多氯联苯系列化合物的热力学性质和稳定性的密度泛函理论研究

在B3LYP/6-31G*水平上计算了218个多氯联苯系列化合物(PCB), 得到分子总能量(E_T)、焓(H°)、熵(S°)、自由能(G°)、零点振动能(E_ZPV)、恒容热容(C_V°)和热能校正值(E_th), 研究了这些参数与氯原子的取代数目及取代位置的关系.氯原子置换在不同的位置使E_T, H°和G°数值增加的顺序为: 2(6)位>>3(5)位＞4位, 即置换在2(6)位最不稳定; 两个氯原子在同一苯环比分别处于两个苯环的E_T, H°和G°增大, 增加的顺序为: 邻位>>间位＞对位, 即相互处于邻位最不稳定. 每增加1个氯原子, S°增大约30 J•(mol•K)^－1, E_th减小约22.2 kJ•mol^－1, E_ZPV减小约25.5 kJ•mol^－1, C_V°增大约16 J•(mol•K)^－1. 根据异构体自由能的相对大小, 从理论上求得异构体的相对稳定性顺序.     

用量子化学参数研究烯烃聚合物定量构效关系

以密度泛函理论(DFT)方法所得的烯烃聚合物结构单元的物性参数如总能量E_t、内能E_in、等容比热C_V、熵S、四极矩Q_ii、偶极矩 µ、平均极化率α及原子最大负电荷q^－等8个量子化学参数, 用逐步回归法分别建立了这些参数与摩尔体积V_{298 K}, 摩尔等张体积P_s、摩尔吸收常数色散分量F_d、摩尔折射率R_LL、摩尔抗磁磁化率χ、摩尔粘度温度函数H_vsum、摩尔Rao函数U_R及摩尔Hartmann函数U_H的结构-性能定量关系 (QSPR) 模型, 其测试集的决定系数R²分别是: V_{298 K} 为0.989, P_s为0.982, F_d为0.975, R_LL为0.997, χ为0.988, H_vsum为0.914, U_R为0.988及U_H为0.972. 结果表明, 用这些量子化学参数所建立的聚合物QSPR模型能用于聚合物性能的预测.     

磁性纳米氧化铁与CdTe量子点相互作用的光谱学研究

采用荧光光谱及紫外-可见吸收光谱研究了不同条件下磁性纳米氧化铁(MION)与CdTe量子点的相互作用, 发现MION对CdTe量子点荧光有猝灭作用. 由Stern-Volmer方程分析得到MION与CdTe量子点结合反应的荧光猝灭速率常数K_q值为7.68×10¹⁵ mol•L^－1•s^－1, 结合紫外-可见吸收光谱进一步证实此过程为静态猝灭过程. 并由Lineweaver-Burk方程得到MION与CdTe量子点结合的热力学焓变(?H^?)值为21.6 kJ•mol^－1、熵变(?S^?)值为210.3 J• mol^－1•K^－1和自由能变(?G^?)值为－41.1 kJ•mol^－1 (298 K). 对其相互作用机理进行探讨, 结果表明MION对CdTe量子点作用为自发过程, 主要存在静电作用.     

多氯联苯醚的结构参数和热力学性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法在B3LYP/6-31G*水平上对209个多氯联苯醚(PCDEs)系列化合物进行了全优化和振动分析计算, 得到各分子的结构参数和热力学性质, 并研究了这些参数与氯原子的取代位置及取代数目(N_PCS)之间的关系. 结果表明: 分子平均极化率(α)、焓(H^Ө)、自由能(G^Ө)、恒容热容( )和熵(S^Ө)与N_PCS之间有很强的相关性(相关性系数r²分别为0.9955, 1.0000, 1.0000, 0.9918, 0.9995), 分子体积(V_m)和最高占据轨道能(E_HOMO)与N_PCS也有较好的相关性, 相关性系数r²分别为0.9735和0.9362. 设计等键反应, 计算了PCDEs系列化合物的标准生成热(Δ_fH^Ө)和标准生成自由能(Δ_fG^Ө). 根据异构体自由能的相对大小, 从理论上求得异构体的相对稳定性顺序.     

铽离子探针法研究单宁酸与伴清蛋白相互作用

以pH 7.4、含有0.1 mol•L^－1 NaCl的0.01 mol•L^－1 Hepes为缓冲液, 在(25±0.2) ℃, 采用荧光光谱法研究了单宁酸(TA)与伴清蛋白(apoOTF)的相互作用. 由蛋白内源荧光测定表明: TA分别与apoOTF, Tb_N^3＋-apoOTF和Tb_N^3＋-apoOTF- Tb_C^3＋结合形成1∶1配合物, 其表观结合常数(K_A)分别为7.15×10⁵, 4.16×10⁶和3.77×10⁶ mol^－1•L. 以Tb^3＋敏化荧光测定表明：TA与Tb³⁺可形成1∶2配合物, 且TA与Tb³⁺的结合能力大于apoOTF与Tb³⁺的结合能力. TA-Tb₂^3＋配合物也可与该蛋白结合形成1∶1复合物, 其K_A为1.86×10⁵ mol^－1•L.     

微量量热法研究阴离子表面活性剂在DMA/长链醇体系中CMC和热力学函数

在N,N-二甲基乙酰胺(DMA)/长链醇非水溶液体系中, 利用微量量热仪, 研究阴离子表面活性剂十二烷基羧酸钠(SLA)、十二烷基硫酸钠(SDS)的临界胶束浓度(CMC)和热力学函数. 本文在十二烷基羧酸钠, 十二烷基硫酸钠的N,N-二甲基乙酰胺溶液中, 分别加入长链醇(庚醇、辛醇、壬醇、癸醇), 测定体系的热功率-时间曲线. 借助热力学理论, 由测得曲线, 进一步得到临界胶束浓度和热力学函数(ΔH_m⁰, ΔG_m⁰和ΔS_m⁰). 讨论了温度、醇的碳原子数目、醇的浓度与热力学参数之间的关系. 结果表明, 对十二烷基羧酸钠或十二烷基硫酸钠的DMA溶液, 在含有相同浓度的各种醇的体系中, CMC, ΔH_m⁰和ΔS_m⁰的值随着温度的升高而增加, 而ΔG_m⁰的值随着温度的升高而降低. 在相同温度及相同浓度的醇体系中, CMC, ΔH_m⁰,ΔG_m⁰和ΔS_m⁰的值都随着醇中碳原子数目的增加而降低. 在相同温度及相同醇的体系中, CMC, ΔG_m⁰的值随着醇的浓度的增加而增大, 而ΔH_m⁰, ΔS_m⁰的值随着醇的浓度的增加而减少.     

牛血清蛋白在盐酸胍和尿素体系中变性的微量热研究

在30 ℃时用恒温微量热法研究了不同pH值下盐酸胍、尿素诱导牛血清蛋白变性的过程. 并用Privalov提出的简单键合模型对量热数据进行了分析, 计算了表观键合常数K, 简单键合的单个表观键合自由能ΔG和总吉布斯能ΔG(a), 用变性中点的直线外推方法求出了表观变性焓ΔH_d. 实验结果表明, 牛血清蛋白与盐酸胍的键合在碱性条件下更易进行, 牛血清蛋白在盐酸胍溶液中的变性焓ΔH_d在牛血清蛋白的pH＝6.97和7.05时为350 kJ•mol^－1, 在pH＝9.30时为275 kJ•mol^－1, 表明牛血清蛋白在接近中性时较稳定. 而牛血清蛋白与尿素的键合在酸性条件下更易进行, 此变性焓ΔH_d在牛血清蛋白的pH＝6.97时为295 kJ•mol^－1, 在pH＝7.05和9.30时为230 kJ•mol^－1. 此结果说明牛血清蛋白在两种变性剂溶液中的展开程度是不同的.     

荧光法研究盐酸拓扑替康、盐酸依利替康喜树碱类药物和牛血清白蛋白的相互作用

用荧光光谱法、分光光度法研究了盐酸拓扑替康(Topotecan hydrochloride, 简记为THC)与盐酸依利替康(Irinotecan hydrochloride, 简记为IHC)两种喜树碱类药物与牛血清白蛋白(Bovine serum albumins, BSA)的相互结合反应. 实验表明喜树碱类药物与牛血清白蛋白的相互结合作用为单一的静态猝灭过程, 在溶液中二者以物质的量比1∶1牢固结合, 25 ℃时其结合反应的平衡常数K₀分别为: K_0,THC＝7.73×10⁵ L•mol^－1, K_0,IHC＝4.73×10⁵ L•mol^－1. 根据Förster非辐射能量转移机理, 求算了给体(BSA)与受体(喜树碱类药物)间距离r和能量转移效率E分别为: r_THC＝3.75 nm, r_IHC＝3.08 nm, E_THC＝0.26, E_IHC＝0.51. 并研究了五种离子对喜树碱类药物与BSA结合作用的影响, 推测了二者之间的主要作用力为疏水作用和偶极-偶极相互作用.     

长春新碱与人血清白蛋白的相互作用研究

利用荧光和圆二色光谱研究了长春新碱(VCR)与人血清白蛋白(HSA)之间的相互作用. 通过荧光猝灭测得在288, 298和308 K时, VCR与HSA的结合常数K分别为2.14×10⁴, 1.73×10⁴ 和1.35×10⁴ L•mol^－1, 表明VCR与HSA间具有较强的结合作用, 属于静态猝灭. 计算出焓变(ΔH)为 －17.38 kJ•mol^－1, 熵变(ΔS)为22.62 J•mol^－1•K^－1, 结合分子模型理论计算的结果, 表明VCR与HSA相互作用时在色氨酸(Trp) 214残基和VCR分子中吲哚基间作用力以疏水作用力为主, 但在 VCR和HSA 分子间以静电引力为主. 圆二色光谱(CD)的数据表明相互作用后HSA的二级结构发生了改变：HSA的α-螺旋的含量从51.7%下降到32.9%, β-折叠的含量增加了9.2%.     

多氯二苯硫醚结构参数和热力学性质的密度泛函理论研究

在B3LYP/6-31G*水平上对209个多氯二苯硫醚(PCDS)系列化合物进行了全优化计算, 得到各分子的结构参数和热力学参数. 研究了这些参数与氯原子在苯环各位置的取代数目和相互位置(N_PCS)之间的关系发现: 分子平均极化率(α)、焓(H $)、自由能(G $)、恒容热容( )和熵(S $)与N_PCS之间有很强的相关性, 相关性系数r²＞0.988, 分子体积(V_m)、最高占据轨道能(E_HOMO)和最低未占据轨道能(E_LUMO)与N_PCS也有较好的相关性, 相关性系数r²分别为0.949, 0.894和0.915. 设计等键反应, 计算了PCDS各异构体的标准生成热(Δ_fH $)和标准生成自由能(Δ_fG $). 根据异构体自由能的相对大小, 求得异构体的相对稳定性顺序.     

百草枯与牛血清白蛋白结合作用的荧光光谱

在模拟动物体生理条件下, 用荧光光谱和紫外-可见吸收光谱法研究了在不同温度下, 百草枯(PQ)与牛血清白蛋白(BSA)结合反应的光谱行为. 试验发现, PQ对BSA有较强的荧光猝灭作用. 用Stern-Volmer和Lineweaver-Burk方程分别处理试验数据, 发现BSA与PQ发生反应生成了新的复合物, 属于静态荧光猝灭, 发生分子内的非辐射能量转移. 根据F?rster的偶极-偶极非辐射能量转移理论计算出结合位置距离212位色氨酸残基2.07 nm. 由Lineweaver-Burk方程求出了不同温度下反应时复合物的形成常数K_LB (297 K: 2.035×10⁴ L•mol^－1; 304 K: 3.256×10⁴ L•mo^－1; 311 K: 2.889×10⁴ L•mol^－1)及对应温度下结合反应的热力学参数(⊿H^Ø＝18.50 kJ•mol^－1;⊿S^Ø＝144.7 J•K^－1/145.2 J•K^－1/141.0 J•K^－1; ⊿G^Ø＝－24.50 kJ•mol^－1/－25.66 kJ•mol^－1/－25.36 kJ•mol^－1), 证明二者主要靠疏水作用力结合. 同时用三维荧光光谱及同步荧光光谱法探讨了PQ对BSA构象的影响, 为预防和医治PQ中毒提供了重要依据.     

金属Pt表面水蒸汽分子吸附的量子力学计算

基于电子与振动近似方法和密度泛函B3LYP理论, 氧和氢原子选择6-311G**基函数, Pt选择赝势基组LanL2DZ, 优化得到Pt-OH₂结构和微观性质, 稳态结构Pt-H₂O分子中, Pt与H₂O不在同一平面, Pt倾向于与O原子结合. 计算了100～898.15 K温度下, 水蒸汽分子在Pt表面吸附反应的热力学函数值和平衡压力, 拟合得到ΔS⁰,ΔH⁰, ΔG⁰, ln p与温度的函数关系. 室温以上ΔG⁰＞0 kJ•mol^－1, 水蒸汽分子在Pt表面不能稳定吸附; 200 K以下, ΔG⁰＜0 kJ•mol^－1, 能够稳定吸附. 计算了不同温度下水蒸汽分子在Pt表面发生解离反应的ΔG⁰和平衡压力, 室温以上ΔG⁰＞0 kJ•mol^－1. 100～898.15 K温度下, 水蒸汽分子在Pt表面不容易发生解离, 实际反应过程中以完整分子形式参与反应.     

抗肿瘤药物5-氟尿嘧啶与人血清白蛋白相互作用的热力学研究

在298.15 K下,根据本结合过程的假设和Langmuir结合理论, 用等温滴定微量热和圆二色谱分析法研究了抗肿瘤药物5-氟尿嘧啶(5-FU)与人血清白蛋白(HSA)的相互作用. 研究结果表明, 蛋白质(HSA)与药物配体5-氟尿嘧啶的相互作用存在两类结合位点. 第一类结合, 结合位点数N＝71±0.1, 结合常数 K＝(1.46±0.016)×10⁵ L•mol^－1, 结合焓ΔH＝(39.61±0.220) kJ•mol^－1, 结合熵ΔS＝(231.68±0.025) J•mol^－1•K^－1, 结合自由能ΔG＝(－29.48±0.030) kJ•mol^－1. 结合过程为熵驱动过程, 疏水相互作用是过程的主要推动力;第二类结合, 结合位点数N＝140±0.2, 结合常数 K＝(1.49±0.032)×10⁵ L•mol^－1, 结合焓ΔH＝(－19.31±0.103) kJ•mol^－1, 结合熵ΔS＝(34.30±0.055) J•mol^－1•K^－1, 结合自由能ΔG＝(－29.53±0.041) kJ•mol^－1, 结合过程为焓-熵协同驱动过程, 氢键和静电相互作用是过程的主要推动力. 圆二色谱分析结果表明, 在两类结合过程中, 药物5-氟尿嘧啶(5-FU)的作用致使蛋白质(HSA)二级结构单元的相对含量发生了变化.     

Theoretical and experimental interpretations of phenol oxidation by the hydroxyl radical

Phenol oxidation by OH radicals produced by the Fenton reaction was studied and the oxidation process was monitored by the UV–visible, ¹³C NMR and LC techniques. The results show that benzoquinone is formed. In the NMR and LC experiments, since the peaks corresponding to isomers ortho and para- benzoquinones are unresolved, DFT was used to determine the branching ratios of the isomers formation that coincides with their ΔG values (ortho > para > meta): 72% for ortho, 23% for para and 5.0% for meta. Furthermore, the energy profile of the OH attack at ortho is quite similar to that at the para position while the meta position attack is less favored by 2.0 kcal/mol.     

Band‐Gap Manipulations of Monolayer Graphene by Phenyl Radical Adsorptions: A Density Functional Theory Study

Phenyl radical (Ph^.) adsorption on monolayer graphene sheets is used to investigate the band‐gap manipulation of graphene through density functional theory. Adsorption of a single Ph^. on graphene breaks the aromatic π‐bond and generates an unpaired electron, which is delocalized to the ortho or para position. Adsorption of a second radical at the ortho or para position saturates the radical by electron pairing and results in semiconducting graphene. Adsorption of a second radical at the ortho position (ortho–ortho pairing) is found to be more favorable than adsorption at the para position (ortho–para pairing), and the ortho–ortho pairing has stronger effects on band‐gap opening compared with ortho–para pairing. Adsorption of even numbers of Ph^. on graphene by ortho–ortho and ortho–para pairings, in general, increases the band gap. Our study shows promise of band‐gap manipulation in monolayer graphene by Ph^. adsorption, leading to potential wider applications of graphene.