杯[4]吡咯-阴离子体系相互作用的理论研究——杯[4]吡咯-卤素阴离子体系的密度泛函研究

用密度泛函B3LYP/LANL2DZ方法对自由杯[4]吡咯的最低能量构象和卤素阴离子-杯[4]吡咯复合物进行了计算研究.结果表明,杯[4]吡咯与卤素离子能通过彼此间的相互作用形成复合物,并且这种相互作用在本质上应为分子间的氢键相互作用;杯[4]吡咯与卤素阴离子形成的复合物在构型变化、电荷转移、前线轨道及其作用方式、成键布居以及能量和热力学参数等方面均按元素周期律有规律地变化,杯[4]吡咯与卤素阴离子间的相互作用沿元素周期依次减少.     

β-三氰基乙烯取代杯[4]吡咯与阴离子相互作用的密度泛函理论研究

采用密度泛函B3LYP方法对β-三氰基乙烯取代杯[4]吡咯主体分子及其与阴离子(F-、Cl-、CH3COO-、H2PO4-)形成的复合物进行研究。结果表明,β-三氰基乙烯取代杯[4]吡咯可与阴离子以分子间氢键相互作用形成复合物,并且其与阴离子结合能力大小的顺序为F-> CH3COO-> H2PO4-> Cl-,与实验结果基本一致;通过与杯[4]吡咯对比可见,强吸电子取代基的引入增强了主体分子对阴离子的结合能力。本文还从几何构型、振动光谱、NBO分析及前线轨道等方面来阐述β-三氰基乙烯取代杯[4]吡咯与不同阴离子氢键相互作用的本质以及吸电子取代基的引入对杯[4]吡咯与F-和Cl-之间主-客体相互作用的影响。     

杯[4]吡咯与含氧阴离子及其离子对弱相互作用的理论研究

在M06-2X/6-31+G(d,p)计算水平上,对杯[4]吡咯(CP)与3种不同构型的含氧阴离子OH-(C(v)、NO3-(D3h)、ClO4-(Td)形成的组装体系进行了理论研究。比较了各体系的构型、结合能、自然键轨道(NBO),利用多功能波函数软件Multiwfn对相互作用力等进行可视化分析。结果发现,无论主-客体的组装计量比是1∶1还是2∶1,阴离子的构型直接影响组装体系的构型。阴离子空间构型越大、整体电负性越强,越倾向于2∶1复合体系。考虑到杯[4]吡咯是典型的离子对受体,本文还研究了主体与NH4+-阴离子的离子对体系的相互作用。在离子对的组装过程中,由于阴、阳离子间的作用占据了主导,从而减弱了阴离子与主体间氢键作用,无论阴离子构型如何,主体与离子对的组装都倾向于1∶1的作用体系。本文结果对深入理解杯吡咯类受体的离子识别作用本质,拓展该类超分子主体的应用范围具有重要的理论意义。     

带状修饰的杯[4]吡咯对卤素阴离子识别的研究

应用分子力学／分子动力学模拟方法研究了4种带状修饰的杯[4]吡咯对卤素阴离子的识别作用.模拟结果表明, 加入带状修饰链和调节链长可以增强对某种特殊卤素阴离子的识别, 在这个过程中, 卤素阴离子与杯[4]吡咯NH上的氢形成的多氢键使主体分子与阴离子形成稳定复合物, 同时带状修饰链通过改变杯吡咯空腔大小影响主体分子与卤素阴离子的氢键相互作用, 从而调节了对不同阴离子的识别能力.     

杯[4]吡咯-卤素、铵离子复合物的理论研究

采用密度泛函理论的M06-2X/6-31G(d, p)方法对杯[4]吡咯(CP)与卤素离子(X^-=F^-, Cl^-, Br^-)及卤素-铵根离子对的各种可能组装体系进行了系统研究. 详细讨论了各体系的结构、结合能、自然键轨道分析(NBO)和Multiwfn波函数分析的情况. 结果显示杯[4]吡咯与卤素阴离子的相互作用主要是氢键, 波函数分析显示在CPCl-和CP-Br-复合物中长程范德华力和空间位阻作用也明显存在. 杯[4]吡咯能与卤素-铵根离子形成稳定的复合物, 主要通过氢键作用、阴-阳离子的静电作用以及阳离子-π相互作用.从理论上探讨了杯[4]吡咯与离子或离子对的2:1组装体系,但相对于1:1组装体系来讲, 2:1体系并不占优势.本文结果进一步表明, 杯[4]吡咯不仅是一种阴离子受体,而且也是一种良好的离子对受体,尤其是对涉及氟离子的客体,更是如此.     

杯[4]吡咯在不同溶液中的分子动力学模拟研究

运用分子动力学(MD)模拟方法对杯[4]吡咯与不同溶剂之间的相互作用能、杯[4]吡咯在不同溶液中的构象变化以及杯[4]吡咯与溶剂分子之间的氢键相互作用进行了计算研究.模拟发现,杯[4]吡咯与不同溶剂间的相互作用能受溶剂分子偶极矩和杯[4]吡咯-溶剂分子间氢键相互作用影响.杯[4]吡咯在不同溶液中的构象发生翻转的主导因素是杯[4]吡咯与溶剂分子间形成氢键相互作用,溶剂分子的偶极矩不是杯[4]吡咯发生构象转化的主要因素.     

β-卤素取代对杯[4]吡咯构象及主-客体相互作用的影响II. 密度泛函理论研究

应用密度泛函理论对杯[4]吡咯及卤素取代杯[4]吡咯模型分子的自由主体以及其卤素离子复合物体系进行计算研究. 结果表明, 杯[4]吡咯β位被卤素拉电子基团取代后, 主体分子的构象特征受吡咯单元的偶极影响; β-卤素取代导致了杯[4]吡咯对卤素离子的结合作用增强, 且当β位为氯取代时, 杯[4]吡咯对卤素离子的结合能力最强. 并从振动光谱、NBO电荷布居、相互作用的前线轨道、“活性”构象的偶极矩和Mulliken成键布居等方面阐述β-卤素取代对杯[4]吡咯与卤素离子之间的主-客体相互作用的影响.     

二酰胺吡啶修饰杯[4]芳烃与脂肪二羧酸主客体相互作用的理论研究

本文用分子力学和分子动力学方法对二酰胺吡啶修饰杯[4]芳烃与脂肪二羧酸的主客体相互作用进行了研究.     

非水毛细管电泳分离中性化合物杯[4]吡咯

杯[4]吡咯;离子液体;非水毛细管电泳;氢键效应     

Density Functional Theory Study on Interaction between Catechin and Thymine

The interacting patterns and mechanism of the catechin and thymine have been investigated with the density functional theory Becke's three-parameter nonlocal exchange functional and the Lee, Yang, and Parr nonlocal correlation functional (B3LYP) method by 6-31+G*basis set. Thirteen stable structures for the catechin-thymine complexes have been found which form two hydrogen bonds at least. The vibrational frequencies are also studied at the same level to analyze these complexes. The results indicated that catechin interactedwith thymine by three different hydrogen bonds as N-H…O、C-H…O、O-H…O and the complexes are mainly stabilized by the hydrogen bonding interactions. Theories of atoms in molecules and natural bond orbital have been adopted to investigate the hydrogen bondsinvolved in all systems. The interaction energies of all complexes have been corrected for basis set superposition error, which are from -18.15 kJ/mol to -32.99 kJ/mol. The results showed that the hydrogen bonding contribute to the interaction energies dominantly. The corresponding bonds stretching motions in all complexes are red-shifted relative to that of the monomer, which is in agreement with experimental results.     

纳米二氧化硅物理吸附乙醇的密度泛函研究

利用密度泛函理论, 采用周期性边界条件及簇方法研究了无定型纳米二氧化硅的表面结构以及其对小分子吸附物乙醇的吸附性质. 计算结果表明, 小簇模型在研究特定种类的吸附方面具有优势, 而周期性切片模型更能真实地反映纳米二氧化硅的表面环境; 乙醇在二氧化硅表面的吸附主要依赖于氢键作用, 并倾向于充当氢键受体的角色.     

[EPy][BF4]和[EPy][PF6]离子对的气相及液相阴阳离子相互作用研究

采用从头算HF/6-31G和密度泛函理论B3LYP/6-31+G(d,p)方法, 对乙基吡啶四氟硼酸盐([EPy][BF4])和乙基吡啶六氟磷酸盐([EPy][PF6])的离子对进行了结构优化和频率分析, 并利用自洽反应场(SCRF)的导体极化连续模型(CPCM)考察了离子对液态下的结构及相互作用, 得到了两种离子对的红外光谱及气相、液相下最稳定结构. 由两种离子对的几何参数可知, 阴阳离子通过氢键相互作用, 两种离子液体的红外光谱特征值与实验值比较吻合. 应用自然键轨道(NBO)理论分析了吡啶阳离子及离子对中的原子电荷分布和电荷转移情况, 结果表明两种离子对中阴阳离子间存在静电相互作用和氢键作用. 通过几何参数、相互作用能及NBO分析研究发现, 液相下由于周围电荷的中和作用, 离子对中阴阳离子的相互作用明显降低.     

镱硫属化合物的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)研究镱硫属化合物的电子结构和性质,通过与实验比较考察了现有的几种近似密度泛函公式对镧系元素化合物的适用程度和相对论效应的影响.结果表明,用DFT计算的YbO键长对实验值的偏差约为0.002nm;但得到的键能即使在考虑梯度校正和相对论效应之后,仍比实验值高,在定域密度近似基础上引入交换梯度校正使键能计算值减小,其中PW86x使键能计算值减小稍多些,结果更接近实验值;相关梯度校正使键能计算值升高.相对论效应使键长缩短0.004～0.006nm,键能减小约0.5eV.计算结果的分析表明,Yb的5d轨道和配体的np轨道间形成σ键和π键.在所研究的分子体系中,配体原子从O到Te、Yb原子的5d轨道布后数依次减少,同键能减弱的顺序一致.相对论效应使键能减小的主要原因是在成键过程中发生了Yb的6s电子向5d轨道的转移,而相对论效应使该过程能量增加.偶极矩和电荷分布的计算表明,Yb-L键以共价性为主,相对论效应使共价性成份增加.     

1-乙胺基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐吸收CO_2的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)对离子液体1-乙胺基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([NH2e-mim][BF4])吸收CO_2的反应机理进行了研究.在B3LYP/6-311++G(d,p)计算水平下,对离子液体[NH2e-mim][BF4]的结构及与CO_2反应的中间体、过渡态和产物进行了全优化,获得了优化结构的构型参数、振动频率和热力学数据.利用自然键轨道(NBO)分析了离子液体[NH2e-mim][BF4]和CO_2的自然电荷布居.计算结果表明,通过阳离子[NH2e-mim]+自偶解离产生的阳离子[NH3e-mim]2+能与阴离子[BF4]-结合形成更强的离子键.根据反应吉布斯自由能变(ΔG0—)和焓变(ΔH0—)的计算结果,判断离子液体[NH2e-mim][BF4]吸收CO_2按理论摩尔比2∶1分步进行反应,吸收过程中质子的转移需克服52.51 k J/mol的能垒.