锇杂苯的电子结构及芳香性

使用密度泛函理论及片段轨道相互作用分析方法,研究了典型的锇杂苯的电子结构和芳香性.结果表明,锇碳六员环具有较好的环平面性及键的离域性,占据的锇dxz轨道与碳环的3π空轨道之间的反馈π键相互作用,使得环上离域π电子数满足Hückel的4n+2规则,计算的环外质子化学位移、同键反应芳香性稳定化能、绝对硬度和磁化率增量数据均表明锇杂苯具有芳香性.     

芴与苯并硒化二唑共聚物的电子结构和光谱性质的理论研究

用密度泛函B3LYP方法对低聚体(DEF-BSeD)n(n=1~4)[其中9,9二乙基芴(DEF)单元与苯并硒化二唑(BSeD)单元的摩尔比分别为1∶1和2∶1]进行全优化, 计算电离能(PI)、电子亲和势(EA)和能隙(ΔH-L), 在基态结构的基础上用TD-DFT和ZINDO方法计算激发能和电子吸收光谱, 并利用外推法得到高聚物的相应性质. 从外推结果看出, 随着聚合物中BSeD比例的增大, 聚合物的最低单激发能呈减小的趋势, 最大电子吸收光谱红移. 用CIS方法优化得到单体的S1激发态结构, 计算结果表明, 激发态的结构更趋近于平面构型.     

三种黄酮类化合物的电子吸收光谱的理论研究

黄酮类化合物普遍存在于天然产物中,具有多种生理活性.本文中我们用密度泛函理论优化了3种黄酮类化合物的几何结构,用含时密度泛函理论计算了它们的垂直激发能,并拟合了它们的电子吸收光谱,同时还预测了它们的抗氧化活性.结果表明,拟合的光谱与实验光谱符合较好,很好地解释了实验光谱;3种黄酮类化合物的抗氧化活性均高于维生素C.     

等电子体—NH3和PH3性质的讨论

本文应用等电子体原理,以氨(NH_3)和膦(PH_3)为例,说明互属等电子体的物质,结构相似,性质必然相似这一普遍化学规律。但由于结构和热力学原理等因素的影响,使NH_2和PH_3在性质上又有明显的差异。     

甲烷与含氮有机杂环化合物吸附作用的DFT研究

根据煤中氮的存在形式,提炼出11种具有不同杂化方式及含氮量的有机环状化合物.应用密度泛函理论(DFT)模拟方法对甲烷在这11种含氮化合物上的吸附模型进行结构优化,并结合吸附能、电荷分布及静电势能面的分析,从微观角度考察了甲烷与这些化合物之间的相互作用.计算结果表明:甲烷与含氮化合物的相互作用能在3.81-6.82kJ·mol-1范围内,且通过氢键和静电力相互作用;当化合物中氮的杂化方式为sp2时,其与甲烷的作用能大于sp3杂化方式的;当化合物中的氮含量增加时,可以提供更多的甲烷吸附位点.     

N-杂环卡宾-吡啶基钌光敏染料的电子结构和光谱性质的理论研究

以N749染料为母体,保留三联吡啶配体(tcterpy)作为辅助配体,利用两齿的N-杂环卡宾-吡啶配体(NHC-py)替代2个硫氰酸(NCS)配体设计了一系列同时含有三齿配体和两齿配体的染料分子1~4.利用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)方法对染料分子1~4及母体分子N749的几何结构、电子结构和光谱性质进行了系统的理论研究.研究结果表明,该系列分子具有良好的光吸收性能,最低能吸收波长可达到800 nm,吸收跃迁为MLCT/LLCT混合跃迁.     

对苯二甲酸二苯酯类液晶化合物光谱和二阶非线性光学性质的理论研究

在密度泛函理论B3LYP/6-31G*水平上计算对苯二甲酸二苯酯类液晶化合物分子的几何结构、振动光谱、电子光谱和非线性光学性质, 分析讨论端接基对其光谱与非线性光学性质的影响. 结果表明, 端接基的引入对该类分子的几何结构影响不大. 烷氧基的链长对分子振动光谱的影响很小, 端基引入CN时, C＝O的伸缩振动频率蓝移9 cm^－1. TD-DFT计算表明, 最大吸收光谱源于分子中HOMO→LUMO的p→p*跃迁, 对应的最大吸收波长值在313～375 nm之间, 属于紫外区. 端接强供电子基团可以提高分子的二阶非线性光学性质.     

五嗪含氮取代基衍生物结构和性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法在B3LYP/aug-cc-pvDZ理论水平上研究了CN, NO₂, NH₂, N₃, N₂H, NHNH₂, N₄H和N₄H₃等含氮取代基取代五嗪环上的氢原子生成的衍生物, 预测了它们的分子构型、分解能及含能性质. 对衍生物分解能的研究结果表明, CN和NH₂取代的衍生物的分解能比未取代时更高, 而其余基团的取代使分解能降低; 取代基化合物的生成热越大, 取代五嗪中的氢原子后生成衍生物的生成热也越大. N₄H₃, NO₂, H, N₂H, N₄H, N₃和CN取代的五嗪衍生物的单位原子生成热为72.6～108.9 kJ, 比文献报道的三叠氮基-均三嗪的(70.2 kJ)更高. 对于CN, N₂H, N₄H₃, N₃和N₄H取代的衍生物, 其生成热为871.4～1159.3 kJ•mol^－1, 但N₄H和N₄H₃的分解能较小, 稳定性较差. 因此, N₃, N₂H和CN取代的衍生物可能成为高能量、低感度的含能材料.     

N8H8环状异构体的结构与稳定性的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法在6-311 G**基组水平上对N8H8氮氢环状化合物可能存在的构型进行了几何优化,得到74种稳定异构体,应朋A然键轨道理论NBO和分子中的原子理论AIM分析了这些化合物成键特征和相对稳定性,G3MP2方法汁算了各异构体的能量及生成热.研究结果表明:N原子孤对电子到相邻的氮氮键的超共轭作用是影响氮氮键长变化的丰要因素;N8H8环状异构体的稳定性顺序为:六元环>七元环>八元环,五元环>三元环>四元环,六元环是这些N8H8环状异构体中最稳定的,最不稳定的是四元环,G19是所有环状异构体中能量最低的:M3能量最高,稳定性最差,A7密度最大.     

甲基苯热裂解机理的理论研究

在半经验UAM1方法及从头算UHF／3－21G*水平的基础上，用考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP／3－21G＊方法对碳前驱体甲基苯的热裂解反应机理进行了研究，并对反应物、产物自由基及过渡态的结构进行了能量梯度法全优化。计算结果表明，甲基苯的热裂解温度较低时，首先支持苯环甲基上的C－H键断裂，继而发生生成联二甲苯的反应。随着温度的提高，生成苯自由基的反应比例将增加，同时发生少量的苯环上C－H键断裂的反应。该反应机理与实验结果相一致；用密度泛函方法UB3LYP／3－21G*计算的反应标准焓变ΔH与实验值吻合较好。     

1,2,4,5-四嗪含氮取代基衍生物结构和性质的理论研究

在B3LYP/aug-cc-pvDZ理论水平上研究了CN,NO2,NH2,N3,N2H,NHNH2,N4H和N4H3含氮取代基取代1,2,4,5-四嗪环上的两个氢原子生成的衍乍物,预测了它们的分f构犁、分解能及含能性质.对衍生物分解能的研究结果表明.CN取代的衍生物的分解能比未取代时更高,而其余基团的取代使分解能降低.生成热的研究显示取代基化合物的生成热越大,取代1,2,4,5-四嗪中的氢原子后生成衍生物的牛成热也越大;CN,N3和N4H取代的1,2,4,5-四嗪衍生物的单位原子生成热在83.1～95.2 kJ,比文献报道的三叠氮基-均三嗪的(70.2 kJ)更高;N4H,N3,N4H3,N2H和CN取代的1,2,4,5-四嗪衍生物,生成热在904.9～1496.6 kJ·mol-1,但N4H和N4H3取代的衍生物分解能较小,稳定性较差.     

苯和苯胺类硝基衍生物的红外光谱和热力学性质的理论研究

用量子化学密度泛函理论方法,在B3LYP/6-31G*水平下,对苯和苯胺类硝基衍生物进行了几何构型全优化和电子结构计算。通过振动分析,求得它们的红外光谱并作归属。将理论计算IR谱与已知实验结果进行比较,表明本文所提供的计算结果是可靠的。对谐振频率以0.96进行标度后基于统计热力学原理求得它们的热力学性质,探讨了热力学性质随硝基数、氨基数和温度变化的规律,发现有很好的线性关系,体现了很好的基团加和性。     

苯的硝基和叠氮基衍生物的理论研究

在密度泛函理论B3LYP/6-31G*水平下优化了91个苯的硝基(NO₂)和叠氮基(N₃)衍生物的分子几何构型, 预测了它们的密度和生成热, 采用Kamlet-Jacobs方法计算了爆速和爆压, 筛选得到11种爆轰性能较好的高能量密度化合物(HEDC), 计算了它们的多个可能的热解引发键的键离解能(BDE)以及按“氧化呋咱机理”分解时的活化能(E_a). 结果表明, 当分子中有NO₂与N₃相邻时, 分解按“氧化呋咱机理”进行, 分解反应的E_a均大于100 kJ/mol|分子中没有NO₂和N₃相邻时, 热解始于C-NO₂或C-N₃均裂, 裂解的BDE都大于200 kJ/mol. 只含NO₂或N₃的7个物质的稳定性好于同时含NO₂和N₃的物质, 而只含N₃的物质的稳定性又好于只含NO₂的物质, 五叠氮苯和六叠氮苯具有很出色的爆轰性能和稳定性. 无论是能量还是稳定性方面, 筛选得到的11种物质基本符合HEDC的要求.     

N8H8环状异构体的结构与稳定性的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法在6-311＋＋G**基组水平上对N₈H₈氮氢环状化合物可能存在的构型进行了几何优化, 得到74种稳定异构体, 应用自然键轨道理论NBO和分子中的原子理论AIM分析了这些化合物成键特征和相对稳定性, G3MP2方法计算了各异构体的能量及生成热. 研究结果表明: N原子孤对电子到相邻的氮氮键的超共轭作用是影响氮氮键长变化的主要因素; N₈H₈环状异构体的稳定性顺序为: 六元环＞七元环＞八元环, 五元环＞三元环＞四元环, 六元环是这些N₈H₈环状异构体中最稳定的, 最不稳定的是四元环, G19是所有环状异构体中能量最低的; M3能量最高, 稳定性最差, A7密度最大.     

多硝基四面体烷结构和性能的理论研究

在B3LYP/6-31G**水平下, 对四种四面体烷硝基衍生物进行理论研究. 基于全优化构型, 计算其红外光谱(IR)、热力学性质; 通过设计合理等键反应计算其气相生成热(HOF); 运用Kamlet-Jacobs方程估算其爆速(D)和爆压(p); 通过计算和比较各化合物的两种可能引发键(C—C和C—N)离解能(EC—C和EC—N), 确认该系列化合物的热解引发键和热稳定性. 讨论了各性能参数与其结构参数的关系. 兼顾高能量密度化合物(HEDC)的能量性质和稳定性要求, 最终认为该系列化合物不可作为潜在HEDC.     

多硝基金刚烷生成热和稳定性的理论研究

在密度泛函理论（DFT）B3LYP/6-31G水平下，通过不破裂金刚烷分子骨架（即 选择金刚作为参考物）的等键反应设计，比较精确地计算了系列多硝基金金刚烷的 生成热。经验性基团加和法和半经验MO法（AM1，PM3，MNDO，MNDO/3）均不适用于 标题生成熟的估算。4种半经验MO方法中，以MP3计算结果略好些。探讨了生成热和 分子结构的关系，发现桥头C上硝基使生成热减小，而偕二硝基使生成热增大。运 用生成热、前沿轨道能级差和C-NO_2键级等计算结果，阐明了标题的相对稳定性， 为新一代高能量密度材料（HEDM）的分子设计提供了基础数据和规律性。     

Theoretical Study on the Complexes of Benzene with Isoelectronic Nitrogen‐Containing Heterocycles

The π–π interactions between benzene and the aromatic nitrogen heterocycles pyridine, pyrimidine, 1,3,5‐triazine, 1,2,3‐triazine, 1,2,4,5‐tetrazine, and 1,2,3,4,5‐pentazine are systematically investigated. The T‐shaped structures of all complexes studied exhibit a contraction of the C? H bond accompanied by a rather large blue shift (40–52 cm^?1) of its stretching frequency, and they are almost isoenergetic with the corresponding displaced‐parallel structures at reliable levels of theory. With increasing number of nitrogen atoms in the heterocycle, the geometries, frequencies, energies, percentage of s character at C, and the electron density in the C? H σ antibonding orbital of the complexes all increase or decrease systematically. Decomposition analysis of the total binding energy showed that for all the complexes, the dispersion energy is the dominant attractive contribution, and a rather large attraction originating from electrostatic contribution is compensated by its exchange counterpart.     

DFT Studies on Detonation Properties,Pyrolysis Mechanism,and Stability of the Nitro and Hydroxyl Derivatives of Benzene

Ninety‐one nitro and hydroxyl derivatives of benzene were studied at the B3LYP/6‐31G?? level of density functional theory. Detonation properties were calculated using the Kamlet‐Jacobs equation. Three candidates (pentanitrophenol, pentanitrobenzene, and hexanitrobenzene) were recommended as potential high energy density compounds for their perfect detonation performances and reasonable stability. The pyrolysis mechanism was studied by analyzing the bond dissociation energy (BDE) and the activation energy (E_a) of hydrogen transfer (H–T) reaction for those with adjacent nitro and hydroxyl groups. The results show that E_a is much lower than BDEs of all bonds, so when there are adjacent nitro and hydroxyl groups in a molecule, the stability of the compound will decrease and the pyrolysis will be initiated by the H–T process. Otherwise, the pyrolysis will start from the breaking of the weakest C–NO₂ bond, and only under such condition, the Mulliken population or BDE of the C–NO₂ bond can be used to assess the relative stability of the compound.     

应用理论计算研究MCM-22分子筛相邻酸性位上乙烯和苯的吸附

应用ONIOM计算方法研究了MCM-22分子筛超笼12元环上存在两个酸性位时的酸强度及其与骨架铝之间距离的关系,并研究了乙烯和苯分子吸附的规律.计算采用52T簇模型和B3LYP/6-31G**/MNDO方法.结果表明,存在两个酸性位且两个骨架铝之间间隔1个骨架硅时,酸强度比孤立的酸性位明显降低;当间隔的硅原子数增加时,酸强度呈上升趋势,间隔3个以上骨架硅时,其酸强度与孤立的酸性位几乎没有差别.对于乙烯的吸附,当两个骨架铝之间间隔1~4个骨架硅时,其吸附能几乎没有差别(31~35 kJ/mol);对于苯的吸附,当两个骨架铝之间间隔1个骨架硅时,其吸附能有所提高,因为两个桥羟基同时对苯分子产生氢键吸附作用.当两个骨架铝之间的距离增大时,苯的吸附能几乎相同(21~29 kJ/mol).若两个乙烯分子或苯分子同时吸附在双酸性位上,其吸附能与单个分子在孤立酸性位吸附时几乎没有差别.应用自然键轨道计算分析了吸附配合物的电子结构,进一步探明了乙烯和苯在分子筛酸性位上吸附的本质.