Diels-Alder反应中的次级轨道效应

利用概念密度泛函理论下的局域软度和广义局域软度,结合局域硬软酸碱(HSAB)原理,研究环戊二烯与CH2=CHCOCnH2n+1之间的Diels-Alder反应的立体选择性,其中活性因子均是由ABEEMσπ模型获得.与以往不同的是,除了将主要参与反应的4个原子作为反应中心之外,还将产生次级轨道效应(SOI)的2个原子也作为参与反应的一部分.得到的结果表明,所有反应的立体选择性均与实验结果取得了很好的一致性,由此提出了一种定量快速处理包含次级轨道效应的Diels-Alder反应的立体选择性的方法.     

Fukui函数和局域软度应用于亲电加成反应的区位选择性的研究（英文）

Fukui函数、局域软度、广义Fukui函数以及广义软度通常被称为反应描述符。使用它们研究和探讨了HCl与不对称烯烃以及溴苯硒与不对称苯乙烯的亲电加成反应的区位选择性。在MP2/6-311++G(d,p)理论水平下,采用有限差分方法计算这些反应描述符,同时也使用ABEEMσπ方法进行了计算。ABEEMσπ模型下的局域软度和广义局域软度,分别结合局域硬-软酸碱(HSAB)原理,得出亲电试剂氯化氢与溴苯硒,更容易进攻不对称乙烯和苯乙烯中的马氏碳原子,符合马氏规则。而有限差分方法不能完全地解释该系列反应的区位选择性。此外,主要产物所对应的马氏碳原子的广义局域软度值,就能够预测出此类反应的活性序列,所得结果与速率常数有很好的关联。     

Fukui函数和局域软度应用于亲电加成反应的区位选择性的研究

Fukui函数、局域软度、广义Fukui函数以及广义软度通常被称为反应描述符。使用它们研究和探讨了HCl与不对称烯烃以及溴苯硒与不对称苯乙烯的亲电加成反应的区位选择性。在MP2/6-311++G(d, p)理论水平下,采用有限差分方法计算这些反应描述符,同时也使用ABEEMσπ方法进行了计算。ABEEMσπ模型下的局域软度和广义局域软度,分别结合局域硬-软酸碱(HSAB)原理,得出亲电试剂氯化氢与溴苯硒,更容易进攻不对称乙烯和苯乙烯中的马氏碳原子,符合马氏规则。而有限差分方法不能完全地解释该系列反应的区位选择性。此外,主要产物所对应的马氏碳原子的广义局域软度值,就能够预测出此类反应的活性序列,所得结果与速率常数有很好的关联。     

有机硼π-共轭光电功能材料*

由于硼元素所特有的一些性质,如硼原子空的p轨道与π-共轭体系的π^*轨道间的p_π-π^*共轭效应与Lewis碱络合所表现出的强Lewis酸性以及为获得足够的动力学稳定性在硼原子上所引入的大体积芳香取代基使之表现出的立体位阻效应等,将硼引入到π-共轭体可以赋予体系一些独特的光电性能,因此近年来含硼元素的π-共轭材料引起了人们极大的研究兴趣。这类材料已经显示出非常广阔的潜在应用前景,可以用作非线性光学材料、双光子吸收和发光材料、有机电致发光器件中的电子传输材料和发光材料以及化学传感器等。本文根据π-共轭体系分子结构的不同,对有机硼π-共轭材料,包括硼取代基位于末端的线形π-共轭体系、硼原子位于中心的星形π-共轭体系、硼原子位于主链的π-共轭聚合物体系、硼原子桥联的并环π-共轭体系以及硼取代基位于侧链的π-共轭体系等的研究进展进行了综述,并对该领域的发展前景进行了展望。     

水溶液中几种芳香族氨基酸π-π自堆叠作用

利用精密的流动混合微量热法测定了298.15 K时D/L-色氨酸、L-色氨酸、L-组氨酸和L-苯丙氨酸四种天然芳香族氨基酸水溶液的稀释焓, 根据所建立的拟等步自堆叠作用的化学模型对实验数据进行了处理, 计算得到模型参数K△Hm. 该化学作用参数与McMillan-Mayer理论模型中的焓对作用系数具有高度一致性, 即hxx=K△Hm. 结合文献报道的结果, 认为芳核π-π自堆叠作用在本质上是一种特殊的疏水-疏水作用, 一般表现为吸热效应; 取代基空间位阻、芳核以外部分的静电、氢键和手性选择性作用等对芳核π-π自堆叠作用有显著影响; 组合参数K△Hm实际上描述了芳核π-π自堆叠作用平衡及焓变的综合效应.     

交联PPE固态π-π堆积效应的研究

本文合成了数种乙烯基封端及结构规整无侧基的PPE齐聚物, 通过端乙烯基的交联反应, 制备了柔性端基交联的三维PPE交联网络. 通过FTIR, PL, WXRD分析, 研究了乙烯基交联程度和热处理条件等对交联PPE π-π堆积效应的影响, 成功地制备了固态无π-π堆积和单色性好的紫/蓝光发光材料.     

ABEEM-σπ模型预测典型不对称烯烃加成反应的机制

根据ABEEM-σπ模型计算的Fukui函数、局域软度、全局硬度和电荷分布等物理量,应用硬软酸碱原理和最大硬度原理,合理地解释了典型不对称烯烃加成反应的机制．     

二聚体C2H4-nFn···LiH (n=0, 1, 2)中π锂键的性质和弱方向性

采用二级微扰理论(MP2)量子化学研究方法, 对C₂H_4-nF_n···LiH (n=0, 1, 2)二聚体的结构和π锂键性质进行了分析. 结果表明氟原子的取代改变了乙烯分子的π电子云形状, 从而使二聚体体系中的π锂键发生偏移、伸长和弯曲. 通过与类似的π氢键体系C₂H_4-nF_n···HF (n=0, 1, 2)比较, 发现π锂键在二级弱相互作用的影响下, 发生了明显的弯曲, 表现出弱的方向性. 在CCSD(T)/6-311++G(3df, 3pd)理论水平下, 二聚体的相互作用能强弱顺序为: 33.85 kJ·mol^-1 (C₂H₄-LiH)>27.32 kJ·mol^-1 (C₂H₃F-LiH)>21.34 kJ·mol^-1 (cis-C₂H₂F₂-LiH)>20.25 kJ·mol^-1 (g-C₂H₂F₂-LiH), 说明氟取代削减了乙烯分子与LiH之间的相互作用.     

Gaussian软件在有机化合物波谱解析教学中的应用(Ⅱ)——吲哚紫外光谱及其跃迁轨道的可视化

基于Gaussian 09软件对吲哚紫外光谱的理论研究结果,采用Gaussian View对其紫外光谱中的跃迁轨道进行可视化,让学生对紫外光谱中常见的π→π*跃迁有更感性的认识,以理解紫外光谱的本质,提高教学效果。吲哚的紫外光谱具有典型的π→π*跃迁特征,是紫外光谱教学中常用的案例。以此为例,介绍了Gaussian软件在紫外光谱教学中的具体应用。     

分子间的非共价相互作用：σ-穴键和π-穴键

第四到第七主族元素以及惰性气体元素可以作为电子受体位点形成分子间吸引性的非共价键合作用。这些电子受体位点,即缺电子密度的位点,大多情况下具有正的分子表面静电势,可以将其分为2类。沿着σ共价键键轴延伸方向原子的外围中心具有正的分子表面静电势的区域称之为σ-穴。而垂直于分子σ-骨架平面具有正的分子表面静电势区域称之为π-穴。σ-穴和π-穴与富电性位点之间吸引性的相互作用分别称之为σ-穴键和π-穴键。σ-穴键倾向于180°,而π-穴键倾向于90°。按照元素周期表族的名称,σ-穴键又分为碳素键、氮素键、氧素键、卤键、惰素键等。可见流行的卤键只是σ-穴键的一个子集。π-穴键分类显得复杂些,可简单分为单原子和多原子π-穴键。     

尿嘧啶和5-氯尿嘧啶1S0→1S2跃迁动态结构的共振拉曼光谱

采用含时量子波包理论的简单模型对5-氯尿嘧啶和尿嘧啶的共振拉曼光谱开展了强度分析拟合, 获得了1(π, π*)激发态的几何结构变化动态特征. 结果表明, 尿嘧啶1S0→1S2跃迁的动态结构特征因5-位氯原子取代而改变. 5-氯尿嘧啶的动态结构特征主要沿C5=C6伸缩振动+C6H12 弯曲振动和N3H9/N1H7弯曲振动+N1C6伸缩振动反应坐标展开, 而尿嘧啶的动态结构特征主要沿嘧啶环的伸缩振动+C5H11/C6H12/N1H7弯曲振动和C4=O10伸缩振动反应坐标展开. π和π*轨道中氯原子的pz电子参与嘧啶环的p-π共轭作用导致了在1(π, π*)激发态上5-氯尿嘧啶的振动重组能更多地配分给嘧啶环的弯曲振动模式和C5=C6伸缩振动模式. 尿嘧啶在甲醇中的激发态动态结构特征与在水中的基本一致, 但波包沿C5H11/C6H12/N1H7弯曲振动+N1C6伸缩振动(υ12)和环呼吸振动(υ17)反应坐标的运动明显增强.     

H2CCC光谱性质的从头算研究

采用全活化空间自洽场方法(CASSCF)在C2v对称性和ANO-S基组水平下, 研究了H2CCC自由基及其阴阳离子的基态和低激发态性质. 为了进一步考虑动态电子相关效应, 采用多组态二级微扰理论(CASPT2)获得了更加精确的能量值. 计算得到X1A1 → 1A2, X1A1 → 1B1和X1A1 → 21A1在159.0, 216.5和476.4 kJ/mol处的激发可分别归因于π(b2)→π*(b1), n(a1)→π*(b1)和π(b1)→π*(b1)的跃迁, 理论波长与紫外吸收光谱得到的实验数据一致. 计算得到的电子亲和势与实验值也非常接近.     

O+HCl→OH+Cl反应的立体动力学的准经典轨线研究

运用准经典轨线方法, 基于Peterson从头计算势能面对O+HCl→OH+Cl反应的立体动力学性质进行了研究. 讨论了在31.77和51.04 kJ/mol两种碰撞能情况下极化依赖的微分反应截面(2π/σ)(dσ₀₀/dω_t), (2π/σ)(dσ₂₀/dω_t), (2π/σ)(dσ₂₂₊/dω_t)和(2π/σ)(dσ_21-/dω_t)以及描述k-j′两矢量相关和k-k′-j′三矢量相关的分布函数P(θ_r)和P(φ_r). 计算得到的P(θ_r)分布表明, 产物分子的转动角动量j′具有强烈的取向分布, 并且产物转动角动量的取向效应对散射能的变化比较敏感. 而P(φ_r)的分布表明, 产物分子虽然具有沿着y轴的取向效应, 但是没有明显的定向效应.     

以主族元素为桥的梯形化合物的光电性质

梯形化合物具有大的平面π共轭结构, 不会产生构象扭曲, 可以有效增加π共轭长度, 因而表现出非常好的光电性质. 将主族元素引入到梯形化合物骨架中作为桥接单元不仅可以固定其结构而且由于主族元素和π共轭骨架之间的轨道相互作用, 可以实现对这类化合物光电性质的调节. 采用密度泛函理论对一系列主族元素桥的梯形化合物的结构和光电性质进行了理论研究, 从而可更好地理解和预测这类化合物的性质. 研究发现, 这类化合物的电子结构可以通过引入主族元素进行调节. 由于具有更大的π共轭程度, 四主族元素桥化合物的吸收与双主族元素桥化合物相比有明显的红移, 而且荧光寿命较短. 另外, 通过计算离子化势(IPs)、电子亲和能(EAs)和重组能(λ)考察了这类化合物的电子和空穴注入及传输性质. 研究发现, 四主族元素桥化合物表现出更强的电子和空穴注入能力.     

以苯基吡唑为主配体的Ir配合物电子结构和光谱性质的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)的B3LYP方法对以苯基吡唑ppz为主配体的4种Ir配合物Ir(ppz)₃, Ir(ppz)₂(acac), Ir(ppz)₂(pic)和Ir(ppz)₂(dbm)的电子结构和光谱性质进行了理论研究. 计算结果表明, 辅助配体的改变对Ir配合物的最高占据轨道(HOMO)的影响不大, 但会显著的降低分子最低空轨道(LUMO)的能级, 从而调节Ir配合物的HOMO和LUMO间的能隙. 4种配合物对应的发射跃迁分别为Ir(ppz)₃:d(Ir)+π(ppz)→π*(ppz); Ir(ppz)₂(pic):d(Ir)+(ppz)→π*(pic); Ir(ppz)₂(acac), Ir(ppz)₂(dbm):d(Ir)+π(acacdbm)→π*(acacdbm). 金属配合物的发光颜色可以通过选择合适的辅助配体调节.     

1-碘-2-锂-邻碳硼烷与环戊二烯衍生物的类Diels-Alder反应的理论研究

运用密度泛函理论的B3LYP方法对1-碘-2-锂-邻碳硼烷与亚甲基环戊二烯衍生物的类Diels-Alder反应进行了理论研究.计算结果显示：1-碘-2-锂-邻碳硼烷与亚甲基环戊二烯衍生物的类Diels-Alder反应为分步过程,需要依次经过脱LiI形成碳硼炔、碳硼炔与亚甲基环戊二烯成键、碳硼烷基1,2-σ迁移和成环四个过程才能形成与Diels-Alder反应形式相同的产物.其中碳硼烷基的1,2-σ迁移过程为整个反应的决速步,在353 K的实验条件下需要越过28.3 kcal•mol^-1的自由能垒才能形成相应的碳硼烷基降冰片烯衍生物,理论预测的反应速率与实验结果较好吻合.自然键轨道理论（NBO）分析结果显示：该反应与正常电子需求的Diels-Alder反应（NEDDA）具有相似的电子结构特征.文中还对反应底物的取代基效应进行了讨论,并得到了与实验数据基本一致的结果.     

1-甲基胸腺嘧啶A-带结构动力学

获取了1-甲基胸腺嘧啶(MT)涵盖紫外光谱中A带和B带吸收的共5 个激发波长的共振拉曼光谱, 并结合密度泛函理论方法研究了MT的电子激发和Franck-Condon 区域结构动力学. 在TD-B3LYP/6-311++G(d,p)计算水平下, A带和B带吸收被分别指认为π_H→π_L^*/π_H-2→π_L+2^*和π_H→π_L+2^→/π_H-2→π_L^*跃迁. 甲基参与嘧啶环的共轭使MT的A带最大吸收波长λ_max相对于胸腺嘧啶(T)发生明显红移, 并对Franck-Condon区域的动态结构产生一定影响. A带和B带共振拉曼光谱分别被指认为14 个振动模式和11 个振动模式的基频、泛频和组合频. C5＝C6伸缩+C6H12面内弯曲振动v₉, 环变形振动v₁₆和N3C2N1反对称伸缩+C4C5C10反对称伸缩振动v₁₈占据了A带共振拉曼光谱强度的绝大部分. 这表明¹π_Hπ_L^*激发态结构动力学主要沿这些反应坐标展开. 考察了溶剂对共振拉曼光谱的影响, 结果表明, C4＝O9伸缩+N3H11面内弯曲振动v₈的活性与溶剂性质有关, 其激发态位移量随溶剂性质的变化规律与胸腺嘧啶一致.     

芘基丁酸键合硅胶固定相对含π电子物质的高效液相色谱分离研究

通过芘基丁酸键合硅胶固定相对含π电子物质的分离研究, 考察了该固定相的色谱性能. 结果表明, 该固定相不仅具有疏水作用和电荷转移性能, 还具有很强的平面识别能力, 可很好地分离烷基苯、 稠环芳烃及取代硝基苯等各种含π电子物质， 且在pH 3.5～7.0 时化学稳定性能良好, 硅醇基效应得到了很好的抑制, 可有效地用于碱性化合物的分离分析.     

6-N,N-二甲基腺嘌呤激发态结构动力学的共振拉曼光谱

采用共振拉曼光谱技术和密度泛函理论方法研究了6-N,N-二甲基腺嘌呤(DMA)的A带和B带电子激发和Franck-Condon 区域结构动力学. π_H→π_L^*跃迁是A带吸收的主体, 其振子强度约占整个A带吸收的79%.由弥散轨道参与的n→Ryd 和π_H→Ryd 跃迁在B带跃迁中扮演重要角色, 其振子强度约占B带吸收的62%,而在A带吸收中占主导的π_H→π_L^*跃迁的振子强度在B带吸收中仅占33%. 嘌呤环变形伸缩+C8H/N9H面内弯曲振动ν₂₃和五元环变形伸缩+C8H弯曲振动ν₁₃的基频、泛频和合频占据了A带共振拉曼光谱强度的绝大部分, 说明¹π_Hπ_L^*激发态结构动力学主要沿嘌呤环的变形伸缩振动, N9H/C8H/C2H弯曲振动等反应坐标展开, 而ν₁₀, ν₂₉, ν₂₁, ν₂₆和ν₄₀的基频、泛频和合频占据了B带共振拉曼光谱强度的主体部分, 它们决定了B带激发态的结构动力学. A带共振拉曼光谱中ν₂₆和ν₁₂被认为与1nπ*/1ππ*势能面锥型交叉有关. B带共振拉曼光谱中ν₂₁的激活与¹ππ^*/¹πσ_N9H^*势能面锥型交叉相关.     

含三种不同π电子中心的几种双光子吸收材料的理论研究

用密度泛函理论及ZINDO方法,从理论上研究了含二苯乙炔、二苯乙烯和偶氮苯等3种不同π电子中心的几种非线性光学(NLO)材料的双光子吸收截面δ(ω)及三阶非线性光学系数(γ).同时以正确的分子几何构型及UV-Vis光谱为基础,系统地研究和对比了它们的单光子吸收(OPA)和双光子吸收(TPA)的吸收峰位置.