DNA环境中硒代胸腺嘧啶和腺嘌呤碱基对的激发态性质和光物理机理的理论研究

应用高精度的多态完全活化自洽场二级微扰理论方法, 在量子力学/分子力学组合方法的理论框架 QM(MS-CASPT2//CASSCF)/MM下, 系统研究了DNA环境中2-硒和4-硒取代胸腺嘧啶和腺嘌呤碱基对(2SeT-A和4SeT-A)的最低5个电子态(S₀, S₁, S₂, T₂和T₁)的结构、 性质和光物理过程. QM(MS-CASPT2//CASSCF)/MM计算揭示了DNA环境中2SeT-A和4SeT-A碱基对激发态性质和光物理过程差异性的来源, 提出的机理将有助于理解DNA类似物的光物理过程, 在光动力学治疗中具有潜在的应用.     

信息化时代物理化学课程的教学改革与实践

互联网的发展加速了信息和知识的传播,在为大学课程教学提供更多资源的同时也给传统的课堂教学方法带来很大挑战。介绍了北京师范大学物理化学教学团队在线上线下混合教学方法的创立、大规模在线开放课程(MOOC)建设、思政元素引入教学等方面利用互联网资源所实施的教学改革和实践,为探究和建立信息时代大学化学课程教学方法的新模式提供参考。     

Theoretical Study of the Low-Lying Excited States of Butoxy Radicals and Non-Radiative Decay Routes

The potential energy surfaces for the butoxy radical dissociation into R·＋O on the six low-lying electronic states have been determined with the combined CASSCF and MR-CI methods. The isomerization reactions between the different conformers of 1- and 2-butoxy radicals at the X and B states have been also investigated with the MP2, B3LYP, and CASSCF methods. The non-radiative decay mechanisms of butoxy radicals at the B state have been characterized with the computed potential energy surfaces and intersections. Supported by recent LIF experimental results, it was predicted that the t-butoxy radical would predissociate via the B/C intersection. As to 1- and 2-butoxy radicals, the relative energies of the transition states for the isomerization reactions between conformers at the B state are much lower than those of the B/C intersections, resulting in the predominance of the isomerization in the decay of the B state for 1- and 2-butoxy radicals.     

气态丙烯酸光致脱羧反应AM1法研究

半经验的自洽场分子轨道法(AM1)被用来研究激发单态(~1ππ~*)和三态(~3ππ~*)丙烯酸的脱羧反应. 计算结果支持Robert等人提出的光解机理. 与实验结合. 进一步推测, 丙烯酸光致脱羧反应的第一步, 是沿单态途径进行, 第二步沿三态途径进行. 单态和三态反应途径中的反应物、过渡态、中间体和产物都用能量梯度技术进行了优化. 对于过渡态和中间体, 还作了振动分析, 确证它们分别是一级鞍点和能量极小值点.     

硝酸氯冰溶胶水解反应过程的计算模拟

用二级微扰(MP2)和密度泛函理论(B3LYP),辅以不同的基组,对硝酸氯在冰表面上水解反应的机理进行了理论计算研究.根据关键部位化学键的松弛效应和关键原子的电荷分布,对冰表面催化的原因进行了深入分析.水分子一方面作为桥,辅助分子间质子发生迁移;另一方面作为连续介质,通过偶极相互作用加快硝酸氯的水解过程.     

DNA和RNA双链稳定性差异的理论研究

利用适用于分子间弱相互作用, 尤其是生物分子间的氢键相互作用的改进的半经验方法RM1_BH和达到线性标度的新的半经验算法以及SimuCal_SE方法, 与自主开发的量子化学程序包SimuPac 1.0, 对4组一系列DNA和RNA碱基的氢键结合能进行了计算. 这些计算包括单一碱基类型和混合碱基类型两大类情形, 最大的原子数达到1064个. 计算结果表明, 在碱基层数较少时, DNA和RNA氢键结合能差别不大; 在碱基层数较多时, RNA的氢键结合能明显高于DNA的氢键结合能; 嘌呤和嘧啶的排列方式对结合能略有影响, 但不影响上述趋势. 可见, 氢键对于RNA的稳定性差异起到重要的作用, 计算结果支持了实验的结论.     

硫代樟脑光化学反应的理论研究

运用量子化学方法优化了硫代樟脑的最低5个电子态(S₀, T₁, S₁, T₂和S₂)的结构, 并计算了它们的相对能量. 计算结果表明: S₁, T₁和T₂态的能量非常接近, 而S₂的能量远远高于T₂态, 这与之前对几种小的硫代羰基化合物的研究结论一致. 确定了硫代樟脑分子在T₁态发生β-插入反应和类Norrish II型反应的机理, 计算的势垒相对于S₀的振动零点分别为314.1和332.6 kJ/mol. 在400 nm波长的光的照射下, 分子被激发到S₁态, 此时分子没有足够的能量发生反应, 只能通过内转换回到基态. 当激发光波长在254 nm时, 硫代樟脑分子被激发到S₂态, 这时候体系有了足够的内部能量使反应发生. 实验上已经观察到此激发光波长下, 气态硫代樟脑可以发生β-插入反应和类Norrish II型反应.     

丙烯酸气相热解机理的理论探讨

用自洽场分子轨道法(半经验AM1法及从头算HF/3-21G法)研究了基态丙烯酸脱羧的反应途径. 计算结果表明, 除前人从理论上已经得到的一步反应途径外, 尚有一个与之竟争的二步反应途径, 且两步反应的总速率大于一步反应的. 计算所得的反应速率常数很小, 与实验结果(丙烯酸在827 K仅有25%左右发生脱羧, 脱水等反应)是一致的. 研究表明, 有较稳定的中间体存在, 有可能在实验中被检测到, 但有待于进一步验证.     

含氮D-A加合物的自然杂化轨道研究

采用无参数Fenske-Hall资洽场分子轨道方法计算了氨的三类给予-接受型(D-A)加合物:氢键和锂键型H~3N-AX(A=H,Li;X=F,CI).孤对-空位型H~3N-BX~3(X=H,F,CI,Br)和孤对-σ型H~3N-XX'(X,X'=F,CI)的电子结构. 利用所得波函数对上述体系进行了自然杂轨道分析,给出了三类加合物D-A作用的定域图象. 将分子价的概念推广D-A作用体系的研究,结果表明,在形成D-A加合物时,氨分子价的增量与D-A作用强度呈单调变化,进而提出了用分子价来衡量加合物中D-A相互作用的强弱, 指出了它们相互作用的共通特征在于使分子价的不饱和性得到补偿.     

Multireference Calculation of the Photodissociation of Benzyl Chloride

The photodissociation mechanism of benzyl chloride （BzCl） under 248 nm has been investigated by the complete active space SCF （CASSCF） method by calculating the geometries of the ground （S0） and lower excited states, the vertical （Tv） and adiabatic （T0） excitation energies of the lower states, and the dissociation reaction pathways on the potential energy surfaces （PES） of SI, TI and T2 states. The calculated results clearly elucidated the photodissociation mechanism of BzCl, and indicated that the photodissociation on the PES of T1 state is the most favorable.