橙皮素电场作用的分子结构和红外光谱理论研究

橙皮素(HES)是一种二氢黄酮药物, 为研究在外电场(EEF)作用下, HES的分子结构和光谱的变化,利用密度泛函理论(DFT)以及6-311G(d,p)基组,在C2-C1方向施加EEF(-0.005～0.010 a.u.)并优化HES分子的基态几何构型, 研究了分子总能量、键长、红外光谱(IR)、偶极矩(DM)和HOMO-LUMO能隙。在优化结构的基础上,采用含时密度泛函理论(TDDFT),探究不同EEF对紫外可见吸收光谱(UV-Vis)、激发态(ES)的影响。结果显示,无EEF时,HES分子中C1-O18和C2-C26间的单键都优化成了双键,转变为烯醇式结构,这样分子中更多的基团构成一个共轭体系,形成最稳定的结构。随着EEF的增强,分子总能量先升后降,DM则先降后增,键长的变化复杂。当正向负向EEF都增强时,由于HES分子中不同化学键的振动产生的IR吸收峰(AP),相应地出现了不同的频谱移动,各个AP的强度也有不同的变化。无EEF时, UV-Vis在223.6和262 nm处有2个AP,分别处于E₂带、K带。223.6 nm处的AP随着EEF的增大出现了蓝移(BS),当EEF大于0.002 5 a.u.谱峰消失;262 nm处的AP在正向EEF下出现红移(RS),吸收强度随EEF的增强呈现衰弱趋势,当EEF为0.01 a.u.时, 谱峰RS至283 nm,强度达到最小值5 889.64 L·mol-1·cm-1;在负向EEF下出现BS,且吸收强度均增强,在EEF为-0.002 5 a.u.时, 谱峰BS至261 nm,强度增至最大值为12 500.36 L·mol-1·cm-1。当正向负向EEF都增强时,分子的能隙和激发态能量(EE)均呈现减小趋势,说明HES分子易被激发而处于活跃状态。在无EEF时, OS均大于零, 表明能够被激发。当不断加强正向EEF时, ES的OS均先升高再降低; 在负向EEF下OS有复杂的变化。分析EEF下物质的分子结构和光谱, 将为探究橙皮素的药效对其进行电场解离提供理论参考。     

外场作用下邻苯二甲酸二丁酯的分子结构和光谱研究

邻苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate, DBP)是增塑剂的主要成分之一.为研究外电场对环境毒物增塑剂类化合物的分子结构和光谱产生的影响, 本文采用密度泛函(density functional theory, DFT) B3LYP方法在6-311++G(d, p)基组水平上优化了不同静电场(0–0.020 a.u.)作用下DBP分子的基态几何结构, 在此基础上利用同样的方法计算了DBP分子的电偶极矩、分子总能量和红外(infrared, IR)光谱, 最后利用含时密度泛函(time-dependent density functional theory, TDDFT)在同一基组下研究了不同外电场对DBP分子紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱产生的影响, 并与实验测得的光谱图进行了比较.结果表明, 在外电场的作用下, 分子结构变化剧烈, 电偶极矩增大, 分子总能量减小, 红外光谱吸收峰出现红移或蓝移, 分子的摩尔吸收系数重新分配, 振动斯塔克效应(vibrational stark effect, VSE)明显; 随着外电场的增强, 分子UV-Vis光谱的吸收峰红移显著, 振子强度剧烈下降.     

外电场作用下N2O分子的结构与光谱特性

采用密度泛函B3LYP方法,在6-311+g(d)基组水平上研究了不同外电场对直线型分子N₂O的基态结构、偶极矩、轨道能级、红外和拉曼光谱特性的影响,并采用杂化CIS方法研究了N₂O分子在外电场作用下前9个激发态的激发特性.结果表明:外电场导致分子键长变化,但并没有改变分子的直线特征,偶极矩和分子总能量随外电场的增加先减小后增大,而能隙随外电场的增加先增大后减小,外电场的增加使LUMO(lowest unoccupied molecular orbital)组成由π~*轨道变为σ~*轨道,外电场使红外光谱发生移动,峰的强度增强或减弱.外电场的增加显著影响了N₂O分子的激发特性.激发能、激发波长受外电场影响发生了变化,同时,振子强度受外电场影响明显,禁阻跃迁变为可允许的跃迁,允许的跃迁在电场作用下变为禁阻跃迁或者跃迁变弱.紫外光谱在电场的作用下吸收峰发生了明显的移动,而且有新的吸收峰产生.     

外电场作用下SF_6分子结构与红外光谱

采用密度泛函LSDA方法,在6-311++g(3df,3pd)基组水平上研究了不同外电场下SF_6分子的几何结构、偶极矩、能级分布和红外光谱的变化规律,并利用杂化CIS方法研究了SF_6分子的前9个激发态的激发能、波长和振子强度随外电场的变化情况.结果表明:X轴向上的1S-6F键长受到外场影响最大,随着外电场的增加可能最先趋于断裂;偶极矩随外场的增加而增大,分子总能量随外场的增加而减小;LUMO能级较HOMO能级受外电场影响大,能隙随外场增大而减小;红外光谱吸收峰随外场增大而分开,同时部分原本不具有红外活性的振动模式变成了具有一定的红外活性;激发波长、振子强度、激发能也受外电场影响,但随电场变化比较复杂.     

外电场作用下SF6分子结构与红外光谱

采用密度泛函LSDA方法,在6-311++g(3df,3pd)基组水平上研究了不同外电场下SF6分子的几何结构、偶极矩、能级分布和红外光谱的变化规律,并利用杂化CIS方法研究了SF6分子的前9个激发态的激发能、波长和振子强度随外电场的变化情况。结果表明：X轴向上的1S-6F键长受到外场影响最大,随着外电场的增加可能最先趋于断裂;偶极矩随外场的增加而增大,分子总能量随外场的增加而减小;LUMO能级较HOMO能级受外电场影响大,能隙随外场增大而减小;红外光谱吸收峰随外场增大而分开,同时部分原本不具有红外活性的振动模式变成了具有一定的红外活性;激发波长、振子强度、激发能也受外电场影响,但随电场变化比较复杂。     

黄曲霉素B1及异构体的前线轨道与拉曼光谱研究

采用B3LYP混合泛函和6-311+g(d, p)基组,利用DFT密度泛函理论优化得到了黄曲霉素Aflatoxin B1(cis)(AFB1(cis))及其反式异构体分子AFB1(trans)的稳定结构, 通过单点能计算和几何结构分析,其顺式结构比反式结构更加稳定;计算了两种分子的Raman光谱,并与AFB1(c)粉末的实验Raman光谱进行比较,吻合较好。把最强的三个峰1 582,3 065和1 626 cm-1指认为顺式结构的特征峰,把1 616,3 065和1 659 cm-1指认为反式结构的特征峰;在优化计算的基础上采用Hirshfeld原子划分方法结合Multiwfn软件分析了前线轨道成分,两种分子的亲电能力明显强于其亲核能力,通过计算C1原子在LUMO轨道中的占据权重分别为21.48%和20.62%,预测出C1原子是这两种顺反异构分子夺走DNA中的电子致癌的最主要位点。结果对该类顺反异构分子的检测、转化以及毒性抑制方面具有一定的理论指导意义。     

外电场作用下BrCl分子的物理特性与光谱

采用HF （Hartree-Fock）方法,在6-31+G（d,p）基组水平上优化不同外电场（0~0.035 a.u.）下氯化溴分子的基态稳定构型,在此基础上计算氯化溴分子的分子结构、偶极矩、分子总能量、分子键长、分子电荷分布、分子能隙、红外光谱及解离势能面等.结果表明：随着Z轴（平行于Br-Cl连线）方向外电场的增加（0~0.035 a.u.）,分子总能量先小幅度增加后又降低,键长先减小后增大,分子偶极矩先减小后单调增加,原子电荷分布递增,分子能隙逐渐减小,分子红外光谱先蓝移后红移.通过对解离势能面的计算分析发现,强度为0.045 a.u.的外电场使得Br-Cl键断裂而降解,该结果对氯化溴进行电场降解提供参考依据.     

电场作用下CaS的分子结构和电子光谱

以6-311++G(d,p)为基组,采用密度泛函的B3LYP方法优化得到不同外电场(-0·03—0·045a.u.)下CaS分子的基态结构参数、电偶极矩μ、电荷分布、HOMO能级、LUMO能级、能隙、红外光谱和谐振频率等.结果表明,随着正向电场的增加,分子结构与外电场有着强烈的依赖关系,且对电场方向的依赖呈现出不对称性,基态键长和分子偶极矩μ先减小后增大,在F=0·02a.u.时,键长Re取最小值0·2289nm,电偶极矩取最小值1·5969D,HOMO能级和LUMO能级处于先增大后减小,能隙始终是减小的,占据轨道的电子容易激发到空轨道.外电场对CaS分子的激发能和振子强度有较大的影响,这为进一步研究它的电致发光机理提供了一定的理论基础.     

外电场作用下的五氯酚分子结构和电子光谱的研究

为研究外电场对环境毒物氯酚类化合物的分子结构、化学键和电子光谱产生的影响, 本文采用密度泛函(DFT)B3LYP方法在6-311++G(d,p)基组水平上优化并计算了不同外电场(0—0.025 a.u.) 作用下五氯酚分子的基态几何结构、电偶极矩和分子总能量, 在此基础上利用含时密度泛函(TDDFT)在同一基组下研究了五氯酚(pentachlorophenol, PCP)的紫外吸收光谱, 并与文献中给出的苯酚的紫外吸收峰的波长进行了比较, 最后对PCP分子的前10个激发态的波长和振子强度受外电场作用的的影响规律进行了研究. 结果表明, 分子几何构型与电场大小呈现强烈的依赖关系, 分子偶极矩随着外电场的增强先减小后增加, 而分子总能量随着外电场的增强先增加后减小; PCP的紫外吸收峰相对苯酚出现了红移, 其激发态的振子强度随着电场的增强而减小、紫外吸收峰也出现红移.     

外电场作用下苯乙烯分子结构和电子光谱

采用密度泛函B3P86方法在6-311G基组水平上优化得到了在不同外电场(0—0.05a.u.)作用下,苯乙烯分子的基态电子状态、几何结构、电偶极矩和分子总能量.在优化构型下利用杂化CIS-DFT方法(CIS-B3P86)研究了同样外电场条件下对苯乙烯的激发能和振子强度的影响.计算结果表明,分子几何构型与电场大小呈现强烈的依赖关系,分子偶极矩随电场的增加而增大.分子总能量随着电场增加而降低.激发能随电场增加快速减小,表明在电场作用下,分子易于激发和解离. 关键词： 苯乙烯 电场 激发态 杂化CIS-DFT     

强外电场作用下CCl3F物理特性与光谱

运用密度泛函理论在6-311++G（d,p）基组上进行优化并在x轴方向增加电场（F=-0.025~0.025 a.u.）,对CCl₃F分子结构、偶极矩、总能量、电荷分布和能隙、C-Cl键特征吸收峰进行研究.结果表明：随着外场强度的增加,C-Cl键键长逐渐减小,偶极矩先减小后增大,总能量先增大后减小,Cl原子的电荷分布逐渐增大,当F=-0.015 a.u.时,由负电性转变为正电性,达到新的亲核亲电反应作用点.而能隙在没有外加电场时也达到最小值,此时最容易发生电场降解反应.C-Cl键的红外特征吸收峰随着负电场的增强出现蓝移.     

外电场对MMTD分子结构与电子光谱影响的研究

采用密度泛函B3LYP方法,在6-311++g(d,p)基组水平上优化了不同外电场下2-巯基-5-甲基-1,3,4-噻二唑(MMTD)分子的基态稳定构型、电偶极矩、电荷分布和分子的总能量,在此基础上利用杂化CIS方法研究了外电场下MMTD分子的前9个激发态的激发能、波长和振子强度受外电场的影响规律.结果表明:1C-6S和1C-7S间键长受到Y轴向外电场影响最大,随着外电场的增加,可能最先趋于断裂;在外电场强度F=0.010a.u.时总能量达到最大,而偶极矩达到最小;最低空轨道能级LUMO受外场影响较大,而最高占据轨道能级HOMO受外电场影响较小;MMTD分子UV-Vis光谱随外场增加发生红移,且当外电场增大到F=0.020a.u.时,在可见光区域出现吸收峰;激发能、振子强度也受外电场影响,但随电场的变化比较复杂.     

外电场下BH分子势能函数

运用密度泛函B3P86方法和cc-PV5Z基组,获得了BH分子基态在不同外电场下的键长、偶极矩和振动频率等物理性质参数.通过分析物理性质参数,判断离解电场所处的范围,设置合适的参数扫描该范围的单点能获得势能曲线.结果表明物理性质参数和势能值随外电场的变化而变化,特别是在反向电场中.利用Morse势模型拟合无外场下势能函数,得到的拟合参数与实验值吻合较好,采用偶极近似构建外电场下的势能函数模型,编制程序拟合对应的势能函数,得出拟合参数,再计算临界离解电场参量,结果与数值计算值较为一致,说明构建的模型是可靠和准确的.为分析外场下分子光谱、动力学特性和分子Stark效应冷却囚禁提供理论参考.     

电场作用下溴甲烷的光谱和解离特性

采用了密度泛函理论（density functional theory,DFT）,在6-311++G（d,p）基组水平上使用B3LYP方法研究外电场（0-0.05a.u.）对于溴甲烷分子的键长、能隙及解离势能面的影响.结果表明：外加电场的方向和大小对于分子结构和解离势能面均有显著的影响.随着负向外电场（Br-C键方向）从0增加到0.05a.u.,C-Br键的键长先减小后增大,C-H键的键长逐渐增加,分子能隙E_G逐渐减小,C-Br键的str振动频率逐渐增加而IR振动频率逐渐减小.进一步计算发现：随着正向外电场（C-Br键方向）从0增加到0.03a.u.,溴甲烷分子的势能曲线有所降低,解离势垒逐渐减小.因此,可以通过外电场来控制CH₃Br分子的降解.     

强外电场作用下BF分子结构和激发特性

采用密度泛函(DFT)方法LSDA在6-311++G(d,p)基组水平上优化得到了分子轴方向不同电场(-0.03～0.05a.u.)作用下,BF分子的基态结构参数、电偶极矩μ、电荷分布、HOMO能级、LUMO能级等。在优化构型下,用同样的基组采用杂化CIS-DFT方法(CIS-LSDA)研究了同样外电场条件下对BF分子的激发能和振子强度的影响。结果表明:随着电场的增加,分子结构与外电场有着强烈的依赖关系,且对电场方向的依赖呈现非对称性。分子总能量先增大后减小,电偶极矩μ先增大,后减小,最后不断增大。电场对振子强度的影响比较复杂,有的增大有的减小,表明电子跃迁光谱强度受外场影响。     

NO+离子在外电场中的性质及其降解

NO⁺是大气电离层中最重要的离子之一,存在于电离层的E区和F区,研究NO⁺离子在电场中的性质非常重要.本文使用密度泛函理论(DFT)计算方法6-311G++(d, p)基组,从量子力学的角度计算和分析了NO⁺离子在外电场(-0.015 a.u.～0.015 a.u.)的影响下的物理性质.本文通过研究发现,由于电场强度的加强：NO⁺离子的氮氧三键变短,离子总能量变大,能隙E_G增大,偶极矩减小,IR强度减弱,费米能级E_F变小,势垒降低.当外加电场强度达到0.19 a.u.时,NO⁺离子的势垒接近消失.并且由于外加电场强度的逐渐加强,NO⁺离子的解离能也随之降低,这就意味着NO⁺离子在外加电场的影响下变得更容易解离.本文的研究为NO⁺离子在电场条件下的相关研究提供了理论参考.     

SiC在辐射场中的物理特性和光谱研究

本文采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-311G++(d,p)基组水平上优化了不同外电场(0-0.04a.u.)下碳化硅分子的基态稳定构型,在此基础上利用同样的方法计算了碳化硅分子的分子结构、偶极矩、总能量、能隙以及红外光谱、拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱强度.结果表明,在外电场的作用下,分子结构变化明显,与电场呈现强烈的依赖关系.碳化硅分子键长一直在增大,电偶极矩先减小后增大,分子总能量先增大后减小,能隙E_G先减小后增大再减小再增大,红外光谱吸收峰出现红移现象,拉曼光谱出现蓝移现象.随着外电场的加强,分子紫外可见吸收光谱振子强度出现先增大后减小的反复变化,其波峰也出现蓝移现象.