三硝基芳香族炸药的表面静电势、活化能与感度理论研究

运用密度泛函DFT-BHand HLYP/6-311G**方法,对八种三硝基芳香族炸药分子进行全优化、能量频率计算,研究其各自的活化能、表面静电势等几种统计量.建立起这八种化合物实验撞击感度h50与分子表面静电势及统计量之间的定量关系,结果发现其相关系数很大(0.91+).随后引入活化能影响因子,在撞击感度与分子活化能、分子表面静电势及其统计量之间建立关系模型,结果表明撞击感度与活化能、表面静电势及其他统计量之间存在很好的相关关系(0.95+).这对预估炸药分子的撞击感度值有一定意义.     

芬太尼类化合物的分子静电势研究

本文应用INDO波函数计算了三个芬太尼类化合物的分子静电势。酰胺氧原子周围均存在一个势阱很深的宽广的负电势区域, 是最重要的负电中心。 哌啶环4-位引入甲氧甲基后,增加了新的负电势区域。哌啶环1-位芳环周围具有宽广的正电势区域。 哌啶氮原子和酰胺氮原子附近存在较小的负电势区域。 基于计算出的静电势推测了三个化合物的镇痛作用的可能机理及药物结构与毒性的关系。     

基于分子表面静电势参数研究多环芳烃化合物的定量结构-性质关系

对一系列多环芳烃分子进行了HF/6-31G^*水平上的结构优化,在优化结构上进行了分子静电势及其导出参数的计算.运用多元线性回归方法对多环芳烃的沸点、色谱保留指数、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、亨利系数以及生物富集因子等理化性质与分子的结构参数进行了关联.结果表明:分子空间和表面最负的静电势(V_min和V_s,min)、分子表面正的静电势和负的静电势的求和(∑V_s⁺和∑V_s^-)、表面静电势的平衡参数(ν)加上分子的体积可以很好地用于表达多环芳烃分子理化性质与其分子结构间的定量关系.     

亲电取代反应中活性位点预测方法的比较

预测发生亲电取代反应的活性位点具有重要的理论和实际意义.目前已提出了许多基于反应物自身电子结构的预测方法.本文选择14个单取代苯和8个双取代苯作为测试集,对14种预测方法的可靠性进行了详细的比较分析.结果表明,福井函数、平均局部离子化能等体现局部电子软度的方法特别适合含有邻对位定位基的单取代苯和双取代苯体系,但对于含有单个间位定位基的体系,这类方法往往预测失败.基于静电效应的预测方法整体表现明显不如体现局部软度的方法,但更适合含有单个间位定位基的体系.对所有体系预测能力最稳健的是双描述符,因此可以作为普适性的预测方法.     

不同电场强度下Au取代二元胺DAPDI结构和性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)研究了一种分子导线:Au取代二元胺N,N'—bis(4—amino—2,3,5,6—tetramethylphenyl)phtalene—1,2,4,5—dicarboximide(DAPDI),并对它在不同电场强度下的结构和性质进行了分析.结果表明,该分子导线无论几何结构还是电子结构都对外电场很敏感.总电偶极矩及其X方向分量会跟随外电场持续线性的增加,因此强外电场可将该分子高度极化.     

第一性原理的广义梯度近似+U方法的纤锌矿Zn1-xMgxO极化特性与Zn0.75Mg0.25O/ZnO 界面能带偏差研究

在纤锌矿结构Zn_1-xMg_xO/ZnO异质结构中发现了高迁移率的二维电子气(2DEG), 2DEG 的产生很可能是由于界面上存在不连续极化, 而且2DEG通常也被认为是由极化电荷产生的结果. 为了探索2DEG的形成机理及其产生的根源, 研究Zn_1-xMg_xO合金的极化特性与ZnO/Zn_1-xMg_xO超晶格的能带排列是非常必要的. 基于第一性原理广义梯度近似+U方法研究了Zn_1-xMg_xO合金的自发极化随Mg组分x的变化关系, 其中极化特性的计算采用Berry-phase方法. 由于ZnO与Zn_1-xMg_xO 面内晶格参数大小相当, ZnO 与Zn_1-xMg_xO 的界面匹配度优良, 所以ZnO/Zn_1-xMg_xO 超晶格模型较容易建立. 计算了Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格静电势的面内平均及其沿着Z(0001)方向上的宏观平均. (5+3)Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格拥有较大的尺寸, 确保远离界面的Mg_0.25Zn_0.75O与ZnO区域与块体计算情况一致. 除此之外, 基于宏观平均为能量参考, 计算得到Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格界面处价带偏差为0.26 eV, 并且导带偏差与价带偏差的比值处于合理区间, 这与近来实验上报道的结果相符. 除了ZnO在[0001]方向上产生自发极化外, 由于在ZnO中引入Mg杂质会产生应变应力, 导致Mg_xZn_1-xO层产生额外的极化值. 这样必然会在Mg_0.25Zn_0.75O/Zn界面处产生非连续极化现象, 促使单极性电荷在界面处积累, 从而在Mg_0.25Zn_0.75O/Zn超晶格中产生内在电场. 此外, 计算了Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格的能带排列, 由于价带偏差Δ E_V=0.26 eV与导带偏差ΔE_C=0.33 eV, 表明能带遵循I型排列. Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO 的这种能带排列方式足以让电子与空穴在势阱中产生禁闭作用. 2DEG在电子学与光电子学领域都有重要应用, 本文的研究结果将对Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO 界面2DEG的设计与优化中起到重要作用, 并且可以作为研究其他Mg组分的Mg_xZn_1-xO/ZnO超晶格界面电子气特性的参考依据.     

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导出了微岛(w/pi→0)的垂直粘滞性,运用该粘滞性获得了微岛的静电势函数和岛宽随时间演化的动力学方程。理论分析表明,该粘滞性引起的极化电流对微岛起不稳定作用。进一步的数值分析显示当离子温度较小或离子温度突然下降时,极化电流使微岛快速增长,与实验观测到的结果定性一致。     

磺胺甲恶唑的振动光谱和密度泛函理论研究

磺胺甲恶唑(Sulfamethoxazole, SMX)是一种磺胺类广谱抗生素.基于密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在B3LYP/6-311++G (d, p)基组水平上对SMX初始构型进行结构优化,得出该分子最稳定结构构型.同时,给出了SMX的键长、键角和二面角等空间结构参数值,确定该分子空间构型为非平面结构.相同基组水平下进行频率计算,通过频率校正因子0.9630修正并绘制了SMX分子的红外光谱和拉曼光谱图.发现光谱谱段主要分布在3600-2800 cm^-1和1700-300 cm^-1频率段,并且理论计算值和实验测定值有较好吻合,表明DFT计算方法是可取和可信的.借助GaussView 6.0软件和计算得到的势能分布结果对频率范围内每一个振动模式进行了指认归属.此外,采用Multiwfn和VMD程序计算并分析SMX分子的静电势和前线分子轨道,预测了该分子的反应活性位点.该结果为SMX分子的振动光谱检测提供基础数据,为其结构鉴定提供技术参考.     

原子电荷计算方法的对比

原子电荷是对化学体系中电荷分布最简单、最直观的描述形式之一,在理论和实际应用中都有重要意义.本文介绍了12种重要的原子电荷计算方法的原理和特点,通过大量实例从不同角度比较了它们的优缺点.这些方法包括Mulliken、分子环境中的原子轨道(AOIM)、Hirshfeld、原子偶极矩校正的Hirshfeld布居(ADCH)、自然布居分析(NPA)、Merz-Kollmann(MK)、分子中的原子(AIM)、Merck分子力场94(MMFF94)、AM1-BCC、Gasteiger、电荷模型2(CM2)以及电荷均衡(QEq)方法.最后本文对如何在实际应用中选择合适的计算方法给出了建议.     

定量分子结构与纯液体介质光致克尔常数关系

对一系列液体分子进行了理论计算，运用多元回归分析建立了分子结构与纯液体介质光致克尔常数之间的定量关系，从光与分子作用和分子与分子间相互作用的角度对光致克尔效应进行了探讨。结果表明，纯液体介质的光致克尔常数与分子的前线轨道能级（能隙）、偶极矩和空间内最负的静电势之间存在着良好的线性相关关系。