溶液相有机化合物pKa的量子化学计算

寻找一种理论计算方法来验证和补充实验数据,得到较为精确的溶剂化自由能和pK_a值,是众多理论化学家长期以来研究的重要方向。本综述较为详细地总结了近年发展起来的PCM理论模型在溶液相化合物溶剂化自由能、特别是近十年来有机化合物pK_a值的量子化学计算中的最新成果,比较了各种不同计算方法的精确性和各自特点。     

电子转移溶剂重组能计算的自洽反应场新方法

基于非平衡溶剂化理论, 推导了用于非平衡溶剂化能数值计算的类导体屏蔽模型(COSMO)的相关公式. 在此基础上, 修改了HONDO99中COSMO模块, 并用以估算了[(CH₂)₂C]+—(CH₂)_n—C(CH₂)₂(n＝1～13)体系中的电子转移溶剂重组能. 结果表明, 溶剂重组能值与电子转移距离的倒数有很好的线性关系. 根据溶剂重组能数值解结果, 用新的双球模型给出了合理的给受体球半径.     

四(β-N-乙酸甲酯)吡啶基卟啉和四(β-N-氰乙基)吡啶基卟啉在水溶液中的酸碱平衡

本文报道了在25±0.1℃,0.5mol·1^-1KCl介质中,水溶性的溴化四(β-N-乙酸甲酯)吡啶基卟啉(H₂T_β-N-ACMS PyPBr₄)和溴化四(β-N-氰乙基)吡啶基卟啉(H₂T_β-N-ECNPyPBr₄)的酸碱平衡。并求得H₂T_β-N-ACMSPyP的pK_a3,4=3.81±0.20,pK_a2=6.39±0.03,pK_a1=13.84±0.08;H₂T_β-N-BCNPyP的pK_a3,4=3.70±0.20,pK/a₂=6.09±0.04.     

PSF/TiO2杂化超滤膜形成过程的热力学和动力学研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同纳米TiO₂含量的聚砜(PSF)/TiO₂杂化超滤膜, 研究了TiO₂浓度对聚砜铸膜液流变学及热力学性质的影响, 构建了计算成膜过程中表观扩散系数(D_a)的新方法, 求出不同TiO₂浓度及温度下的D_a值, 进而剖析了铸膜液流变学和热力学性质的变化对成膜动力学的影响. 并通过扫描电镜观察、杂化膜孔隙率和超滤性能的测试考察了表观扩散系数与膜结构和性能的关系. 结果表明, 加入TiO₂溶胶的PSF铸膜液由牛顿流体转变为非牛顿流体, 其粘度随TiO₂浓度增大而增大. TiO₂的加入减小了铸膜液对非溶剂的容纳能力, 加速铸膜液的液-液相分离, 同时TiO₂引起的热力学促进作用和流变学阻碍作用相互竞争, 共同影响D_a的变化. 实验得出, D_a随温度升高而增大, 随TiO₂浓度的增大有先增大后减小的趋势. 表观扩散系数D_a与膜的结构和性能具有很好的相关性并能直观地描述整个成膜过程.     

分子亲脂-亲水性的量子化学描述II. 氨基酸侧链的亲水指标和亲脂指标

在启发式亲脂势HMLP (heuristic molecular lipophilicity potential)的基础上提出了分子、分子片段和原子的亲水指标和亲脂指标. 计算出了20个天然氨基酸侧链的亲水、亲脂指标和亲水、亲脂表面积, 并用线性自由能函数表达氨基酸侧链的溶剂化自由能, ΔG_sol,i^θ＝b₀＋b₁L_i＋b₂H_i＋b₃S_i^＋＋b₄S_i^－. . 应用线性自由能函数和氨基酸侧链的亲水和亲脂指标, 计算了20个氨基酸残基的3种相转移自由能(蒸气-水、蒸气-正辛醇、正辛醇-水)和正辛醇-水分配系数logP_ow, 取得了与实验值高度一致的良好效果. HMLP的亲水和亲脂指标是HMLP的指标化, 扩展了这一方法的使用范围. 氨基酸侧链的亲水、亲脂指标和线性自由能函数有望用于生物大分子受体与配体的结合自由能的估算、蛋白质的结构与功能、蛋白-蛋白相互作用和识别的研究.     

亚甲基二膦酸为配位体的无氰碱性镀铜

提出一种以亚甲基二膦酸(MDPA, H₄L)为主配位剂的无氰镀铜体系. 采用pH 电位滴定法分别测定MDPA的四级解离常数和MDPA-Cu(II)的稳定常数, 并比较MDPA-Cu(II)和羟基乙叉二膦酸(HEDPA)-Cu(II)的循环伏安曲线和阴极极化曲线. 结果表明: MDPA各级解离常数为, pK₁=1.86, pK₂=2.65, pK₃=6.81, pK₄=9.04;MDPA与Cu²⁺形成分级配合物的稳定常数为, pK_ML=10.65, pK_ML2 = 5.59, pK_ML3 = 2.50; 随着pH升高, 形成的配合物依次为, Cu(H₃L)₂、[Cu(H₃L)(H₂L)]-和[Cu(H₂L)₂]^2-; 当pH在7-10 时, MDPA较HEDPA更易与Cu²⁺配位. 当pH=9 时, MDPA碱性镀铜体系阴极主要发生的是[Cu(H₃L)(H₂L)]^-和[Cu(H₂L)₂]^2-还原生成铜的过程; 在10 °C,MDPA体系的铜配位化合物还原生成铜的电位比HEDPA体系负移, 扩散速度更快.     

3-硝基-1，2，4-三唑-5-酮铅金属盐快速热分解反应动力学研究

利用温度快速跃升傅立叶变换红外原位分析技术对3-硝基-1，2，4-三唑-5-酮铅盐的快速热分解反应动力学进行了研究。借助快速升温过程中Pt金属丝的控制电压变化曲线得到剧烈放热峰的诱导出现时间t_x，利用t_x值计算得到了快速热分解过程的动力学参数。在0.1 MPa氩气气氛，230～270 ℃实验温度范围内，3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮铅金属盐的活化能E_a=94.0 kJ·mol^-1，lnA=20.5。同时得到了该化合物快速热分解过程的近似吉布斯自由能变，熵变和焓变。该方法借助温度快速跃升技术，在模拟材料实际使用情况下计算得到其动力学参数，可用于含能材料燃烧模型的建立。     

层状钙钛矿化合物 (n-CnH2n+1NH3)2ZnCl4非等温固-固相变动力学的确定

确定了具有层状钙钛矿结构,脂肪链C原子数从12到18四氯合锌酸二烷基铵(C_nH_2n+1NH₃)₂ZnCl₄系列化合物的非等温固-固相变动力学。采用Kissinger和Ozawa两种动力学模型,对不同温度下测定的每个样品DSC热分析曲线进行数据处理,计算固-固相变过程的活化能E_a。实验结果表明,随着C原子数的增加,脂肪链的有序度和刚度降低,导致固-固相变活化能E_a随C原子数的增大而降低。两种模型方法的计算活化能E_a的结果相一致。并且各个化合物的固-固相变反应级数不随升温速率和烷基链长变化而变化,总保持为1。     

钐(II)类卡宾CH3SmCH2I与乙烯环丙烷化反应及溶剂化效应的理论研究

用密度泛函B3LYP方法研究了过渡金属钐类卡宾与乙烯的环丙烷化反应的机理. 对钐类卡宾试剂CH₃SmCH₂I和CH₂CH₂反应的反应物、中间体、过渡态和产物构型的全部结构几何参数进行了优化, 并计算了THF溶液的溶剂化效应, 用内禀反应坐标(IRC)计算和频率分析方法, 对过渡态进行了验证. 结果表明: CH₃SmCH₂I与CH₂CH₂环丙烷化反应按亚甲基转移机理(通道A)和卡宾金属化机理(通道B)都可以进行, 与锂类卡宾的反应机理相同, 通道A比通道B反应的势垒降低了14.65 kJ/mol. 溶剂化效应使通道B比通道A的反应势垒大幅度提高, 更有利于反应沿通道A进行, 而不利于通道B.     

钐(II)类卡宾CH3SmCH2I与乙烯环丙烷化反应及溶剂化效应的理论研究

用密度泛函B3LYP方法研究了过渡金属钐类卡宾与乙烯的环丙烷化反应的机理. 对钐类卡宾试剂CH₃SmCH₂I和CH₂CH₂反应的反应物、中间体、过渡态和产物构型的全部结构几何参数进行了优化, 并计算了THF溶液的溶剂化效应, 用内禀反应坐标(IRC)计算和频率分析方法, 对过渡态进行了验证. 结果表明: CH₃SmCH₂I与CH₂CH₂环丙烷化反应按亚甲基转移机理(通道A)和卡宾金属化机理(通道B)都可以进行, 与锂类卡宾的反应机理相同, 通道A比通道B反应的势垒降低了14.65 kJ/mol. 溶剂化效应使通道B比通道A的反应势垒大幅度提高, 更有利于反应沿通道A进行, 而不利于通道B.