黄金规则用于N_3~- N_3体系电子转移的研究

基于 B3P86/6 311＋ G优化的 N3与 N－ 3分子几何 ,确定了 N3＋ N－ 3基态电子转移体系的六种不同的耦合机理 ,及各种形式耦合络合物的几何性质、活化能、稳定化能、耦合矩阵元和态密度 ,并利用黄金规则计算了电子转移速率 ,讨论了各耦合方式对电子转移速率的影响 .     

NH_3/NH_3~+体系电子转移性的黄金规则研究

用密度泛函理论(BEP86, B3LYP)在6-31G~*, 6-311+G~*基组水平上和从头算方 法[MP2(FULL)/6-311+G~*]优化了NH_3和NH_3~+以及复合物(NH_3…NH_3)~*的几何 构型，计算了体系稳定化能，然后用MP2（FULL）／6－311＋G”＊方法扫描势有面 找出不同N－N接触距离的活化志体系的能量、活化能、耦合矩阵元，利用黄金规则 计算出不同的N－N接触距离的电子转移速率。并讨论了活化态体系的能量、活化能 、耦合矩辄元和Franck-Condon因子及电子转移速率与接触距离的依赖关系。进一 步验证了黄金规则应用于电子转移反应的正确性。     

非金属氧化—还原对MO2／MO2^—（M=N,S,CI）的电子转移反应动力学

以Marcus-Hush电子转移理论为基础，提出了用量子化学密度泛函方法研究自交换和异交换电子转移反应的理论方案。在DFT B3LYP／6－311＋G（2D）水平上研究了溶液中MO2／MO2^-，SO2／SO2^-和CIO2／CIO2^-等3个氧化－还原对的自交换以及它们之间的6个交叉电子转移反应的动力学性质，获得了与实验较为一致的结果。     

N,N,N′,N′-对四甲基苯二胺光致电子转移变色体系的研究

研究了由N,N,N′,N′-对四甲基苯二胺(TMPD)/电子受体组成的光致电子转移变色体系,及其在溶液中和高分子膜中的光反应和热稳定性。实验结果表明这类光致变色体系具有较高速度的光响应能力。在不同芳胺/碘鎓盐(DPIOC)组成的体系中,可观察到电子转移速度随芳胺的氧化还原电位下降而增加:TMPD>N,N-二甲基苯胺>三苯胺>二苯胺。光反应速度和反应物浓度具有一定指数关系,分别为0.66(TMPD)和0.16(二苯基碘铕盐)。在TMPD/卤代烃(RX)组成的体系中,发现卤代烃的C—X键较弱时,体系的光致生色反应速度较快。显然,这是由于反应中间产物(RX^-)的分解有利于减少电子逆转移反应的缘故。在聚甲基丙烯酸甲酯高分子膜中的光致生色反应效率显著地高于溶液中的反应效率,并能获得较高的光密度。热稳定性结果表明,温度对色稳定性有显著影响,每经过一次生色/褪色循环,体系的发色能力下降一半左右。     

光合反应中心原初电子转移机理的理论研究

用量子化学密度泛函B3LYP方法在3-21G水平上计算细菌光合反应中心原初电子给体P960和绿色植物PSⅡ光合反应中心原初电子给体P680的电子结构,然后研究轴向配位的组氨酸残基和周围蛋白质环境的影响,最后探讨其原初电子转移机理。计算结果表明：(1)细菌光合作用反应中心原初电子给体P960-h的HOMO主要是由与M分支相连的组成单元上原子的原子轨道组成,而它的LUMO则两个组成单元上原子的原子轨道都有贡献;PSⅡ反应中心中原初电子给体P680的HOMO和LUMO均主要由与D1蛋白相连的组成单元上原子的原子轨道组成。这些计算结果能够从反应中心最核心的部分-原初电子给体的电子结构方面解释Rps.uiridis反应中心和PSⅡ反应中心原初电子转移只沿一个分支进行的的途径选择性。(2)虽然与细菌反应中心原初电子给体超分子P960的两个细菌叶绿素分子形成轴向配位的组氨酸残基His并未参与超分子P960-h的HOMO和LUMO的组成,但是由于其轴向配位,使得P960-h的ELUMO显著地升高到高于辅助细菌叶绿素和去镁细菌叶绿素的相应值,使得原初电子转移反应能够顺利进行。否则原初电子转移反应很难进行。PSⅡ反应中心的情况,与细菌反应中心十分相似。(3)细菌反应中心辅助细菌叶绿素(ABChlb)中的Mg离子与最近的组氨酸残基His中的N原子的距离和原初电子给体P960中的相应的Mg-N的距离相似,因此同样应该考虑此轴向配位的组氨酸残基,此时原初电子转移反应是沿L分支从P960-h经ABChlb到去镁细菌叶绿素(BPheob)的两步电子转移过程。而PSⅡ反应中心的辅助叶绿素不存在His的轴向配位,这应是与细菌反应中心的重要区别之一,此时原初电子转移应是沿Dl分支从P680-h到Pheoa的一步电子转移过程,但同时也不能完全排除从P680-h到AChla到Pheoa的二步电子转移过程。     

生物体系中电子转移机理的理论研究--Ⅲ.含金属螺环化合物的分子内电子转移

用MOPAC-ET程序中AM1方法,计算了金属螺环化合物分子内电子转移的性质及它们与外加电场的相关性,结果表明随着外加电场F的不断增加,反应的势垒则不断降低,当F达到一定值时,反应的活化能为零,此时反应速率最大,计算还表明电子转移矩阵元VAB和重组能λ受外加电场的影响很小,而反应热则与之成正比.     

非金属氧化-还原对MO2/MO2-(M=N,S,Cl)的电子转移反应动力学

以Marcus-Hush电子转移理论为基础,提出了用量子化学密度泛函方法研究自交换和异交换电子转移反应的理论方案.在DFTB3LYP/6-311+G(2D)水平上研究了溶液中NO₂/NO₂^-,SO₂/SO₂^-和ClO₂/ClO₂^-等3个氧化-还原对的自交换以及它们之间的6个交叉电子转移反应的动力学性质,获得了与实验较为一致的结果.     

生物体系中电子转移机理的理论研究Ⅰ: 一种计算电子转移 的方法及在螺环化 合物中的应用

应用“相应轨道变换”和“广义”密度矩阵的方法,向MOPAC程序包中加入了新的功能,使其能处理电子转移反应中的部分参数.然后用此程序包中AMI方法对具有螺环结构的分子进行处理,计算了化合物在不同外加电场强度下的势能面、反应热ΔE,重组能λ及电子转移矩阵元V_(AB),结果表明,λ,V_(AB)受外加电场的影响较小,而ΔE则与之成正比.对标题化合物1的计算结果也同ab initio法的结果进行了比较,发现其变化趋势完全一致,这说明本方法在计算电子转移方面是可靠的.与ab initio方法相比,本程序不仅适用于计算较大体系(如生物大分子),而且还具有速度快,耗时少的优点.     

生物体系中电子转移机理的理论研究 I.一种计算电子转移的方法及在螺环化合物中的应用

应用"相应轨道变换"和"广义"密度矩阵的方法,向MOPAC程序包中加入了新的功能,使其能处理电子转移反应中的部分参数.然后用此程序包中AM1方法对具有螺环结构的分子进行处理,计算了化合物在不同外加电场强度下的势能面、反应热△E,重组能λ及电子转移矩阵元VAB,结果表明,λ,VAB受外加电场的影响较小,而△E则与之成正比.对标题化合物1的计算结果也同ab initio法的结果进行了比较,发现其变化趋势完全一致,这说明本方法在计算电子转移方面是可靠的.与ab initio方法相比,本程序不仅适用于计算较大体系(如生物大分子),而且还具有速度快,耗时少的优点.     

构型对芳基桥体分子内电子转移矩阵元影响的理论研究

在HF/6-31G水平上,研究了有机化合物二甲氧基-4-甲苯-四甲苯基桥体-二甲氧基-4-甲苯正离子间的电子转移.用线性反应坐标确定电子转移的过渡态,用两态变分法计算了电子转移矩阵元V_AB,在考虑非平衡态溶剂化效应下,计算了电子转移速率常数.改变桥体与氧化还原中心的二面角,计算了相应的电子转移矩阵元.通过电子结构分析,将电子转移矩阵元分为通过空间的直接耦合和通过键的耦合,提出了将后者进一步分为通过σ键和π键的耦合.得出通过π键的耦合与二面角余弦的平方成正比的结论.     

卟啉-蒽醌化合物分子内光诱导电子传递的光谱研究

合成了以不同长度柔韧碳链相连的三种卟啉(Por)-蒽醌(AQ)二元化合物Por-Cn-AQ (n=1,4,10),主要通过稳态荧光光谱和瞬态荧光光谱研究了它们的分子内光诱导电子传递情况,并结合密度泛函理论(DFT)对分子内电子转移机理进行了初步探讨.结果表明:共价相连的卟啉-蒽醌二元化合物在光激发下能够发生从卟啉组分到蒽醌组分的分子内光诱导电子传递;连接链性质对电子传递速率有直接的影响.实验和理论计算结果表明卟啉-蒽醌之间的分子内电子转移很可能是通过超交换机理进行的.     

Electron Energy Loss Spectra of Carbodiimides

Compounds with carbodiimide bonds are of special interest to organic syntheses, materials science and biochemistry. The chemical reactivity of carbodiimides and their utilization ensue from their electronic structure, which can be studied via electron spectroscopic methods. Electron energy loss spectra of dicyclohexylcarbodiimide, polysilyl‐ and polytitanylcarbodiimides have been recorded. The energy loss near edge structures (ELNES) of the C–K, N–K, Si–L_2,3 and Ti–L_2,3‐ionization edges and their onsets as well as the features of the low‐loss region have been interpreted by ab‐initio quantumchemical calculations using density functional theory (DFT).     

金属原子（离子）-苯配合物的电子转移反应

用密度泛函理论（ＤＦＴ／ＢＬＹＰ）在６－３１Ｇ基组水平上研究了金属原子－苯与离子－苯配合物的气相电子转移过程,得到了Ｍ（Ｌｉ,Ｎａ,Ｍｇ）－Ｃ６Ｈ６和Ｍ＾＋－Ｃ６Ｈ６络合物以及它们之间电子转移过程的先驱络合物的最优几何构型和电子结构。同时,利用线性坐标确定了过滤态的结构,结果表明：ＤＦＴ方法计算得到的单体,即原子（离子）－苯的构型,同ＭＰ２结果较为一致。先驱络合物具有Ｃ６ν对称性,给体与受体间距离     

电子转移的外电场效应──苯分子与苯正离子自由基间电子转移的从头算研究

基于半经典电子转移理论,结合量子化学计算,在HF/DZP水平上,研究外电场作用下平行的苯分子-苯正离子自由基体系(C₆H₄)₂⁺的分子内电子转移问题.在给体和受体几何构型优化的基础上,用线性反应坐标确定电子转移过渡态,分别用两态变分方法和基于Koopmans定理的分子轨道跃迁能方法计算电子转移矩阵元V_AB,讨论了V_AB对给体和受体中心距d的指数衰减关系.取中心距为0.6nm,研究了外电场对反应热的影响,计算得到在不同外电场强度下分子内气相电子转移的速率常数k.     

9,10-二氰基蒽和杜烯间光诱导电子转移的电荷分离态和电子耦合

采用从头算方法,讨论了9,10-二氰基蒽(DCA)和杜烯(DUR)间光诱导电子转移反应的态-态跃迁.考虑基组重叠误差(BSSE)对相互作用能的校正,用MP₂方法优化得到重叠式[DCA…DUR]配合物的稳定构型.用单激发组态相互作用(CIS)方法讨论了[DCA…DUR]配合物的光诱导电荷分离和电荷复合过程.根据广义Mulliken-Hush(GMH)模型,计算了电荷复合过程的电子耦合矩阵元.结果表明,[DCA…DUR]配合物的S₀→S₁和S₀→S₂跃迁产生了两个强的局域激发态,S₀→S₃跃迁直接导致电荷分离态,小的振子强度预测该电荷转移(CT)跃迁是一弱跃迁,电荷分离态S₃衰变到低局域激发态或基态的电荷复合是可能的.     

巯基偶氮苯单分子电子传输的取代基效应

用密度泛函理论B3LYP/6-31G**计算巯基偶氮苯分子及分子离子的空间构型和电子结构, 研究取代基对巯基偶氮苯单分子电子传输的影响. 结果表明, 拉电子基(—COOH、—NO2)的引入, 可以提高巯基偶氮苯单分子电子传输体系的稳定性, 使体系LUMO的离域性增高、S原子反应活性增强、HOMO-LUMO能隙显著减小, 进而降低电子传输能垒, 有利于分子电子传输. 相同取代基的分子离子比分子具有更小的HOMO-LUMO能隙, S—Au键更易形成, 金属-分子-金属结构的电子传输性更强.     

The reductive dimerization of some 1,3-dienes and of 1,3,5-cycloheptatriene in the presence of trimethylchlorosilane: a DFT investigation

Treatment of 1,3-dienes and 1,3,5-cycloheptatriene by chlorotrimethylsilane in the presence of wire of lithium led mainly to reductive dimerization with formation of bis(allylsilane) derivatives. Bis-silyl compounds obtained: from 1,3-butadiene, 1,8-bis(trimethylsilyl)-2,6-octadiene (70%); from isoprene, (Z,Z)-2,7-dimethyl-1,8-bis(trimethylsilyl)-2,6-octadiene (44%) and 2,6-dimethyl-1,8-bis(trimethylsilyl)-2,6-octadiene (19%); from butadiene-isoprene mixture (1:1), 3-methyl-1,8-bis(trimethylsilyl)-2,6-octadiene (55%); from 2,3-dimethylbutadiene, (E,E)-2,3,6,7-tetramethyl-1,8-bis(trimethylsilyl)-2,6-octadiene (36%), from 1,3-cyclohexadiene, 4,4′-bis(trimethylsilyl)-bicyclohexyl-2,2′-diene (48%); from 1,3,5-cycloheptatriene, 1,1′-bi[(S^∗,S^∗)-6-(trimethylsilyl)cyclohepta-2,4-dien-1-yl] (53%). The structure of the various intermediates (radical anion, dianion, silylated radical, silylated anion) has been established by calculations at the B3LYP/6-311++G(d,p) level of theory with zero-point energy correction. These results are in accordance with a pathway including the formation of a radical anion, its silylation furnishing to a γ-silylated allylic radical followed by a dimerization reaction in the head to head manner.