蒽与马来酸酐Diels-Alder反应的量化计算研究——介绍一个计算化学实验

蒽与马来酸酐的Diels-Alder反应是基础有机化学实验课程中普遍开展的一个经典实验。本文推荐蒽与马来酸酐Diels-Alder反应的计算化学实验,该实验采用Gaussian 16程序中的密度泛函方法对蒽和马来酸酐Diels-Alder反应的反应机理进行了研究。旨在通过本实验激发学生对有机化学和计算化学的兴趣,加深学生对化学学科的理解,提升学生在科研工作中学以致用的能力。     

甲醛分子的结构和性质的计算化学研究——介绍一个计算化学实验

介绍一个为化学专业本科生设计的、运用通用量子化学软件Gaussian和GaussView完成的计算化学实验.实验内容包括最基本的构型优化、频率计算和电子结构分析.旨在通过本实验,使学生初步掌握用量子化学计算方法研究分子结构和性质的基本过程,并能在将来的科研工作中学以致用.     

氢气和氧气生成气态水反应热力学函数的高水平量化计算研究——介绍一个计算化学实验

On the basis of teaching practice, we introduce a computational chemistry experiment for highgrade undergraduate students. This experiment uses Gaussian 09, GaussView and UltraEdit softwares to calculate the changes of thermodynamic parameters for generation of vaporous water from hydrogen and oxygen, including the internal energy, enthalpy, entropy and Gibbs free energy. Through this experiment, students will learn how to perform the geometry optimization, frequency calculation and energy calculation with the high-level quantum chemistry calculation methods.     

研究型计算化学实验改革与实施

针对目前的计算化学实验进行改革,在不知晓实验结果的前提下,通过学生自主查阅文献,设计机理,计算验证,数据分析,并得出结论,从而充分发挥学生的主观能动性和创新性,使其将所学的理论知识加以综合运用来解决实际问题。该实验是为拔尖班学生独立开设的课程,有助于本科研究型人才的培养。     

分子及团簇的分子动力学模拟——介绍一个计算化学实验

分子动力学方法在化学及相关学科研究中的重要地位日趋凸显,但在本科化学实验中鲜有涉及,现有计算化学实验多侧重量子化学方法对分子性质的计算。为普及分子动力学模拟这一有力工具,同时帮助学生理解分子的动态行为,本文以丙氨酸二肽模型分子为例设计了一个简单的分子动力学模拟实验。通过本实验学生能初步掌握分子动力学模拟的基本原理、流程和分析方法,同时加深对物理化学中势能面等抽象概念的理解。本实验即可作为单独设课的计算化学实验的内容,亦可在物理化学实验中作为拓展实验开设。     

元素电负性和硬度的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论的DFT LDA、DFT LDA/NL和改进的Slater过渡态方法,把元素的电离能和电子亲合能的计算扩展到周期表的103种元素.并用有限差分方法计算了这103种元素的电负性和硬度.计算中考虑了相对论效应.计算结果比以前Robles等用密度泛函理论的XGL和Xα近似的交换相关泛函的计算结果有所改进,更接近实验值.     

锕系计算化学进展

本文简要总结了过去十年中应用量子力学方法研究锕系化学的若干结果。我们将其大致归为几何与电子结构和化学反应两类。对于前者,简要总结了锕系元素化合物中的An-O键和金属-金属键;而后者则涉及水合反应和配体交换反应,歧化反应,氧化反应,铀酰离子的还原,氢胺化反应以及铀的叠氮化合物的光解反应等。     

天然产物的绝对构型研究(Ⅰ)——通过比较旋光和碳谱的实验值与计算值确定酮类、内酯类和醇类化合物的绝对构型

在研究天然产物绝对构型的过程中, 筛选了系列绝对构型未鉴定的化合物, 在B3LYP/aug-cc-pVDZ//B3LYP/6-31G(d)水平上计算了它们的旋光和碳谱数据. 结果表明, 计算结果与实验数值十分符合, 从而鉴定出了这些化合物的绝对构型. 另外, 根据计算结果和早期实验报告更正了1个化合物的碳谱化学位移.     

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。     

主族元素AB4型含氧酸根的成键分析——推荐一个研究型计算化学实验

介绍了一个面向高年级本科生的研究型计算化学实验。主族元素AB4型含氧酸根是无机和结构化学理论课程中讨论化学键类型的例子,然而其结果却存在争议。本实验利用常用量子化学软件,通过计算化学方法分析化学成键,验证猜测,并得出结论。旨在通过本实验,锻炼学生对量子化学计算方法的运用,进而加深对化学基础知识的理解。     

天然产物的绝对构型研究(Ⅱ)——通过比较旋光和碳氢谱的实验值与计算值确定生物碱类化合物的绝对构型

在研究天然产物绝对构型的过程中,筛选了一些绝对构型未确定的生物碱类化合物,利用密度泛函理论(DFT)在不同的计算水平下得出其旋光和碳氢谱数据.理论值与实测值对比分析结果表明,二者基本符合,从而鉴定出这些化合物的绝对构型.     

典型频哪醇重排反应的机理及基团迁移规律的研究——一个研究型计算化学实验

频哪醇重排是本科有机化学课程的重要内容,但学生对重排机理、区域选择性和基团迁移规律不能很好地理解掌握。为了加强学生对频哪醇重排反应的理解,我们设计了一个利用计算化学方法解决有机化学问题的实验。通过直观的图像和具体的数据清楚地展现出：能形成稳定碳正离子中间体的底物主要以分步重排机理进行,而不能形成稳定中间体的底物则按协同重排机理进行。计算结果验证了反应的区域选择性取决于邻二醇质子化羟基的位置以及基团的迁移能力,明确了基团迁移能力的顺序为氢>芳基>烷基,并从微观角度对其进行了合理解释。     

介绍一个针对非化学专业的化学科普实验——头发中微量元素的测定

结合中国科学技术大学的学期改制,在夏季学期面向全校非化学专业的低年级本科生开设了“生活中的化学科普实验”公选课程,课程内容多为与生活密切相关的热点问题。“头发中微量元素的测定”是其实验项目之一。该实验将学生自己的头发作为分析对象,合理地设计教学内容和实验步骤,以期激发学生对化学实验的兴趣,提高学生对化学学科的认识。     

计算化学实验的课程建设

With the fast development of theoretical chemistry methodologies and computer hardware and software technologies, computational chemistry has become more and more imperative in chemical science. Accordingly, we have initiated "Computational Chemistry Experiments" course based on "Introductory Computational Chemistry" course developed in the Department of Chemistry, Tsinghua University since 2013, to provide basic training and computational chemistry practices for undergraduate students. The popular quantum chemistry software Gaussian is used as the major tool in the course. We focus on the exploratory feature of computational chemistry, creating initial structures and optimizing geometries, to provide fundamental training for students to comprehend the difference of traditional experimental chemistry and modern computational chemistry. Systematic research training is offered to develop the creative thinking capacity of students in using computational chemistry methods in chemistry education and research.     

将密度泛函理论计算纳入高等化学教学初探——对乙酸乙酯碱性水解机理的理论研究

使用Gaussian 09软件对乙酸乙酯碱性水解反应的机理进行了研究。本研究融合了本科教学中有机化学、物理化学和结构化学的相关知识,以乙酸乙酯水解机理为问题导向,阐述了研究和解决问题的思路和方法,探索了将第一性原理计算引入高等教育的方式。     

哒嗪酮类衍生物的合成——介绍一个基础化学综合实验

介绍以糠醛为原料,合成4,5-二氯-3-哒嗪酮,4,5-二氯-2-苯基-3-哒嗪酮,4,5-二溴-3-哒嗪酮以及4,5-二溴-2-苯基-3-哒嗪酮的方法。该方法作为基础化学的系列实验或综合实验,有利于学生了解有关杂环反应的原理与方法,提高综合分析问题和解决问题的能力。     

离子液体的制备与性质表征——介绍一个综合化学实验

本实验以甲基咪唑为原料,合成1－甲基－3－丁基咪唑溴盐,再通过阴离子交换合成1－甲基－3－丁基咪唑氟硼酸盐和1－甲基－3－丁基氟磷酸盐离子液体,然后通过红外、紫外、核磁对其进行表征。并测定了上述离子液体的电导率、黏度、吸水性和溶解性等性质。     

一个课外化学探究实验的设计——食用加碘盐的简易识别方法

设计了一种能够在家庭条件下实现的检查食盐是否含碘的简易识别方法——KI-淀粉试纸法。食盐中的碘以碘酸钾形式存在, 利用碘酸根的氧化性及碘离子的还原性, 2者在酸性条件下生成碘单质, 遇淀粉变蓝来鉴定。此KI-淀粉试纸法也可以帮助消费者在家庭条件下对食盐中是否含碘进行检验, 为市民吃上合格的加碘食盐提供了一种简易识别方法。