量子化学和统计热力学结合的实验:确定过氧化氢二面角

介绍一个面向高年级本科生的计算化学实验。通过量子化学计算与统计热力学方法相结合,预测了298 K时过氧化氢的二面角,并与实验值进行比较。通过这一应用实例,使学生能够深入理解结构化学和物理化学的相关理论知识,尤其是对统计热力学的本质有一个直观认识,提升学生利用统计热力学处理科学问题的能力。     

分子的酸碱性质与氢键强度之间关系的探讨*——介绍一个计算化学实验

介绍一个面向高年级本科生的计算化学实验。通过利用量子化学计算,确定嘧啶碱基的酸碱性质以及它们与水分子之间的相互作用能,构建氢键复合物分子间相互作用与分子酸碱性之间的定量关系,使学生对分子的酸碱性、分子间相互作用、分子识别之间的关系有一定的直观认识。该实验有助于学生梳理课堂学到的碎片化知识,提升学生逻辑分析及创新能力。     

Theoretical studies on the influence of molecular interactions on the mechanism of electron transfer in photosynthetic reaction center of Rps.viridis

Based on the QM/MM optimized X-ray crystal structure of the photosynthetic reaction center (PRC) of purple bacteria Rhodopseudomonas (Rps.) viridis, quantum chemistry density functional method (DFT, B3LYP/6-31G) has been performed to study the interactions between the pigment molecules and either the surrounded amino acid residues or water molecules that are either axially coordinated or hydrogen bonded with the pigment molecules, leading to an explanation of the mechanism of the primary electron-transfer (ET) reactions in the PRC. Results show that the axial coordination of amino acid residues greatly raises the ELUMO of pigment molecules and it is important for the possibility of ET to take place. Different hydrogen bonds between amino acid residues, water molecules and pigment molecules decrease the ELUMO of the pigment molecules to different extents. It is crucial for the ET taking place from excited P along L branch and sustains that the ET is a one-step reaction without through accessory bacterioc     

稀散金属化合物水溶液热力学研究 1: HCL+GaCl3+H2O体系

在HCl+GaCl3+H2O体系中,恒定五个总离子强度I=0.4,0.6,0.8,1.0,1.5mol/kg,控制混合电解质中氯化镓离子强度分数YB=0.0,0.1,0.3,0.5,0.7,并在278.15～318.15K范围内测定了五个温度的无液接电池：Pt|H2(101.325kPa)|HCl(mA),GaCl3(mB),H2O|AgCl|Ag的电动势。根据150个实验点的电动势数据,确定了HCl的活系数及其随氯化镓浓度变化规律,结果发现HCl活度系数遵守Harned规则。同时本文在Pitzer电解质溶液理论基础上提出一个确定氯化镓的pitzer参数和活度系数的方法,指出了氯化镓在这个混合电解质溶液中遵守扩展的Harned规则。     

细菌光合反应中心Q~A和Q~B间电子转移反应的量子化学研究

用量子化学半经验的AM1和密度泛函DFT(BELYP/6-31G(d))方法分别优化了质体醌MQ1(Q~A)、泛醌UQ1(Q~B)及其阳离子自由基的结构。用Nelsen方法计算了电子转移反应MQ1-UQ1→MQ1UQ^-~1的内重组能λi。用线性反应坐标方法构造了该电子转移反应的双势阱,两透热势能面在反应坐标R≈0.30处相交。对该电子转移体系进行闭壳层的单点计算,并用Koopmans定理计算了体系的分裂能△,得到△随线性反应坐标R的变化关系。结果表明,在R=0.342处△有一极小值,从而得到该电子转移反应的电子转移矩阵元Vrp,并由此确定了反应的过渡态。在此基础上,用两球模型计算了反应的溶剂重组能λ0。本文还计算了该电子转移反应的活化自由能△G。最后,根据Marcus电子转移理论计算了该反应的速率常数ket为5.93×10^4s^-^1,由此得到该反应的半衰期与文献报道的结果一致。     

稀散金属化合物水溶液热力学研究Ⅰ.HCl+GaCl3+H2O体系

在HCl+GaCl3+H2O体系中,恒定五个总离子强度I=0.4,0.6,0.8,1.0,1.5 mol/kg,控制混合电解质中氯化镓离子强度分数YB=0.0, 0.1, 0.3, 0.5, 0.7,并在278.15～318.15 K范围内测定了五个温度的无液接电池:Pt|H2 (101.325 kPa)| HCl (mA), GaCl3 (mB), H2O|AgCl|Ag的电动势.根据150个实验点的电动势数据,确定了HCl的活度系数及其随氯化镓浓度变化规律,结果发现HCl活度系数遵守Harned规则.同时本文在Pitzer电解质溶液理论基础上提出了一个确定氯化镓的Pitzer参数和活度系数的方法,指出了氯化镓在这个混合电解质溶液中遵守扩展的Harned规则.     

双链DNA分子内电荷转移超交换机理

设计并合成了一系列寡聚核苷酸组成的双链DNA分子,通过检测样品中二氨基嘌呤(Ap)荧光峰强度和相对荧光量子产率来研究DNA分子内电荷转移.实验中直接分辨和观测到双链DNA分子内电荷转移超交换机理,超交换机理在近距离起作用；而电荷转移跳跃机理,可能是通过极子运动形式体现.     

Rps. viridis光合反应中心分子间相互作用对电子转移机理影响的理论研究

基于晶体结构并经QM/MM优化后的结构数据, 用量子化学密度泛函(DFT, B3LYP)方法, 在6-31G基组水平上, 对紫色光合细菌Rhodopseudomonas(Rps.)viridis 反应中心内, 色素分子与蛋白质环境中氨基酸残基以及水分子间的配位及氢键等相互作用对反应中心原初电子转移反应机理的影响进行了探讨. 结果表明: 组氨酸残基的轴向配位使色素分子的ELUMO显著升高, 这对电子转移能够进行极为重要; 而氢键作用使色素分子的E_LUMO有所降低, 有利于说明电子转移由原初电子给体P沿L分支进行. 文中结果支持电子转移反应为不经过辅助细菌叶绿素的一步过程. 只将色素分子周围的蛋白质环境作为具有一定介电常数的均匀介质来处理是远远不够的.     

新的碲络合物的合成、性质与电子结构的研究

应用有机-水混合溶剂共热沉淀法,合成了一种新的白色固体细粉末Te2(OH)8(H2O)2Cl2,即[Te(OH)4(H2O)Cl]2双碲络合物,并用多种物理化学方法,对其组成和性质进行了测定.考察了温度、溶剂、反应时间等因素对其生成量及稳定性的影响,结果表明该络合物是很稳定的,具有许多有意义的性质.结合实验,在B3LYP/CEP-4G水平上对其几何构型进行了优化,得到了最佳稳定形态的电子结构,最低总能量为-5 553246×105kJ·mol-1,每个中心原子Te净电荷为1 998958e,表明是电子"授体",反馈给四个"受体"配位体HO上的O原子,分别为-0 221138e,-0 209388e,-0 221098e和-0 250985e,也表明该络合物是稳定的.比较合理地说明了实验结果.     

在i-PrOH-H2O混合溶剂中硫酸镁离子对缔合热力学研究

50年代,Nair等利用电动势法研究了硫酸镁离子对缔合过程的热力学量,Chand等也对水溶液中硫酸镁离子对的性质做过研究,宋彭生和孙柏对硼酸镁和硼酸钙离子对做了研究,目前,还没有人研究有机溶剂对[MgSO4]^0离子对标准缔合常数Kb的影响,本文在278.15-318.15K温度范围内,测定了无液接电池（A）,（B）的电动热E：Pt,H2(101.325kPa)|(HCl(m1),H2SO4(m2),i-PrOH(x),H2O(1-x)|AgCl-Ag(A) Pt,H2(101.325kPa)|(HCl(m1),MgSO4(m2),i-PrOH(x),H2O(1-x)|AgCl-Ag(B)其中,mi为物质i的质量摩尔浓度,x表示异丙醇i-PrOH在混合溶剂中的摩尔分数,保持x=0.05。利用电池A的电动势,在Debye-Hueckel理论基础上,确定了H2SO4在混合溶剂中的二级标准解离常数K2;利用电池B的电动势,确定了[MgSO4]^0离子在对沸合溶剂中的标准缔合常数KD,根据实验结果计算了离子缔合熵和焓,讨论了异丙醇对KD的影响,指出离子缔合熵是形成离子对的推动力。