神经网络在波谱分析中的应用：用亚图估计和预测烷烃的^13C NMR

系统研究了神经网络在波谱分析中的应用，采用多层／三层前馈神经网络以误差反传及改进算法估计和预测Ｃ１－Ｃ１０的６０余种烷烃的化学位移。烷烃中碳原子由十余种对应于所谓根亚树的相嵌频率描述子所决定。这些描述子等于由１至６个碳原子组成的更小结构骨加组成。     

层间添加碳原子对双壁碳纳米管导热的影响

采用非平衡分子动力学的方法,基于AIREBO势函数描述碳-碳原子间的相互作用,对双壁碳纳米管管间添加碳原子的导热特性进行了模拟,与空碳管进行对比,并开展声子谱分析。模拟结果表明:1)在双壁碳管内外管间添加碳原子,会导致双壁碳管热导率降低。2)随着添加碳原子数目的增加,碳管的热导率进一步下降;相较于沿管长均匀添加碳原子,集中在截面上添加碳原子使得热导率下降更多。     

N-溴代琥珀酰亚胺光解夺氢反应的ESR研究

本文用自旋捕捉剂亚硝基叔丁烷(MNP)和2,3,5,6-四甲基亚硝基苯与ESR相结合分别研究了N-溴代琥珀酰亚胺(NBS)光解反应产生的自由基,以及NBS与醇、取代芳烃及烷烃进行光解夺氢反应生成的活泼自由基中间体,结果表明:1.在紫外光用下,NBS分子中的N-Br键发生均裂,产生N-中心自由基并为MNP所捕获.2.对于醇及烷烃,NBS光解产生的Br能夺取叔碳原子上的氢,分别形成叔碳自由基HOR和R,并被ND所捕获.3.与烷烃及醇不同的是:Br不仅能夺取烷基取代苯分子中叔碳原子上的氢,而且还能夺取仲碳原子上的氢,分别形成自由基PhCR₂及PhCHR.     

ON VAED CHARACTERIZATION AND 13C NMR SIMULATION FOR AMINO ACIDS

提出以原子电性距离矢量(VAED)描述20种天然氨基酸中不同等价碳原子的化学环境,结合γ效应校正与碳原子类型,建立核磁共振碳谱(     

低阶煤热解结构演化及与烷烃气碳同位素相关性的红外光谱

为了阐释煤热解过程中结构演化与烷烃气碳同位素的关系,进行了低阶煤在高压釜密闭体系下热解实验,分析热解烷烃气碳同位素组成;借助傅里叶红外光谱(FTIR)精细剖析了煤结构演化规律,构建了烷烃气碳同位素组成与结构演化的关系模型,揭示了热解烷烃气碳同位素变化的原因。结果显示在R_{o, max}＜1.3%之前的阶段,煤中脂链轻碳同位素被分馏出去而重碳同位素被留在长链中;当1.3%＜R_{o, max}＜2.0%时, 具有相对较重碳同位素组成脂链再进一步的断裂分解仍主导了烷烃气碳同位素变化,也即是R_{o, max}在2.0%之前的阶段,煤中脂链倾向性的裂解方式是烷烃气碳同位素变化的主要因素;此后(R_{o, max}＞2.0%)由于芳环缩聚和解体进程的加剧使得环内重碳物质得以释放进入烷烃气中,而导致其碳同位素组成迅速变重。热解烷烃气中甲烷和乙烷碳同位素组成与煤脂链结构演化呈现同步性特征,δ13C_CH4和δ13C_C2H6值可以作为煤脂链结构演化的敏感性指标。R_{o, max}=1.3%和2.0%是煤热解结构演化与烷烃气碳同位素组成关联性的重要节点。研究成果对探索煤生烃与结构演化的耦合关系及二次生烃机理有理论意义。     

γ石墨炔衍生物结构稳定性和电子结构的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的第一原理计算,系统研究了γ石墨炔衍生物的结构稳定性、原子构型和电子性质.γ石墨炔衍生物的结构是由碳六元环以及连接六元环间的碳链组成,碳链上的碳原子数为N=1—6.研究结果表明,碳链上碳原子数的奇偶性对γ石墨炔衍生物的结构稳定和相应的原子构型、电子结构性质具有很大的影响.其奇偶性规律为:当六元环间的碳原子数为奇数时,体系中的碳链均为双键排布,系统呈现金属性;当六元环间的碳原子数为偶数时,系统中的碳链形式为单、三键交替排列,体系为直接带隙的半导体.直接带隙的存在能够促进光电能的高效转换,预示着石墨炔在光电子器件中的应用优势.N=2,4,6的带隙分布在0.94—0.84 eV之间,带隙的大小与碳链上三键的数量和长度有关.研究表明,将碳原子链引入到石墨烯碳六元环之间,通过控制引入的碳原子个数可以调控其金属和半导体电子特性,为设计和制备基于碳原子的可调控s-p杂化的二维材料和纳米电子器件提供了理论依据.     

平衡电负性与烷烃核磁共振碳谱位移

定义了烷烃分子中碳原子的平衡电负性(AEE),用平衡电负性和Nⁱ_H(em=0, α, β, γ)和N^j_C(j=α, β, γ)结构信息参数研究了烷烃的¹³C NMR化学位移模型.结果表明,烷烃¹³C NMR化学位移(CS)可用下式来定量描述：
CS=-1736.776+755.118AEE+5.2539N⁰_H+1.8837N^β_H-0.2066N^γH
用上式估算了99个碳原子的化学位移,标准差为0.9861ppm,平均绝对误差0.78ppm,预测值与实验值十分吻合.     

碳纳米管电缆式复合材料的热导率

通过非平衡分子动力学方法, 对单壁碳管填充金纳米线的碳纳米管电缆式复合材料开展热导率的模拟分析. 采用Tersoff势函数描述碳-碳原子间的相互作用, Lennard-Jones长程作用势描述碳-金原子间的相互作用, 嵌入原子势函数描述金-金原子间相互作用. 研究结果表明: 相同尺寸下, 金纳米线的电子热导率相较于空碳管以及电缆式复合材料的声子热导率小很多, 对复合材料总热导率的贡献可以忽略; 由于管内金纳米线的存在, 其与碳管的相互作用使得碳管碳原子倾向于沿着轴向振动, 声子间U散射随之减少, 声子平均自由程增加, 导致复合材料热导率明显大于空碳管, 在100–500 K温度范围内高出约20%–45%, 但增大幅度随温升呈降低趋势; 复合材料热导率随着管长增加而增大, 变化趋势和空碳管相似, 但其增长幅度更大; 复合材料和空碳管的热导率随管径增大而减小, 且变化幅度基本一致. 关键词： 碳纳米管 纳米线 电缆式复合材料 导热     

原子距边矢量、三键数与烷烃的13C NMR化学位移

提出一个新的原子描述符-原子距边矢量(μ)来表达碳原子在烷烃中所处环境信息,用该矢量和三键数作为参数与烷烃碳原子(含2~9个碳原子共63个烷烃分子,计326个不等价碳原子)的¹³C NMR化学位移相关联,得到的多元线性回归分析结果为:标准偏差S仅0.9629ppm,相关系数R为0.9957.用所得线性方程预测得精度为:误差在1.0,1.5和2.0ppm以内的分别占83%,90%和95%.     

链烷烃标准熵的拓扑研究

根据核磁共振的峰数及Randic的碳原子支化度 ,提出了碳原子特征值 .基于连接矩阵和碳原子特征值 ,建立新的连接指数 mY .其中的 0阶连接性指数0 Y很容易计算 ,且对烷烃异构体有很强的区分能力 .将 15 7种气态链烷烃的标准熵与其0 Y相关联 ,R =0 .9985 ,属于优级模型 .与Randic指数的0 χ及倪才华等提出的信息拓扑指数Ix、IW 比较 ,0 Y具有良好的性质相关性与结构选择性     

黄酮类化合物的原子电距矢量表达及核磁共振碳谱

提出以原子电性距离矢量(VAED)描述19种黄酮醇和21种黄酮中不同等价碳原子的化学微环境，结合碳原子类型，建立核磁共振碳谱(¹³C NMR)化学位移(CS)的四 参数线性模型, 对于19种黄酮醇285个碳原子其回归方程：Y(1)=72.097+20.803 X(1)+14.395 X(2)+ 12.030 X(3)；对于21种黄酮315个碳原子其回归方程：Y(1)=85.530+19.174 X(1)+15.565 X (2)+5.495 X(3)；黄酮醇和黄酮一起建模的回归方程为：Y(1)=77.679+20.373 X(1)+15.481 X(2)+9.004 X(3). 用于黄酮醇和黄酮分子等价碳原子化学位移的估计. 样本数目，相关系数，标准偏差，F统计值，回归平方和和残差平方和分别为：N=285，R=0.796，SD=14.734，F=162.315，U=105 705.359，Q=60 999.156 ；N=31 5，R=0.884，SD=12.381，F=369.114，U=169 745.141，Q=47 673.375和N=600，R=0.831，SD =14.122， F=443.449，U=265 310.563，Q=118 859.906. 经交互校验，模型稳定性较好. 并综合几种处理方法，找到一种较好的建模方法，作为初次有益的探讨，对黄酮和黄酮醇核磁共振碳谱建模效果尚好.     

芳香醚类化合物13C NMR化学位移模拟

构建了基于分子三维结构计算的原子电负性距离矢量（atomic electronegative space distance vector,AESDV）,用以描述各芳香醚类化合物分子中不同等价碳原子的化学微环境,并结合原子自身杂化状态指数（AHSI）,建立了13C核磁共振定量结构波谱关系的多元线性回归模型,复相关系数（R）为0.964,标准误差（SD）为8.673．经留一法交互检验的复相关系数（RCV）为0.948,标准误差（SDCV）为10.362．随机抽出样本进行外部检验,得到测试集的复相关系数（Rtest1及 Rtest2）分别为0.979和0.939,标准误差（SDtest1及 SDtest2）分别为6.400和10.162．研究结果表明,使用该方法所建模型具有良好的预测能力和稳定性．     

糖的原子电距矢量表达及其核磁共振碳谱模拟

提出以原子电性距离矢量(VAED),描述上百种糖分子中数百个不同等价碳原子的化学环境;并结合γ效应校正,建立核磁共振碳谱(¹³C NMR)化学位移(CS)的五参数线性模型.用于糖分子中四类不同的等价碳原子化学位移的估计,复相关系数R和均方根误差RMS及标准偏差SD和F-统计量F分别为:伯碳n=62,R=0.991 0,RMS=1.960 2(SD=1.9762,F=5 0 2.32 94,EV=0.980 5);仲碳n=79,R=0.9886,RMS=2.5 40 5(SD=2.5 5 67,F=5 1 5.60 4 6,EV=0.975 7);叔碳n=30 2,R=0.95 1 4,RMS=3.6884(SD=3.694 5,F=4 68.82 76,EV=0.90 35)及季碳n=1 4,R=0.5 772,RMS=8.862 6(SD=9.1 972,F=0.5 82 8,EV=-0.0 837).经交互校验,伯仲叔碳的化学位移模型稳定性较好.并综合几种处理方法,找到一种较好的建模方法,将它用于几个外部样本的定量预测,结果良好.     

应用键轨道连接矩阵方法预测烷烃折光率.

应用键轨道连接矩阵方法提取结构参数PX1CC和PX1CH， 并用于建立预测烷烃折光率的QSPR模型．该模型不仅预测精度较高(其误差仅为0.0048)，而且模型中采用的参数表达了直接与分子的折光能力相关的结构信息(即烷烃分子中电子被极化的能力)．此参数提取简单，既具备拓扑指数简单、易算，物理意义明确．     

部分有机物蝌蚪麻醉活性的预测

基于定量结构-活性相关性（QSAR）原理,研究了49种有机化合物结构与其蝌蚪麻醉活性的内在定量关系。首先应用分子电性作用矢量（molecular electronegativity interaction vector,MEIV）表征49种有机化合物的结构,再采用多元线性回归（MLR）方法建立了相应的QSAR预测模型,最后对所建模型分别进行了内部验证和外部验证。所建模型的复相关系数(Rcum)、留一法(LOO)交互校验复相关系数(RCV)和外部样本校验复相关系数(Qext)分别为0.9415、0.9127和0.9253,证明该模型均具有较高的稳定性和预测能力。     

由13C NMR化学位移测定值确定烷烃生成焓

本文通过分析烷烃核磁共振碳谱（¹³C NMR）化学位移与生成焓之间的关系,提出由¹³C NMR化学位移的测定值来确定烷烃生成焓的新方法．用53个烷烃分子的¹³C NMR化学位移总和（SCS）、三键数（P3）以及碳原子数目（n）与生成焓实验值进行相关,所得回归方程的相关性良好（相关系数R=0.998 2,标准偏差S=3.5 kJ/mol）．进而,通过随机抽样和留一法证实该方程具有良好的稳定性和预测能力．将烷烃¹³C NMR化学位移与其生成焓定量联系起来,不仅有利于深入理解分子结构与性能关系,还为预测那些难于测定且费时的物理化学性质提供了新思路．     

Enthalpy difference between conformations of normal alkanes: effects of basis set and chain length on intramolecular basis set superposition error

The quantum chemistry of conformation equilibrium is a field where great accuracy (better than 100?cal?mol^?1) is needed because the energy difference between molecular conformers rarely exceeds 1000–3000?cal?mol^?1. The conformation equilibrium of straight-chain (normal) alkanes is of particular interest and importance for modern chemistry. In this paper, an extra error source for high-quality ab initio (first principles) and DFT calculations of the conformation equilibrium of normal alkanes, namely the intramolecular basis set superposition error (BSSE), is discussed. In contrast to out-of-plane vibrations in benzene molecules, diffuse functions on carbon and hydrogen atoms were found to greatly reduce the relative BSSE of n-alkanes. The corrections due to the intramolecular BSSE were found to be almost identical for the MP2, MP4, and CCSD(T) levels of theory. Their cancelation is expected when CCSD(T)/CBS (CBS, complete basis set) energies are evaluated by addition schemes. For larger normal alkanes (N?>?12), the magnitude of the BSSE correction was found to be up to three times larger than the relative stability of the conformer; in this case, the basis set superposition error led to a two orders of magnitude difference in conformer abundance. No error cancelation due to the basis set superposition was found. A comparison with amino acid, peptide, and protein data was provided.