锆化合物的CNDO/2-TM程序;选取了锆的有关参数;计算了Cp_2ZrX_2(X=F,Cl)分子的电子结构.得到的氯化物分子轨道的能级次序和间隔与光电子能谱相符.计算的偶极矩为5.88D,与实验值相近.计算结果还说明Cp_2ZrX_2是有一定离子性的共价化合物.中心锆原子约呈 1价.金属锆的5s轨道参与茂环的σ键,5p轨道通过移入电子参与茂环σ键,而4d轨道则参与茂环的π键,但成键所占成分不大.Zr-F键的离子性占51％,Zr-Cl键的离子性占44％,Zr-Cp键的共价性在84～93％之间.     

双咔唑间连接方式不同引起的结构和性质变化的理论研究

利用密度泛函方法(DFT)和单激发组态相互作用(CIS)方法, 在6-31G(d,p) 基组水平下优化了咔唑分子和14种双咔唑结构异构体的基态和激发态结构, 在此基础上, 用含时密度泛函(TD-DFT)方法在相同基组水平下计算了模型分子的吸收和发射波长及电荷跃迁性质. 讨论了双咔唑构型的变化带来的性质上的变化, 与实验值相比得到了精确的计算结果. 通过双咔唑的前线轨道能量值、电离能和亲和势及重组能的变化, 全面研究了不同构型的应用, 为实验上的设计和合成提供了思路.