两种电场结构下离子运动轨迹模拟与实验对比研究

结合最新的离子与分子碰撞模型,编写在Simon 7.0平台下的离子运动模拟程序,实现了在漂移管电场中离子运动轨迹的模拟,开展在两种漂移管电极结构即均匀电场和周期性聚焦电场下离子的运动轨迹模拟与质子转移反应质谱(PTR-MS)实验检测对比研究,得到了常见有机物的可探测灵敏度,发现周期性聚焦电场PTR-MS的性能总体上要比均匀电场PTR-MS好,可探测灵敏度增加了5~9倍,显示了通过对离子运动轨迹的理论模拟在仪器性能优化与改进上的优势,同时该方法具有用于提高其他质谱检测仪器灵敏度的巨大潜力.     

Theoretical Study on lntramolecular Proton Transfer of Perylenequinonoid Derivatives

Intramolecular proton transfer of hypomycin A in the ground state So and singlet excited state S1 were calculated by high level quantum chemical method in this letter. It was found that the IPT barriers for Ⅰ→TS1 are 38.56 kJ/mol in So and 8.19 kJ/mol in S1, while those for Ⅰ→TS4 get approximately 17 kJ/mol higher in So and 28 kJ/mol higher in S1. The calculation of IPT rate constants suggests that the experiment observed process of PQD is in S1. The height of the IPT barriers correlate not only with the variance of charge for labile hydrogen, the change of H-bond‘s length, the change of O-H bond‘s length and the change of O-O distance, but also with the reactant molecular H-bond‘s length. Moreover, the correlations are the same for S0 and S1.     

N-甲替甲酰胺-水的氢键团簇的从头计算研究

利用从头计算方法在MP2 / 6 31+G 和MP2 / 6 311++G(d ,p)水平上对N 甲替甲酰胺 (NMF) 水氢键团簇进行了研究 .计算给出了所有中性和离子化NMF H2 O团簇的优化结构、解离通道以及解离能 .对于N 甲替甲酰胺 ,顺式结构比反式结构具有更低的能量 .对于质子化的NMF ,质子倾向于连接在甲替甲酰胺的氧原子上 .计算结果表明 ,NMF的顺式和反式构型都可以与水分子形成线型的氢键结构 .尽管NMF反式结构比顺式结构能量高 ,但由于反式结构能与水分子形成双氢键 ,因此能更稳定的存在 .N 甲替甲酰胺 水团簇电离后 ,无论顺式和反式结构均有质子化产物生成 .     

质子转移反应质谱的建立与性能研究

报道了自行研制的质子转移反应质谱的基本结构和性能。利用水蒸气辉光放电产生了反应离子H3O ,以合成空气为反应气体,测量了H3O 与合成空气中的水反应产生的团簇离子H3O (H2O)n的质谱。实验发现,当漂移管电场与分子密度比值为144Td时,增加的离子能量可以阻止团簇离子H3O (H2O)n的形成,质谱观察到的离子主要是H3O ,其纯度可达99%以上,这时H3O 与有机物分子如甲苯的质子转移反应的产物离子也呈单一形式,团簇离子得到很好地抑制。根据离子强度和离子反应时间等参数,获得了PTR-MS目前的检出限为10-8(V/V)。利用PTR-MS对标准浓度甲苯及其稀释气体进行检测,表明PTR-MS在线定量检测准确性良好,线性动态范围跨越3个数量级,能够应用于大气中痕量挥发性有机物的实时在线测量。     

C1～C3正构醛、醇在质子转移反应飞行时间质谱中的产物离子特征分析

为分析C₁～C₃正构醛、 醇化合物在质子转移反应飞行时间质谱(PTR-TOF MS)中的产物离子特征, 考察了不同E/N值(E: 电场强度, N: 气体分子数密度)下C₁～C₃正构醛、 醇的产物离子种类和强度的变化. 结果表明, 低分子量正构醇类(甲醇、 乙醇和丙醇)倾向于形成质子化聚合物[nMH]⁺及其失水离子[nMH-H₂O]⁺, 且随着E/N值升高, 醇类会产生较多裂解碎片和多聚体离子. 低分子量正构醛(甲醛、 乙醛和丙醛)主要产生质子化产物[MH]⁺和一水合质子化产物[M·H₃O]⁺, 高E/N值(>125 Td)会抑制甲醛质子化, 也会抑制其加合产物的生成. 乙醛倾向于形成水加合物, 且随着E/N值增高, 质子化乙醛与一水合质子化乙醛的变化趋势相反. 另外, 丙醛在较高的E/N值下会产生一系列聚合物, 如[MH·C₂H₅]⁺和[2MH]⁺. 通过分析C₁～C₃正构醛、 醇的质子转移反应特征及产物离子形成过程, 获得了C₁～C₃正构醛、 醇的特征离子和对应的最佳E/N设置值, 为低分子量醛、 醇的定性分析提供了重要依据.     

2-(2-巯苯基)苯并噁唑分子内质子转移取代基电子效应的密度泛函理论研究

在B3LYP/6-31G(d,p)和TDB3LYP/6-31++G(d,p)//CIS/6-31G(d,p)水平上研究了2-(2-巯苯基)苯并噁唑及其衍生物基态和激发态分子内质子转移现象,并探讨取代基电子效应对分子内质子转移的影响,研究结果表明,在基态时,硫醇式异构体为优势构象,供电子取代基使基态分子内正向质子转移能垒(烯醇式→酮式)升高;而吸电子取代基则可降低能垒,有利于基态分子内质子转移并有助于硫酮式异构体的稳定.在激发态时,硫酮式结构为优势构象,所研究的2-(2-巯苯基)苯并噁唑化合物及衍生物均可以发生无能垒或低能垒(≤1.5kJ/mol)的激发态分子内质子转移.巯苯基部分是激发态失活的主要活性部分,供电子基团有利于激发态的质子转移,吸电子基团使激发态跃迁困难,不利于激发态的质子转移.     

Alkali （Alkali Earth） Metal Ions with 2-（3＇-Hydroxy-2＇-pyridyl）benz- oxazole Cation-π Complexes and Its Intramolecular Proton Transfer Process： A Theoretical Investigation

采用密度泛函B3LYP方法,在6—311＋＋G（d,p）基组水平上对碱（土）金属离子（Li＋,Na＋,K＋,Be2＋,Mg2＋和Ca2＋）与2-（3’-羟基-2’-吡啶基）苯并噁唑（HPyBO）的36种阳离子-π复合物的初始构型进行了几何全优化,并计算了其相互作用能．结果表明,碱（土）金属离子与HPyBO复合物有较强的阳离子-π相互作用,部分复合物甚至达到了化学键的强度．相对能量的变化表明碱（土）金属离子的作用能改变HPyBO分子内质子转移过程的能垒,甚至可以导致优势构型反转．当考虑水的溶剂效应后,各质子转移异构体的相对能量及质子转移的能垒均有一定程度的改变．另外,应用分子中的原子（AIM）方法对复合物分子内氢键的键临界点性质进行了分析．     

5-氯尿嘧啶质子转移异构化的密度泛函理论研究

采用密度泛函B3LYP/6-311+G**方法,对5-氯尿嘧啶分子内质子转移及水助催化质子转移引起的互变异构反应机理进行了计算研究,获得了互变异构过程的反应焓、活化能、活化吉布斯自由能和质子转移反应的速率常数等参数。计算结果表明,5-氯尿嘧啶无论是孤立分子还是一水合物,其双酮式CU1是最稳定异构体,由双酮式向烯醇式异构化找到3条通道(P1,P2,P3),各通道速控步骤的活化能分别为177.85、177.05和197.58kJ/mol。当水分子参与反应以双质子转移机理异构化时,活化能显著降低,各通道速控步骤的活化能依次降为66.24、69.36和77.85kJ/mol,有利于双酮式向烯醇式或酮醇式转变。计算结果还表明,氢键作用在增大5-氯尿嘧啶一水复合物稳定性、降低质子转移异构化反应活化能等方面起着重要作用。     

羟基加成反应对A-T碱基对结构和质子转移过程的影响

应用密度泛函理论在B3LYP/6-31++G(d,p)//B3LYP/6-31G(d,p)水平上对羟基化碱基对A-T的结构进行了研究,经计算共得到8种稳定的羟基化加成产物,其能量的相对顺序为8OHA-TA-T6OHA-T5OH2OHA-T4OHA-T5OHA-TA-T2OHA-T4OH(数字表示羟基加成进攻的原子在腺嘌呤或胸腺嘧啶中的编号),这与其加成反应前后结构变化的大小密切相关.当羟基对腺嘌呤端进行加成时,A-T间的相互作用能略有增加,而当羟基对胸腺嘧啶进行加成时,A-T之间的相互作用能略有减小.另外,还以能量较低的加成产物8OHA-T和A-T6OH为例对羟基化碱基对中A和T之间的质子转移过程进行了研究,结果表明羟基化产物中A与T之间的质子转移机理由未加成前的分步双质子转移变为协同双质子转移,且其势垒低于未加成的A-T发生第一步(决速步骤)质子转移的势垒.     

2-(3-巯基-2-吡啶基)苯并咪唑分子内质子转移及溶剂化效应

在B3LYP/6-31G(d,p)和TD B3LYP/6-31++G(d,p)//CIS/6-31G(d,p)水平上,研究了2-(3-巯基-2-吡啶基)苯并咪唑(MPyBI)在气相和七种溶剂(环己烷、苯、三氯甲烷、乙醇、乙腈、二甲亚砜和水)中基态和激发态的分子内质子转移(GSIPT和ESIPT)过程.在基态势能面的研究中发现,该化合物存在分子内双质子转移,其中分步的双质子转移在动力学上具有优势.同时对激发态质子转移势能面及激发态转移过程中的光物理现象进行了研究,结果表明该化合物存在快速的无能垒的激发态分子内质子转移,随着溶剂极性的增强,可以降低基态过渡态的能垒,改变硫醇式与硫酮式互变异构体的比例,从而灵敏地控制荧光的强度.