“讲一练二考三”模式建设面向实际应用的计算化学课程

将"讲一练二考三"的新型教学理念应用于大学化学的教学是一种有意义的尝试。本文结合计算化学课程的特点和本人的教学实践,从课程建设思路、教学内容、教学方式、练习方式和考试方式等几个方面阐述了采用"讲一练二考三"模式建设面向实际应用的计算化学课程的一些经验和方法,探讨了计算化学课程授课内容和教学方法的改革。     

分子的模糊对称性

将模糊数学方法引入对分子对称点群的研究,建立描述具有不完整分子对称性的模糊点对称群(集合).建立具有模糊对称性分子轨道的模糊表示及其模糊特征标(模糊广义宇称).通过对典型的线状分子、平面分子以及非平面的立体分子等进行分析,展示了一个新的理论化学园地.初步探讨了具有模糊对称性的动态反应体系.从模糊对称性出发,探讨了分子轨道对称守恒原理的半定量特征.     

C_(59)F_(2n)HN(n=1,2)异构体的结构与稳定性的理论研究

分别用MNDO和AM1两种半经验方法,对C59F2nHN (n = 1, 2) 的异构体进行几何构型全优化,结合频率分析及HF/6-31G单点能计算,确定了各异构体的基态结构及其相对稳定性。计算结果表明,C59HN的F加成物的立体选择性规律与C60的不同,最稳定异构体不是1-2加成物。C59F2HN的最稳定异构体是1-4加成的6, 18-或12, 15-异构体; C59F4HN的最稳定异构体是1-4,1-4加成的6, 18; 12, 15-异构体,其能量远小于其它各异构体的能量。N原子取代碳笼骨架C原子后,改变了碳笼F加成物的立体选择性规律。     

聚炔、累积多烯与全碳环分子的模糊对称性

近年来我们关于分子模糊对称性的工作多属于模糊点对称性的研究, 关于模糊空间对称性探讨较少. 聚炔作为线状一维模糊周期分子, 我们曾对其进行了初步分析. 虽然对于聚炔分子骨架的分析比较全面, 但由于繁冗的计算使我们对分子轨道(MO)模糊对称性的分析只限于少数典型分子. 本文将对不同的聚炔分子MO模糊对称性特征进行较为系统的分析. 结果表明包含不同碳原子数目的分子轨道模糊对称性参数值之间有一定相关性. 此外我们还对一些相关体系分子的MO进行分析, 累积多烯分子虽然并非线型分子, 但其π-MO相关的碳原子处于线性位置, 可依模糊一维周期的G11体系处理. 按Born-Karman近似, 即n个单元的一维周期对称群与Cn点群同构, 本文还分析了相关的全碳环分子的MO的对称性和模糊对称性. 努力寻求与一维周期性相关的模糊对称性规律性特征.     

C82与甲亚胺1,3-偶极环加成反应的理论研究

利用半经验PM3方法, 研究了C₈₂与甲亚胺叶立德1,3-偶极环加成反应的机理与区域选择性, 计算结果表明: C₈₂的1,3-偶极环加成反应遵循分步机理, 是一个放热反应; 反应活化能随着所加成键的键长增大而增加, 无论是从热力学还是从动力学方面考虑, 最优先加成的位置是键长最短、张力最大的键.     

A New Target for Synthesis: Theoretical Prediction for the Reaction between Boron Nitride Nanotube and Dichlorocarbene

Understanding the chemistry of BNNT is a crucial step toward their ultimate practical use. A comparative study of Reactions A （ASWCNT （5,5） and CCl2） and B （ASWBNNT （5,5） and CCl2） have been performed by using ONIOM （B3LYP/6-31G＊： AM1） method in Gaussian03 program package. The results show that （1） the two reactions are both exothermic; （2） the mechanism of Reaction B is a two-step mechanism; （3） the difference in energy barriers suggests that the reaction of CCl2 with BNNT is easier than with CNT; （4） in reaction B, CCl2 prefers to attack the boron atom of BNNT first.     

扶手椅型单壁碳纳米管生长机理的理论研究

用Gaussian03程序中的AM1方法对扶手椅型单壁碳纳米管的生长机理进行了研究. 结果表明, 若碳纳米管生长的碳源是C2自由基, 则有一条反应途径可能是：C2自由基首先与碳纳米管的开口端形成一个中间体, 然后该中间体经过一个过渡状态, 形成产物；从(3, 3), (4, 4), (5, 5)到(6, 6), 其生长反应的活化能逐渐降低. 同时 研究发现, 活化能的高低与碳纳米管共轭程度的大小有关, 碳纳米管的共轭程度越大, 活化能越低；在靠近新形成的六元环的两侧, 碳纳米管可能优先继续生长.     

多元化的计算化学导论课程建设*

结合南开大学化学学院计算化学方向现有的人员结构和课程设置,阐述了采用“多元化课程”模式建设理论基础与实际应用相结合的计算化学导论课程的一些探索和尝试,探讨了计算化学课程授课内容和教学方法的改革。     

C59XH(X=N,B)与1,3-丁二烯Diels-Alder环加成反应的区域选择性

应用半经验的AM1和密度泛函B3LYP/6-31G*方法对1,3-丁二烯与C59XH(X=N, B) Diels-Alder环加成反应的区域选择性进行理论研究, 选择一些有代表性的C59XH(X=N, B)的6—6键探讨环加成反应的机理. 1,3-丁二烯与C59NH进行的Diels-Alder反应, 随着加成位置远离C59NH的N原子, 活化能越来越低, 但都比1,3-丁二烯与C60相应反应的活化能高. 与此相反, 对于1,3-丁二烯与C59BH进行的环加成反应, 加成位置最靠近B原子的2,12/r-和2,12/f-过渡态的势垒最低, 并且比1,3-丁二烯与C60进行环加成反应的活化能约低18 kJ·mol-1, 其产物也是热力学最稳定的. 与C60相应的反应相比, C59NH和C59BH中N和B原子不同的电子性质对其邻位双键进行Diels-Alder环加成反应的活性产生了不同影响, 前者使反应活性降低, 后者使反应活性增强.     

用竞赛方式促进计算化学课程教学

结合举办"魅力计算·演绎分子"南开大学化学学院计算化学知识技能大赛的教学实践,从竞赛目标、竞赛流程、评分标准、培训内容、考核方式和实施效果等几个方面,阐述了采用竞赛方式丰富计算化学教学内容的一些经验和方法,积累了计算化学课程教学改革的经验。