环戊二烯与二氢呋喃类化合物Diels-Alder反应的理论研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311++G **水平上对环戊二烯与2(5H)-呋喃酮、丁烯二酸酐和2,5-二氢呋喃的Diels-Alder反应机理进行了理论研究,并且考虑了溶剂化效应和取代基效应对反应机理及能垒的影响。结果表明,本文所涉及的环戊二烯与二氢呋喃类化合物的Diels-Alder加成反应是以协同方式进行的;羰基取代基的吸电子作用是造成产物中C(1)-C(2)、C(3)-C(4)键键长增加的主要原因;反应所涉及到的FMO相互作用主要是环戊二烯的HOMO与二氢呋喃类化合物的LUMO之间的相互作用,羰基对反应活化能的影响主要是通过降低呋喃类化合物的LUMO能级,减小与环戊二烯的HOMO的能级差异,从而有利于反应进行的;反应2的活化能垒最低,从动力学的角度考虑在室温下可以进行。     

芳香性取代基对2-(2-羟基苯基)苯并咪唑激发态质子转移和光谱性质影响的理论研究

运用密度泛函(DFT)和含时密度泛函(TD DFT)理论方法研究了在2-(2-羟基苯基)苯并咪唑(HBI)苯环羟基的对位分别被呋喃基、吡咯基等五种芳香性取代基后的衍生物(HBI-R)分子内质子转移过程,考察了取代基的电子离域效应对分子结构、分子内氢键和质子转移的影响,模拟计算了各分子的IR振动光谱和电子光谱。研究发现,基态的HBI与HBI-R分子内氢键O—H…N比O…H—N强度大,因氢键中的O—H增长和H—N的缩短,激发态氢键O—H…N弱于O…H—N强度,基态和激发态的稳定构型分别为醇式和酮式结构,取代基总体上使酮式构型相对稳定性有所增加,但呋喃基、吡咯基和噻吩基却略降低了激发态酮式构型相对稳定性。取代基降低了HBI基态和激发态分子内质子转移反应的能垒,但影响不大。电子吸收光谱的最大吸收峰和荧光光谱的最大发射峰主要源于前线分子轨道HOMO与LUMO之间的电子跃迁,芳环取代基增强了电子离域效应,使光谱的吸收峰和发射峰波长均有较大的红移。     

10-羟基苯并喹啉激发态分子内质子转移取代基效应的理论研究

运用密度泛函(DFT)和含时密度泛函(TDDFT)计算方法研究了10-羟基苯并喹啉(HBQ)及其衍生物分子内质子转移过程,探究了取代基效应对质子转移过程的影响,研究发现,HBQ及其衍生物可以形成分子内氢键,且激发态时氢键增强.基态时各分子以醇式构型稳定存在,激发态时酮式构型为优势构象.各化合物的最大吸收峰和发射峰主要是电子从HOMO到LUMO之间的跃迁引起的.基态分子内质子转移(醇式→酮式)需要跃过较高的能垒因而难以发生,而激发态时只需跃过较低能垒就很容易发生分子内质子转移,吸电子基的引入可以使该过程的能垒降低,因此吸电子基有利于激发态质子转移.取代基效应影响化合物的光谱性质.     

8-羟基喹啉锂的光电性能和取代基效应的密度泛函理论

采用密度泛函理论(DFT)较为系统地研究了给、吸电子取代基对8-羟基喹啉锂(Liq)光电性能的影响。研究结果表明:不同取代基与母体形成不同的共轭,取代基—CN、—OCH3很好地参与了整个π体系共轭,对体系性质影响较大;吸电子基—CF3、—CN、—Cl在5-位取代都使Liq的最高占据轨道(HOMO)、最低空轨道(LUMO)能级降低;给电子基—CH3、—CH3CH2CH2、—OCH3在5-位取代都使Liq的LUMO、HOMO升高,带隙减小,给电性越强,影响越显著;—CN在5-位取代,显著增加了Liq的电子亲和势,降低了电子重组能,使电子更易于注入和传输。与Liq及其它衍生物相比,5-CN-Liq是一种更好的电子注入和传输材料。     

对苯二甲酸-双(4-甲氧基苯酯)及其衍生物的结构与光谱

在密度泛函理论B3LYP/6-31 G*水平上计算研究了对苯二甲酸-双(4-甲氧基苯酯)及其OH和F腰接取代化合物的几何结构与红外振动光谱和电子光谱性质。研究发现这类化合物的酯基碳氧原子与苯环形成不同的离域大π键,空间位阻效应和共轭效应使三个苯环位于不同平面上,二面角在53°～59°范围。含时密度泛函理论计算第一激发态的电子垂直跃迁能,表明最大吸收光谱全部源于分子中HOMO→LUMO的π→π*跃迁,对应的最大吸收波长数值位于370～384nm之间,属于紫外区。腰接基对这类化合物的几何结构影响不大,仅由于空间位阻效应,使苯环(1)和苯环(2)之间的二面角增大3°～4°,但对其所在苯环的变形及其氢的振动有一定影响。同时,腰接羟基使HOMO→LUMO的能隙略有减小,最大吸收波长略有增大。腰接氟时因弱的共轭效应使得HOMO→LUMO的能隙减小0.1209eV,导致最大吸收波长红移14nm。     

取代基对2-(2-羟基苯基)苯并噻唑分子内氢键及质子转移的影响:密度泛函理论研究

运用密度泛函(DFT)和含时密度泛函(TD DFT)理论方法研究了在2-(2-羟基苯基)苯并噻唑(HBT)苯环羟基的邻位或对位分别引入羟基和醛基后的衍生物分子内质子转移过程,考察了取代基的电子效应及取代位置对分子内氢键和质子转移反应的影响,模拟计算了各分子的IR振动光谱和电子光谱.研究发现,HBT及其衍生物分子可以形成分子内氢键,且激发态时氢键增强.基态时以醇式构型稳定存在,激发态时酮式结构为优势构象.分子的最大吸收峰和发射峰主要源于电子从前线分子轨道HOMO到LUMO之间的跃迁.基态分子内质子转移需要越过较高的能垒因而难以发生,而激发态时只需越过较低能垒就很容易发生激发态分子内质子转移.取代基的电子效应和取代位置对HBT分子氢键强度、互变异构体的相对稳定性、电子光谱及质子转移反应的能垒均有一定影响.     

取代基对2-(2-羟基苯基)苯并噻唑分子内氢键及质子转移的影响:密度泛函理论研究

运用密度泛函(DFT)和含时密度泛函(TD DFT)理论方法研究了在2-(2-羟基苯基)苯并噻唑(HBT)苯环羟基的邻位或对位分别引入羟基和醛基后的衍生物分子内质子转移过程，考察了取代基的电子效应及取代位置对分子内氢键和质子转移反应的影响，模拟计算了各分子的IR振动光谱和电子光谱.研究发现，HBT及其衍生物分子可以形成分子内氢键，且激发态时氢键增强.基态时以醇式构型稳定存在，激发态时酮式结构为优势构象.分子的最大吸收峰和发射峰主要源于电子从前线分子轨道HOMO到LUMO之间的跃迁.基态分子内质子转移需要越过较高的能垒因而难以发生，而激发态时只需越过较低能垒就很容易发生激发态分子内质子转移.取代基的电子效应和取代位置对HBT分子氢键强度、互变异构体的相对稳定性、电子光谱及质子转移反应的能垒均有一定影响.     

外电场作用下FO分子的特性研究

采用密度泛函的B3P86方法,以6-311+G(3df)为基函数优化得到不同外电场下FO基态分子的稳定几何结构、键长、总能量、HOMO能级、LUMO能级、费米能级、能隙、红外光谱和谐振频率.结果表明,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;随着正向电场的增大,HOMO能级、LUMO能级和费米能级是减小的,能隙是先增大后减小;红外光谱和谐振频率是增大的,而频率间隔是不断减小的.     

不同电子取代基卟啉化合物的光谱和DFT研究

采用实验与密度泛函理论计算(DFT)相结合,研究了不同电子取代基修饰的5-邻羟基苯基-10,15,20-三苯基卟啉(TPPOH)和5-邻羟基苯基-10,15,20-三(对甲氧基)苯基卟啉[(p-OCH₃)TPPOH]化合物的吸收光谱及其电化学性质。结果表明,相对于TPPOH,由于对位甲氧基(-OCH₃)给电子能力强致使(p-OCH₃)TPPOH的卟啉环电子云密度增加,从而引起吸收光谱红移(3 nm)、氧化还原电位发生明显的负移,最高占据分子轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)能级差降低0.06 eV。DFT理论分析分子前线轨道电子分布结果显示(p-OCH₃)TPPOH的HOMO和LUMO轨道能量均增加,而能级差却比TPPOH能级差小0.05 eV。理论结果与电化学和光谱实验结论一致,并进一步阐明了光谱和电化学性质变化机理,为揭示不同取代基卟啉化合物的设计与应用提供重要依据。     

菲并咪唑衍生物蓝光材料的合成、光物理性质及理论计算

合成了两个蓝光材料2-苯基-1H-[9,10-d]菲并咪唑(Phen-PI)和2-吡啶-1H-[9,10-d]菲并咪唑(PyriPI),光物理分析表明Phen-PI和Pyri-PI的最大发射峰分别位于371.5 nm,388.5 nm和403.5 nm,相对量子效率分别为0.383和0.528,激发态衰减寿命分别为3.87 ns和3.68 ns。通过密度泛函理论(DFT)对化合物的前线分子轨道成分和能级分布分析表明,当把Phen-PI中的苯基被吡啶环取代后,Pyri-PI的HOMO能级和LUMO能级分别下降0.09 e V和0.23 e V,同时Pyri-PI的HOMO轨道和LUMO轨道的能级差比Phen-PI减少0.14 e V,在理论层面上解释了Pyri-PI发射光谱的红移。     

Electronic structure of 1 ML NTCDA/Ag(1 1 1) studied by photoemission spectroscopy

We performed high-resolution photoemission experiments at different photon energies to investigate the valence band structure of 1 ML of 1,4,5,8-naphthalene tetracarboxylic dianhydride (NTCDA) on Ag(1 1 1). Besides the known occupied molecular orbitals HOMO and HOMO − 1 we observe a new state close to the Fermi level, which results from the interaction between NTCDA and the substrate, partially filling the lowest unoccupied orbital of the free molecule (LUMO) in the monolayer system. By tuning the photon energy through the carbon K-edge, a resonance like change of the spectral intensity at the HOMO and HOMO − 1 energies is clearly revealed, which we use for an assignment of the individual spectral features to a predominant localization either at the naphthalene core or the anhydride group.     

C78O异构体的电子结构和光谱

为了模拟C78单加成物的加成位置和稳定性,并预测其光谱性质,用INDO系列方法对基于C2v-C78之上的C78O所有可能的34个异构体结构和电子光谱进行理论研究．结果表明,C78O的最稳定异构体是O加在位于C2v-C78短轴上的73,78-键上且形成环氧结构的6／6异构体,O的原子轨道对73,78-C78O中的HOMO能量降低起重要作用．讨论了电子跃迁性质和73,78-C78O电子光谱的长波吸收峰与母体相比发生蓝移的原因．     

Comparison of α CH and CF activation in alkyl transition metal complexes: a DFT and CASSCF study

DFT (B3PW91) and CASSCF calculations have been carried out to study the relative α migratory abilities of H and F in alkyl transition metal complexes. It is shown that the activation energy is considerably lower to migrate H than F, whereas the energies of reaction are similar for the two reactions. A study of the electron configurations and the orbitals describing these configurations shows that the high activation energy for F is due to a 4-electron repulsion between an F lone pair and the occupied Ru=C π orbital.     

2-酮基-L-古龙酸结构发生改变的核磁共振研究

发现并揭示了2-酮基-L-古龙酸在许多种溶剂中发生了结构改变,该物质在室温条件下,无需施加任何外力因素,分子中极易发生分子内成环结构变化:分子中的羰基(-C=O)双键断开变单键,形成了2,5位半缩醛五元环衍生物,使分子内出现了O-C-O基团,其标题化合物的核磁共振碳谱(13C NMR)羰基特征峰的化学位移(约200)变到了96,核磁共振2D HMBC异核相关谱,充分证明了2-酮基-L-古龙酸发生的分子内环合成衍生物的主要产物是五元环的2,5位半缩醛衍生物,而非六元环的2,6位半缩醛衍生物.     

Substituent effects in the Diels–Alder reactions of butadienes,cyclopentadienes, furans and pyroles with maleic anhydride

In this study, activation energies in the Diels–Alder reactions of a series of substituted butadienes, cyclopentadienes, furans and pyroles with maleic anhydride were calculated by the M06‐2X/6‐31G(d) method. The substituent effects on the reactivity and the endo–exo selectivity have been examined. The strength of reactivity effect has an order of pyroles > furans > cyclopentadienes > butadienes, which is highly correlated with the lowest unoccupied molecular orbital energy, the electronic chemical potential and the electrophilicity of parent diene but relatively less correlated with the highest occupied molecular orbital energy and chemical hardness. The trend that an increase of necleophilicity caused by an electron‐donating group on the diene favors the endo TS is effective with C2 substitution. With C1 substitution, the trend is ambiguous or even opposite. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

NMR Studies of Hindered Rotation. The Diels-Alder Adduct of Phencyclone with Maleic Anhydride: Restricted Motion of Bridgehead Phenyls

¹H NMR studies at 300 MHz have been performed for the Diels-Alder adduct of phencyclone and maleic anhydride in CDCl₃ at ambient temperatures. The 1D spectrum shows four equal (2H) intensity doublets in the aryl region (in addition to other absorptions) which is fully consistent with a slow exchange limit (SEL) spectrum of a system in which the unsubstituted bridgehead phenyls exhibit hindered rotation around the C(sp²)-C (sp³) bond on the NMR timescale. These protons are assigned to H-1,8 and H-4,5 of the phenanthrene moiety and to H-2′ and H-6′ of the phenvls based on the two-dimensional (2D) homonuclear chemical shift correlation spectrum (COSY) together with arguments regarding carbonyl and aromatic ring anisotropy. Full proton assignments are given.     

Sonochemical cycloadditions in ionic liquids. Lessons from model cases involving common dienes and carbonyl dienophiles

This contribution describes a series of sonochemical cycloadditions involving either cyclopentadiene or 1,3-cyclohexadiene with carbonyl dienophiles in an imidazolium-based ionic liquid as reaction medium. In general, ultrasound does effectively improve these processes in terms of higher yields and/or shorter reaction times when compared with the corresponding silent reactions. Stereoselectivities, however, remain practically unaffected by sonication. The role of ionic liquids under ultrasonic activation is also discussed.     

Yb2.75C60同步辐射光电子能谱

在超高真空系统中制备了Yb275C60薄膜.对样品进行了同步辐射光电子能谱研究.在费米能级以下约5 eV范围内的谱数据由Yb275C60价带（C60分子轨道LUMO，HOMO和HOMO 1导出的能带）和芯态（Yb 4f7/2，4f5/2）能级构成.用紫外能区不同能量的入射光子，用C 2p和Yb 4f光电离截面随光子能量的不同变化规律，通过定量拟合，得到了对谱线有贡献的上述各个组分的峰位、峰宽和强度.结果表明，光子能量高于约300 eV时，芯态4f的贡献使得实验结果远远偏离价带的本征态密度分布.因此，研究Yb275C60价态时，应使用能量低于300 eV的光子.对实验和拟合结果分析，发现了类似纯C60的光电离截面振荡现象.振荡幅度相对于纯C60较小，反映了化合物中C60分子的化学环境对光电离截面振荡现象起着不可忽略的作用. 关键词： Yb275C60 同步辐射光电子能谱 光电离截面振荡     

A non-self-consistent range-separated time-dependent density functional approach for large-scale simulations

We propose an efficient method for carrying out time-dependent density functional theory (TDDFT) calculations using range-separated hybrid exchange-correlation functionals. Based on a non-self-consistent range-separated Hamiltonian, the method affords large-scale simulations at a fraction of the computational time of conventional hybrid TDDFT approaches. For typical benchmark molecules including N(2), CO, C(6)H(6), H(2)CO and the C(2)H(4)-C(2)F(4) dimer, the method possesses the same level of accuracy as the conventional approaches for the valence, Rydberg, and charge-transfer excitation energies when compared to the experimental results. The method is used to determine π → π* excitations in both disordered and crystalline poly(3-hexylthiophene) (P3HT) conjugated polymers with more than six hundred atoms and it yields excitation energies and charge densities that are in excellent agreement with experiments. The simulation of the crystalline P3HT reveals that the phase of the wavefunctions could have an important effect on the excitation energy; a hypothesis based on π-π stacking is proposed to explain this novel effect in conjugated polymers.