6-硫代黄嘌呤互变异构体的密度泛函理论计算

在密度泛函B3LYP/6-311G**水平下,对14种气相和水相中可能存在的6-硫代黄嘌呤异构体进行了几何构型的全自由度优化,并计算出它们的总能量、焓、熵、吉布斯自由能。Onsager反应场溶剂模型用于水相的计算.计算结果表明,6-硫代黄嘌呤在气相中和水相中主要以硫酮的形式存在.在气相和水相中,硫酮-N7(H)均比硫酮-N9(H)更稳定.计算结果同已有实验结果一致.6-硫代黄嘌呤异构化的熵效应小,对互变异构平衡几乎没有显著的影响,而焓变对互变异构产生了主要的影响.较详细地讨论了水溶剂化作用对异构体的能量、几何结构、电荷分布和偶极矩的影响.     

7-硫代鸟嘌呤互变异构体的密度泛函理论计算

在密度泛函B3LYP/6-311G^**水平下,对14种气相和水相中可能存在的7-硫代鸟嘌呤异构体进行了几何构型全自由度优化,并计算出它们的总能量、焓、熵、吉布斯自由能.Onsager反应场溶剂模型用于水相的计算.计算结果表明,7-硫代鸟嘌呤在气相中和水相中主要以硫酮形式存在.在气相中,硫酮-N(6)(H)要比硫酮-N(4)(H)更稳定,而在水相中,则硫酮-N(4)(H)要比硫酮-N(6)(H)更稳定.计算结果同已有实验结果一致.7-硫代鸟嘌呤互变异构的熵效应小,对互变异构平衡没有显著的影响,而焓变对互变异构产生了主要的影响.较详细地讨论了水溶剂化作用对异构体的能量、几何结构、电荷分布和偶极矩的影响.溶剂化自由能与异构体的偶极矩存在相关性.     

6-巯基嘌呤互变异构体的密度泛函理论计算

在密度泛函B3LYP/6-311G水平下,对8种气相和水相中可能存在的6-巯基嘌呤异构体进行了几何构型的全自由度优化,并计算出它们的总能量、焓、熵、吉布斯自由能．Onsager反应场溶剂模型用于水相的计算．计算结果表明,6-巯基嘌呤在气相和水相中主要以硫酮形式存在．在气相中,硫酮．N(7)(H)要比硫酮-N(9)(H)更稳定,而在水相中,则硫酮-N(9)(H)要比硫酮-N(7)(H)更稳定．计算结果同已有实验结果一致．6-巯基嘌呤的熵效应小,对互变异构平衡几乎没有显著的影响,而焓变对互变异构产生了主要的影响．较详细地讨论了水溶剂化作用对异构体的能量、几何结构、电荷分布和偶极矩的影响,溶剂化吉布斯自由能与异构体的气相偶极矩存在相关性．     

黄嘌呤及其互变异构体的密度泛函理论研究

嘌呤碱及其衍生物在生物系统中起重要作用。对人具有兴奋和利尿作用的茶碱和咖啡碱就是黄嘌呤的甲基衍生物。黄嘌呤存在多种互变异构体,从理论计算的角度研究这些互变异构体的几何结构、电子结构及相对稳定性,进一步研究溶剂对其结构和性质的影响是有意义旧。密度泛函理论方法既考虑了电子相关,又较其它CI（组态相互作用）或MPn（n级微扰）方法节省机时。其计算结果较好,被广泛应用于研究各种化合物。本文采用密度泛函B3LYP／6—311G方法对14种黄嘌呤可能的互变异构体（见图1）,分别在气相和水相中进行几何构型全自由度优化和能量计算,讨论了异构体的相对稳定性,水的溶剂化作用对异构体的能量、几何构型、电荷分布和偶极矩的影响,探讨了溶剂极性对异构体的能量和偶极矩的影响。     

5-氟胞嘧啶互变异构的密度泛函理论计算

采用BH-HLYP/6-311＋G**方法对10种气相和水相中可能存在的5-氟胞嘧啶互变异构体进行了几何全优化, 并计算出它们的总能量和吉布斯自由能. Onsager反应场溶剂模型用于水相的计算. 计算结果表明, 5-氟胞嘧啶在气相中主要以烯醇式-氨基式形式存在, 在水相中主要以酮式-氨基式形式存在. 溶剂化自由能与异构体的气相偶极矩存在相关性．进一步求得互变异构化以及构象异构化和顺反异构化的过渡态, 探讨异构化过程中的几何结构和能量的变化.     

2,6-硫代黄嘌呤质子互变异构反应机理的理论研究

在密度泛函B3LYP/6-311G~(**)理论水平上,对气相和水相中2,6-硫代黄嘌呤各烯醇式与酮式水助质子互变异构体及其过渡态进行几何构型全自由度优化,获得它们在气相和水相中的几何结构和电子结构,PCM反应场溶剂模型用于水相计算.结果显示在气相和水相中,水参与反应降低了互变异构质子迁移的反应活化能,对互变异构质子迁移的反应起到催化作用,但是没有改变各异构体的稳定性顺序,其顺序为W1＞W3＞W2.进一步研究了2,6-硫代黄嘌呤各烯醇式与酮式水助质子互变异构的反应机理,提出了2,6-硫代黄嘌呤各烯醇式与酮式互变异构质子迁移的反应为平面六元环的过渡态结构.探讨了溶剂化效应对互变异构体的几何结构、能量、电荷分布以及互变异构反应活化能的影响等.     

5-氟尿嘧啶和5-氯尿嘧啶及其互变异构体的理论计算研究

采用HF/3-21G方法, 对6种气相和水相中可能存在的5-氟尿嘧啶(和5-氯尿嘧啶)互变异构体进行了构象分析.采用B3LYP/6-311＋G**方法对处于优势构象时的各互变异构体进行了几何全优化, 并计算出它们的总能量、焓、熵、吉布斯自由能. Onsager反应场溶剂模型用于水相的计算. 计算结果表明, 5-氟尿嘧啶和5-氯尿嘧啶在气相中和水相中主要以双酮形式存在. 5-氟尿嘧啶和5-氯尿嘧啶的熵效应小, 对互变异构平衡没有显著的影响, 而焓变对互变异构产生了主要的影响. 讨论了水溶剂化作用对异构体的能量、电荷分布和偶极矩的影响. 溶剂化自由能与异构体的气相偶极矩存在相关性. 另外, 详细地将5-氟尿嘧啶和5-氯尿嘧啶与尿嘧啶进行了对比, 获得三者最稳定异构体间电子结构异同的有用信息.     

2-巯基苯并咪唑及其类似物互变异构的理论研究

采用B3LYP/6-311G**方法, 计算了2-巯基苯并咪唑及其类似物(2-巯基苯并噁唑、2-巯基苯并噻唑、2-羟基苯并咪唑、2-羟基苯并噁唑、2-羟基苯并噻唑以及2-巯基咪唑、2-巯基噁唑、2-巯基噻唑、2-羟基咪唑、2-羟基噁唑、2-羟基噻唑)的(硫)醇式与(硫)酮式结构进行质子迁移的3种可能途径: (a)分子内质子迁移; (b)水助质子迁移; (c)甲醇助质子迁移．结果表明, 途经b和c所需要的活化能较小, 氢键在降低反应活化能方面起重要作用．采用PCM方法研究了反应体系的溶剂化效应．结果表明孤立分子、一水合物和一甲醇合物的最稳定异构体相同, 都为(硫)酮式, 与气相结论一致．溶剂化效应对异构化能垒的影响较小.     

α-丙氨酸构象的理论计算

用Hyperchem软件中的构象搜寻模块,对Od-丙氨酸进行系统构象搜索,寻找分子低能构象．用B3LYP／6—311＋＋G（d,p）法优化计算13个低能构象,PCM（Polarizable Continuum Models）用于水相计算,获得低能构象的优化几何结构、分子总能量和标准吉布斯自由能．较详细地讨论了α-丙氨酸各构象的相对稳定性,水的溶剂化作用对其能量、几何构型和偶极距的影响等问题．此外,还探讨了一水合丙氨酸的几何构型和能量性质．     

2-硫代黄嘌呤与Hg2+配合物结构与性质的理论研究

在密度泛函B3LYP/6-31G**水平下,结合金属赝势基组Lanl2dz对14种2-硫代黄嘌呤异构体和Hg2+、Cl-可能形成的47种配合物结构进行了全自由度优化,并计算了键长、键角、零点能、吉布斯自由能、总能量和相对能量等数据。计算结果表明,2-硫代黄嘌呤异构体和Hg2+、Cl-形成的配合物结构中,2-硫代黄嘌呤酮式N(7)H形成的构型较稳定,能量相对较低的5种配合物中,能量由小到大的顺序依次为:2TX(1,3,7)-2<2TX(1,3,7)-3<2TX(1,3,7)-6<2TX(1,3,7)-4<2TX(1,3,7)-5。同时,将实验报道的红外光谱数据进行了归属,实验值和计算值比较吻合,从而说明了异构体的配位形式。     

Density Functional Theory Calculations on Ni-Ligand Bond Dissociation Enthalpies

The formation and breaking of Ni-L (L=N-heterocyclic carbene, tertiary phosphine etc.) bond is involved in many Ni-catalyzed/mediated reactions. The accurate prediction of Ni-L bond dissociation enthalpies (BDEs) is potentially important to understand these Ni-complex involving reactions. We assess the accuracy of diffierent DFT functionals (such as B3LYP, M06, MPWB1K, etc.) and diffierent basis sets, including both effective core potentials for Ni and the all electron basis sets for all other atoms in predicting the Ni-L BDE values reported recently by Nolan et al. [J. Am. Chem. Soc. 125, 10490 (2003) and Organometallics 27, 3181 (2008)]. It is found that the MPWB1K/LanL2DZ:6-31+G(d,p)//MPWB1K/LanL2DZ:6-31G(d) method gives the best correlations with the experimental results. Meanwhile, the solvent effect calculations (with CPCM, PCM, and SMD models) indicate that both CPCM and PCM perform well.     

Vibrational Spectra and Density Functional Theory Calculations of Metallotriphenylcorroles

The infrared absorption and Raman scattering spectra were measured for the metallotriph-enylcorroles (MTPCs, M=Cu, Co, Ni, Mn). The ground-state structures and vibrational spectra of MTPCs have been calculated with the density functional theory. The observedRaman and IR bands have been assigned based on the calculation results. Due to the symmetry lowering, the vibrational spectra of MTPCs are much more complex than metal-loporphyrins, and several skeletal modes are found strongly coupled to the phenyl vibrations.The relationship between the Raman/IR frequencies and the structures of TPC ring is in-vestigated. It is found that the vibrations involving the C^I_αC^I_α stretch and C_αC_mstretch are sensitive to the size of corrole core. In particular, the frequency of υ₅, which is assigned to C^I_αC^I_α stretch in coupling with the C_αC_m symmetric stretch, increases linearly with the decrease of the corrole core-sizes and may be used as a mark band to evaluate the structural change of the metallocorroles.     

并五苯分子电荷注入导致自旋极化的密度泛函理论研究

用密度泛函理论研究了不带自旋的空穴注入并五苯后体系的自旋相关特性. 电荷注入后并五苯分子中存在自发自旋极化行为. 当注入电荷量达一定程度,分子磁矩随注入电荷量的增加呈线性增长,最大磁矩可达1μB. 注入电荷和并五苯分子的相互作用导致分子体系结构发生变化,同时电荷密度分布及自旋密度分布也发生了变化. 注入电荷先填充自旋劈裂的碳原子pz轨道.     

3-氨基-2-吡啶酮互变异构的密度泛函理论计算

采用密度泛函理论,在B3LYP/6-3 l1G**基组水平上,计算并考察了3-氨基-2-吡啶酮分子酮式和烯醇式结构进行结构互变的质子迁移过程中的2种可能途径:(a)分子内质子迁移,(b)水助质子迁移.计算结果表明,途经b所需要的活化能较小,氢键在降低反应活化能方面起着重要作用.     

Vibrational Spectra and Density Functional Theory Calculations of Metallo-tetra-(tert-butyl)-tetra-azaporphyrines

The infrared absorption and 514.5 nm excited Raman spectra were measured for the metallo-tetra-(tert-butyl)-tetraazaporphyrin (MT(tBu)TAP, M=Cu, Co, Ni, Zn). The ground-state structures and vibrational spectra of MT(tBu)TAPs have been calculated at the B3LYP level of theory. The observed Raman and IR bands have been assigned based on the calculation results and by comparing with the normal metalloporphyrins. The relationship between the Raman/IR frequencies and the structures of TAP ring was investigated. The results show that the frequencies of C_βC_β′ stretch (A_g), asymmetric C_αN_m stretch (A_g), and symmetric C_αN_m stretch (B_g) modes increase linearly with the decrease of the core-sizes of TAP ring.Among the three modes, the later two are more sensitive to the core-size change.     

菱形石墨炔薄膜He分离特性的密度泛函理论研究

氦气在科学和工业等领域中都具有不可替代的作用,其主要存在于天然气中。如何高效地从天然气中分离氦气显得至关重要。本文基于密度泛函理论(DFT)方法系统地探究了菱形石墨炔(rhombic-graphyne,R-GY)分离膜对He和其他天然气组分(Ne、Ar、CO_2、N_2和CH_4)的吸附、选择和渗透性能。结果表明,R-GY作为He分离膜可同时满足高选择性和高渗透率的要求。常温下,R-GY薄膜对He/Ne、He/CO_2、He/N_2、He/Ar和He/CH_4的选择性可分别达到2?10~7、3?10~(20)、9?10~(26)、7?10~(37)和5?10~(51),即使在600 K时仍可保持较高水平。此外,由于较低的扩散能垒,He穿透R-GY薄膜的渗透率在常温下可达到10~(-6) mol·m~(-2)·s~(-1)·Pa~(-1),高出工业标准近3个数量级;而其他气体组分在常温下的渗透率仅为10~(-58)-10~(-14) mol·m~(-2)·s~(-1)·Pa~(-1),气体无法渗透R-GY薄膜。     

一种C50Cl10富勒烯氯化物新的生成机理的密度泛函理论计算

过去广泛接受#271C50Cl10是由#271C50空笼直接氯化得到.我们通过研究拓扑结构弄清了C50富勒烯之间的相互关系.利用密度泛函理论(DFT)计算从最稳定 C50富勒烯#270C50出发,通过氯化和 Stone-Wales (SW)转变获得#271C50Cl10.结果表明：氯化后最终产物是热力学最有利的,并且在有氯存在下, SW 转变的活化能垒会降低.这些结果可以解释目前的相关实验事实,暗示了#270C50空笼先氯化得到不同#270C50氯化物,再进行两次SW旋转的路径,由于活化能垒更低因而是一条更为可行的路线.