邻二氮杂苯-水复合物氢键相互作用的理论研究

用密度泛函理论B3LYP方法和MP2方法分别对邻二氮杂苯与水形成1∶1和1∶2复合物的基态氢键结构与相互作用能进行了理论计算,结果表明复合物之间存在较强的氢键N…H-O相互作用,在复合物中,水的H-O对称伸缩振动频率明显红移.同时,使用含时密度泛函理论方法计算了邻二氮杂苯单体及复合物的第一1(n,π)和1(π,π)激发态的垂直激发能.     

硝酸铕二甲亚砜配合物的光谱与磁性

本文合成了硝酸铕二甲亚砜配合物Eu(NO₃)₃·4(CH₃)₂SO的晶体,测定了它的组成、结构、荧光光谱和摩尔磁化率.从光谱求得Eu³⁺在此晶体中的能级.根据所得的能级数据,计算了此晶体的摩尔磁化率的倒数,与实验值基本相符.     

冰的氢键振动研究

虽然水分子结构简单,但是关于水冰的基本理论仍有很多问题没有科学答案.对于冰的原子分子振动,人们对其分子内的伸缩和弯曲振动以及分子的空间转动已经研究得很清楚.然而30年前,高亮度的非弹中子散射实验发现,很多冰相的远红外分子平移区中存在两个明显的特征振动峰,对其来源一直没有定论.本文基于第一性原理密度泛函理论的CASTEP代码,系统研究了不同冰相的振动谱和振动模式.在对最简单的氢有序冰Ic模型的研究中,首次发现了两类本征的氢键振动模式.以此为线索,继续模拟其他的冰相,发现无论是氢有序还是氢无序结构都存在这个规律.利用冰晶格局域正四面体理想模型,理论上证明了两类振动模式可分为围绕一个水分子的氢键的四键振动和双键振动.高压下,因为结构变形,存在介于二者之间的耦合振动.此外,还有能量更低的一些光学支振动模式,比如团簇的振动、面间振动.冰VII/VIII, XV/VI等结构,是由两个子晶格嵌套而成的,两个子晶格之间还有非氢键的相对振动.综上,这些分子平移振动可解释所有冰相的远红外振动谱,为冰的分子振动理论补足了最后一块拼图.由于液态水不存在这两类氢键振动,因此其远红外吸收带在两个氢键位置恰好是个波...     

HX与H_2O分子间氢键理论研究

在B3LYP/6-311++G~(**)水平上对H_2O与HX(F,C1,Br,I)分子间形成的(H_2O)_2HX和H_2O(HX)_2六元环氢键复合物的构型进行了全优化,频率计算表明,所有构型中O(2)—H(1),O(6)—H(5)及X(6)—H(5)的伸缩振动频率均发生红移,而对于X(4)—H(3)的伸缩振动频率在(H_2O)_2HF、(H_2O)_2HCl、H_2O(HF)_2体系中发生红移,在(H_2O)_2HBr、(H_2O)_2HI、H_2O(HCl)_2、H_2O(HBr)_2、H_2O(HI)_2体系中发生蓝移.在MP2/6-311++G~(**)水平上计算了体系的相互作用能,得到F、Cl、Br所形成的复合物其总相互作用能均为负值,而I形成的复合物其总相互作用能为正值.采用SCRF(PCM)方法研究了体系的溶剂化效应,结果表明溶剂化效应使复合物更稳定.自然键轨道(NBO))分析表明,复合物分子中的直接超共轭作用,导致了复合物中O(2)—H(1)、O(6)—H(5)及X(6)—H(5)键有所拉长,同时增加了复合物的稳定性.综合分析得到八种复合物的稳定性顺序为:H_2O(HF)_2(H_2O)_2HF(H_2O)_2HCl(H_2O)_2HBrH_2O(HCl)_2H_2O(HBr)_2(H_2O)_2HIH_2O(HI)_2.     

乙二醇分子间氢键结构与溶剂效应

采用密度泛函理论在B3LYP/6-311++G** (范德华校正)水平上研究乙二醇在气相中分别与乙腈、丙酮、四氢呋喃、水、乙二醇形成氢键二聚体的结构性质,根据PCM 极化统一场模型讨论氢键溶剂效应。结果表明,五种氢键二聚体分子中的氢键属于红移氢键,溶剂使氢键二聚体分子的偶极矩变大,并对OH振动频率的影响不大。     

乙二醇分子间氢键结构与溶剂效应

采用密度泛函理论在B3LYP/6-311++G~(**)水平上研究乙二醇在气相中分别与乙腈、丙酮、四氢呋喃、水、乙二醇形成氢键二聚体的结构性质,根据PCM(polarized continuum model)极化统一场模型讨论氢键溶剂效应.结果表明,五种氢键二聚体分子中的氢键属于红移氢键,溶剂使氢键二聚体分子的偶极矩变大,并对OH振动频率的影响不大.     

胞嘧啶-水分子氢键团簇结构特性理论研究

使用密度泛函理论B3LYP方法,在6-311++G(d , p)基组水平上,研究了C4H5N3O·(H2O)n (n=1~3)分子团簇的基态结构及红外线光谱。通过对C4H5N3O·(H2O)n (n=1~3)分子团簇结构优化,获得了团簇的六种稳定结构。三种最稳定结构的分子团簇的红外光谱表明O—H…O和N—H…O氢键的形成使得O—H和N—H之间伸缩频率减小,发生了红移; O—H…N氢键使O—H之间的伸缩振动频率变大,发生了蓝移。AIM程序分析表明：电子密度的强弱反映了红移和蓝移的大小。之后使用Veda4软件对C4H5N3O·(H2O)n (n=1~3)分子团簇红外光谱的振动频率进行了分析,并对振动频率进行了比较。     

儿茶素与脱氧腺苷相互作用的理论研究

本文采用密度泛函理论的M05方法,在6-311+G**基组水平上对建模的儿茶素-脱氧腺苷复合物进行几何结构的优化,得到了13个稳定的儿茶素-脱氧腺苷复合物.应用了自然键轨道(NBO)理论和分子中的原子理论(AIM)进行研究,氢键临界点电荷密度,拉普拉斯值,糖基扭转角!,假扭转角P等数据进行辅助研究,对这13种复合物中氢键的特征与性质进行了分析,还考虑了溶剂化效应对儿茶素与脱氧腺苷相互作用的影响.计算结果表明氢键对于复合物的稳定性起着非常重要的作用,而氢键的类型以及键级的大小共同影响着复合物的稳定性.所有的复合物进行基组重叠误差(BSSE)校正,相互作用能主要来自氢键贡献.通过计算结果分析比较,进而在理论上为儿茶素类药物的设计、修饰﹑合成和筛选提供有价值的信息.     

基于密度泛函理论的肾上腺素分子的光谱分析

肾上腺素是一种神经和激素的传送体,研究肾上腺素分子的光谱和能级有助于了解其化学稳定性和药理作用。基于密度泛函理论（DFT）,利用Gaussian 09软件在B3LYP/6-311G（d,p）基组水平上对肾上腺素分子进行结构优化,采用含时密度泛函理论（TD-DFT）的PBE方法在def2tzvp基组水平上计算肾上腺素分子在气相中的前20个激发态,利用Multiwfn3.7（dev）软件绘制出其紫外光谱图并对激发性质进行分析。肾上腺素分子紫外光谱对应的主要跃迁是从基态分别到第1,2,4,8,15和16激发态的跃迁,其他的激发态的振子强度低于阈值0.03。理论计算得出肾上腺素的紫外光谱有两个吸收峰,分别位于206.23和273.92 nm,206.23 nm峰主要由基态跃迁到第16激发态形成,273.92 nm峰主要是基态跃迁到第2、4激发态形成,主要是由苯环上π→π*跃迁所产生,并与实验光谱吻合较好。对肾上腺素分子的激发态性质分析可知,上述吸收峰都是在最高占据轨道和最低空轨道的临近轨道跃迁产生的。利用密度泛函的PBE方法在6-311G（d, p）的基组水平上计算肾上腺素分子频率并绘制红外光谱,由振动分析可知,3 738和3 662 cm-1峰是由酚羟基O-H伸缩振动产生的特征吸收峰,3 715 cm-1峰是由醇羟基O-H伸缩振动产生的特征吸收峰,2 854 cm-1峰是由甲基的C18-H20键的伸缩振动产生的特征吸收峰,1 516和1 439 cm-1峰是苯环骨架的伸缩振动的特征吸收峰,1 279与1 057 cm-1峰分别是由C6-O10和C12-O23键伸缩振动产生的特征吸收峰,620 cm-1峰是N22-H17键摇摆振动的特征吸收峰。对比肾上腺素的实验红外光谱,发现理论光谱与实验光谱中各基团的特征吸收峰都较为明显且总体吻合较好。由于肾上腺素分子二聚体和多聚体之间形成氢键,分子间氢键的形成削弱了O-H键的强度,降低了能形成分子间氢键的羟基O-H的伸缩振动频率,从而导致实验光谱在3 500～2 500 cm-1之间呈现出一个宽峰。     

2'-脱氧鸟苷在水溶液中激发态氢键动力学的密度泛函理论研究

用密度泛函理论和含时密度泛函理论研究了2'-脱氧鸟苷在水溶液中形成的一水和二水复合物在基态和激发态的氢键性质．计算了两种复合物的稳定构型、红外光谱、前沿分子轨道以及密里根电荷等光物理参数．结果表明,两种水合物的分子内氢键在光激发下变化不一致,分子间氢键变化相似．一水复合物的分子内氢键N3···H4-O2 在激发态是加强的,二水复合物的是减弱的．两种水合物的分子间氢键N2-H2···O3和O3-H5···O2及O3···H7-O4和H5···O1-C1在激发态全是减弱的．两种复合物红外光谱的计算结果与实验值一致．二水复合物中分子间氢键O4···H1-N1在激发态断裂,形成了新的分子间氢键O4···H3-N2,这种变化可能与鸟嘌呤部分的结构弯曲有关．最后分析了一水和二水复合物分子的分子内电子转移特性．     

木犀草素与腺嘌呤相互作用的理论研究

本文采用密度泛函理论中的B3LYP方法,在6-31+G~*基组水平上对木犀草素—腺嘌呤复合物进行结构优化和振动频率分析,得到了16种稳定的木犀草素—腺嘌呤复合物.应用分子中的原子理论(AIM)分析、自然键轨道(NBO)理论分析得到复合物氢键性质和特征.通过基组重叠误差(BSSE)校正后的相互作用能、成键临界点电荷密度、二阶稳定化能综合分析,得出三氢键复合物C-11结构是最稳定的.综合比较DNA的四个碱基与木犀草素间的相互作用,木犀草素与胸腺嘧啶的相互作用最强,木犀草素-腺嘌呤相互作用最弱,DNA的四个碱基与木犀草素间的相互作用能均比木犀草素与水间相互作用能大,这说明木犀草素作为抗癌药物能有效的发挥作用.     

木犀草素和鸟嘌呤间相互作用的理论研究

采用密度泛函理论中的B3LYP方法对木犀草素和鸟嘌呤之间的相互作用和机理进行研究,分别找到了十八种木犀草素和鸟嘌呤复合物. 结果表明这些复合物是通过氢键相互作用而稳定存在的. 利用分子中的原子理论(AIM)和自然键轨道理论(NBO)对体系中的氢键进行研究. 通过基组重叠误差校正的复合物间的相互作用能为6.04～56.94 kJ/mol,计算结果表明在木犀草素-鸟嘌呤复合物中有很强的氢键相互作用. 比较了木犀草素和四个DNA碱基间的相互作 用,发现木犀草素-胸腺嘧啶是最强的,木犀草素-腺嘌呤是最弱的.     

儿茶素-胸腺嘧啶分子间相互作用模式的密度泛函研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31+G*基组水平上研究了儿茶素-胸腺嘧啶分子间相互作用机制,得到稳定的儿茶素-胸腺嘧啶复合物13个,并且复合物形成了2个或更多的氢键. 另外,在相同机组水平上进行了振动分析,结果表明儿茶素-胸腺嘧啶复合物间存在N-H…O、C-H…O、O-H…O三种类型氢键,氢键对于复合物的稳定性起着重要的作用. 应用了分子中的原子理论和自然键轨道理论对这13种复合物中氢键的性质和特征进行了分析. 发现所有的氢键复合物进行基组重叠误差校正后的相互作用能为-18.15～-32.99     

硝酸羟胺-(H_2O)_n复合物氢键相互作用的密度泛函研究

为研究硝酸羟胺-(H_2O)_n复合物的氢键作用,采用密度泛函B3LYP方法在6-311++G(d, p)基组水平上对硝酸羟胺-(H_2O)_n复合物的结构进行优化,采用MP2/6-311++G(d, p)方法,经基组叠加误差和零点能校正计算得到复合物的相互作用能.利用自然键轨道分析方法研究复合物氢键作用的本质,并对复合物中水分子的振动光谱进行分析.计算结果表明,硝酸羟胺-(H_2O)_n复合物存在着6个硝酸羟胺-H_2O稳定构型和8个硝酸羟胺-(H_2O)_2稳定构型,且最稳定构型的相互作用能分别为52.821 kJ·mol~(-1)和73.349 kJ·mol~(-1).在硝酸羟胺-(H_2O)_n复合物中,水中H-O伸缩振动频率明显红移,且红移增大的程度与复合物稳定化能的变化趋势基本一致.     

FeV(O)(TAML)高价铁-氧反应中间体活化C-H键的机理转变的理论研究

本文运用密度泛函理论对Gupta实验中脂肪族与芳香族底物C-H键氧化反应中所表现出的动力学差异进行深入的机理研究. 计算表明,这种差异是由于两种底物(脂肪族的环己烷、2,3-二甲基丁烷两种底物以及芳香族的甲苯、乙苯和异丙苯三种底物)C-H键活化反应机理的不同所造成. 对于脂肪族底物,活性反应中间体Fe^V(O)(TAML)进行C-H氧化是一种氢原子转移过程;而对于芳香族底物,C-H键活化则是一个质子耦合的电子转移过程,并且在过渡态具有质子转移特性,即质子耦合的电子转移过程. 这种差异是由四氨基的TAML环和芳香底物的苯环之间存在的π-π相互作用产生的,具有“拉电子”效应,从而使得电子从芳香化底物转移到Fe^V(O)(TAML)氧化物的效率降低.     

啶虫脒太赫兹光谱的实验研究和理论模拟

啶虫脒是一种氯吡啶类新烟碱类杀虫剂,由于其对昆虫烟碱乙酰胆碱受体的结合选择性而成为最常用的杀虫剂之一.为研究啶虫脒在太赫兹波段的指纹特征与其结构信息之间的关系,利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术并结合密度泛函理论(DFT)对啶虫脒晶体的太赫兹吸收光谱进行了实验研究和理论模拟.利用THz-TDS技术测量了室温下啶虫...     

CLi+5超碱团簇的结构及储氢性能的理论研究

利用密度泛函理论( B3LYP) 方法,在 6 - 311 + + G ( d,p) 基组水平上,对超碱团簇 CLi₅及其阳离子体系 CLi₅⁺的几何结构和稳定性等物理化学性质进行理论计算,并进一步研究它们的储氢性能． 分析可知,CLi₅⁺超碱离子团簇结构相比中性 CLi₅团簇结构动力学稳定性要高,表面吸氢能力更强． 氢分子在 CLi₅⁺表面能以介于物理吸附与化学吸附之间的形式吸附,每个 Li 原子最多可以有效吸附三个 H₂,平均吸附能处于 1. 065 ～ 2. 732 k Cal/mol 范围内,储氢质量分数可达 39. 30 wt % ,表明 CLi₅⁺超碱离子团簇可以作为一种理想的储氢材料．     

由四溴化碳、卤阴离子和溶剂分子组成的三角形卤键和氢键超分子复合物的理论与谱学研究

通过计算化学结合谱学实验揭示了四溴化碳与卤阴离子在质子溶剂中形成的CBr₄…X^-…H-C三角形的三键超分子复合物的作用模式. 卤键与氢键的强度均遵循：碘化物>溴化物>氯化物. 三键复合物中的卤键与氢键均呈现一定的协同效应. 紫外可见吸收光谱观察到四溴化碳与卤阴离子作用出现的新电荷转移峰,即卤键作用的吸收峰. 并利用Benesi-Hildebrand法确定了1:1的化学计量比、摩尔吸光系数及键合常数. 摩尔吸光系数及键合常数受溶剂的介电常数影响,在相同溶剂中遵循碘化物>溴化物>氯化物. 由键合常数表示的作用强度与理论计算的作用能相一致. 红外光谱测定的溶剂分子C-H振动频率随卤阴离子的加入有明显的红移,预示着C-H…X^-氢键的形成. 实验与理论均证明这种通过共享卤阴离子的三键复合物的存在.