结晶诱导的手性分子自发对称性破缺的研究进展

对称性破缺是自然界特别是生命体内常见的一种现象。开展手性分子在结晶过程中自发对称性破缺发生的机理与机制研究,将会为探索生命起源提供更多新的科学依据。本文主要从自发对称性破缺的基本原理、结晶诱导的手性分子对称性破缺的机制方面进行综述,并讨论了影响结晶过程中自发对称性破缺的各种因素。     

生物分子的镜象对称性破缺

本文分析了生物分子不对称性起源现有的两类观点的困难,吸取了它们的合理部分,提出了一种新的看法。通过对于典型模型的分析,我们指出了外界不对称因素在手性对映体的非线性自催化反应系统的分支点附近会起选择作用,并讨论了镜象对称性破缺同反应的不可逆性以及非线性之间的某些关系。     

手性氨基酸分子的温度诱导相变——自发对称性破缺与复原

运用统计理论热力学函数自由能ΔG、焓ΔH、熵ΔS、平衡常数K与粒子平动、振动、转动配分函数关系, 并通过变温D- 与L-CDBrClF实例计算, 证明在宏观温度变量下, 可以导致手性分子D⇔L平衡中宇称破缺熵差的反号. 根据作者科研组14年来, 采用变温X衍射、中子衍射、比热、直流和交流磁化率、¹H和¹³C固相核磁共振、拉曼光谱、晶体旋光和双折射、超声测定相变等实验方法, 证明Salam假说预言的温度范围(200～250 K)存在温度变量诱导的相变, 产生自发对称性破缺. 在宇称破缺能差(PVED)接近0条件下, 宇称破缺熵差导致D和L分子反向的物理行为, 产生分叉机制(bifurcation mechanism). D和L分子的能量差别, 可能是早期生命起源时, L氨基酸富集的原因. 实验还发现, 在低温变温下自发对称破缺的复原. 由于晶相结构限制分子重排, Salam相变不是D→L的构型相变.     

综合化学实验——DMB的绝对不对称合成和表征

介绍一个可用于化学系本科生开设的综合化学实验。该实验构思源于手性对二甲氨基苯甲醛缩氨基苯硫脲(DMB)的绝对不对称合成。学生可通过实验发现、观察和探究手性对称性破缺的奇妙现象,并掌握标题化合物组成、结构和手性性质的各种表征方法,特别是固体圆二色(CD)光谱方法。     

超分子手性组装体的构建与应用

超分子手性组装体通常由多种非共价相互作用协同驱动形成,是一类具有独特手性限域微环境的软物质,对材料工程、生命科学、光学器件、催化合成等领域的发展具有重要作用.其主要构建方法分为三种;手性基元组装、手性因素诱导非手性基元组装、非手性基元对称性破缺组装.通过分析近年来的研究成果,归纳了利用这三种方法构建超分子手性组装体的一...     

嵌段序列对线型ABC三嵌段高分子微相分离动力学的影响

用动态密度泛函理论研究了嵌段序列对线型ABC三嵌段高分子微相分离动力学机理的影响. 针对一个典型的线型ABC三嵌段高分子, 通过系统地改变各嵌段的体积分数, 我们给出了嵌段序列为ABC 和BAC时, 关于微相分离机理的三元相图. 发现除各嵌段的平均组分、相互作用能外, 嵌段序列也影响其微相分离的机理和最终的相结构. 此外, 嵌段序列的变化还导致了三元相图对称性的破缺.     

非等温单分子化学反应体系中温度场的时空对称破缺及温度波

从线性稳定性分析和计算机数值模拟两个方面研究了小尺度空间展布、伴有扩散和热传导的Lindemann单分子化学反应体系的温度场时空对称破缺. 研究结果表明, 在一定参数值和固定边界条件下, 反应体系经由时间-空间对称破缺分支能够产生温度波.     

分子手性的温度效应：D-丙氨酸的变温X衍射和中子衍射研究

利用X衍射（300, 270, 250 K）和中子衍射（300, 260, 250, 240 K）研究D-氨酸单晶在静态的和动力学的变温过程中的结构特征以及考证Salam预言的由D到L构型转变的可能性. 实验发现丙氨酸晶体的空间群P212121对称性没有改变. 实验结果否定了构型相变的可能，但是发现在~250 K有一个微小的、连续的对称性破缺发生. 晶体分子振动产生的环电流模型可以用来解释D-和L-丙氨酸单晶直流磁化率和天然旋光角相反的现象， 与之相关的中子衍射数据进一步揭示了变温过程中αC－H(2), N－H(1), N－H(4), N－H(6) 键长的不同变化. 中子衍射还显示了质子移动所导致的动力学无序，来源于分子内氨基和羧基形成的氢键和分子间αC－H和氨基形成的氢键，从而产生的晶格扭曲和NH³⁺的扭转. 实验结果表明Salam预言相变不是传统意义的结构相变，而是由于温度效应导致了在相变点附近分子的宇称破缺能差（PVED）增大，然后通过氨基酸分子的隧道效应扩大了宇称破缺能差的影响，这一研究为生命现象中快速的均一手性形成提供了非线性机理的合理解释.     

人类和黑猩猩的回文序列的对称性分析

首次通过分析人类和黑猩猩的X染色体上的一条回文序列,来寻找这种对称性破缺的规律．分析结果表明,与红毛猩猩相比,尽管在人类回文序列上发生的突变总数比在黑猩猩上的少,但是在各自的序列上,它们的左臂的突变总数与右臂的突变总数都基本上是相同的,这意味着它们的回文序列的进化都是同步的．然而,在每个臂上,A／T→G／C的突变数目却大于G／C→A／T的,这表明回文序列的成分并没有达到平衡,并且GC含量有上升的趋势．此外,通过两臂之间的序列比较发现,发生在人类回文序列上的突变数目多于发生在黑猩猩上的突变数目,并且这种突变更容易发生在具有相似化学结构的碱基之间．因此,黑猩狠回文序列上的对称性看起来要比人类回文序列上的对称性高．     

配位化学中的镜面对称性破缺——纪念配位化学创始人维尔纳首次拆分八面体Co(Ⅲ)络合物100周年

镜面对称性破缺（mirror symmetry breaking,简称MSB）,是指在一个热力学非平衡体系中非零ee值的状态可以自发地从非手性或消旋态中产生的现象。随着现代X射线衍射技术对晶体结构的阐明以及固体CD光谱表征方法的日益普及,在配位化学领域中发现的各种MSB现象层出不穷,但是其预测和调控及其发生的某些真实机理仍旧是悬而未决的科学难题。本文介绍与MSB现象（自发拆分和绝对不对称合成）相关的概念、表征方法和实例,并特别探讨了单核或寡聚惟手性金属中心络合物MSB现象的研究及其应用。     

铁硫蛋白活性中心铁硫簇的对称性破缺密度泛函 计算

应用密度泛函方法(DFT)计算了铁硫金属蛋白中的铁硫簇[Fe~2S~2(SCH~3)~4]^2^-,[Fe~3S~4(SCH~3)~3]^2^-以及[Fe~4S~4(SCH~3)~4]^2^-的几何参数和磁偶合性质。采用对称性破缺态(BS)来描述Fe－Fe自旋偶合。计算结果表明：采用高自旋态(HS)计算的Fe－Fe间距与实验值有较大偏差,而由BS方法所计算的Fe－Fe间距与晶体结构测定数据相吻合。根据HS态和BS态的能量,计算了体系的海森堡偶合参数J,计算结果也较为接近实验估算值。     

对称性破缺:手性高氯酸乙酸·二(乙二胺)合锌(Ⅱ)的合成与结构(英文)

用简单的非手性原料醋酸锌和乙二胺在高氯酸钠的甲醇溶液中反应,反应过程中发生了对称性破缺现象,得到了一对对映体Δ-cis-[Zn(en)2Ac][ClO4](Δ-1)andΛ-cis-[Zn(en)2Ac][ClO4](Λ-1)(en=乙二胺,Ac-=醋酸根)。用元素分析、红外光谱、CD光谱和Xray单晶衍射对产物进行了表征。X-ray单晶衍射结果表明配合物Δ-1和Λ-1中的锌(Ⅱ)离子均与2个乙二胺上的4个氮原子和醋酸根上的2个氧原子顺式配位,形成六配位畸变的八面体构型。{Δ-cis-[Zn(en)2Ac]}+和{Λ-cis-[Zn(en)2Ac]}+单体通过氢键作用分别形成具有右手和左手双螺旋的一维链。用X-ray单晶衍射和CD光谱确定了配合物的手性特征。     

α-SrMnO3电子结构的第一性原理研究

采用平面波赝势方法对钙钛矿型锰酸盐氧化合物α-SrMnO3的电子结构进行了第一性原理研究. 六方钙钛矿型结构α-SrMnO3化合物为磁性绝缘体, 磁基态对应于共面八面体及共顶点八面体间的磁性交换作用均为反铁磁性(AFM), 其禁带宽度为1.6 eV; 费米能级附近的Mn3d态与O2p态存在很强的杂化作用, 属于共价绝缘体, 这种强共价性使得Mn4+的自旋磁矩偏离理想值. 采用Noodleman的对称性破缺方法, 根据α-SrMnO3不同磁有序态的总能量拟合出α-SrMnO3中的自旋交换耦合常数. α-SrMnO3的局部微结构(Mn—O—Mn)决定了整个体系的特殊磁性交换作用. 共面及共顶点的八面体间均存在AFM交换作用, 并且共顶点八面体间的AFM作用比较强.     

优秀原油破乳剂所具备的性能初探

原油破乳剂是国内外油田矿场所必需的化学药剂,可在针对性的破乳剂性能选择上一直缺乏系统的理论支持。由于原油组成的复杂性,加上影响形成乳化原油的因素众多,给原油破乳剂的研究工作带来许多困难。本文从原油乳状液的形成机理入手,分析了乳状液的稳定性原因、破乳机理、破乳剂分子结构性能、物化性能与破乳效果,提出了优秀的原油破乳剂所应具备的性能。     

石墨炔结构及性能的理论研究

石墨炔作为一种新的稳定的碳同素异形体, 由于其独特的结构和性能, 预计可广泛地应用于纳米材料及器件中.在本文中, 我们采用B3LYP/6-31+G*理论研究了其结构参数、Wiberg键级以及芳香性. 计算结果表明, 所有的碳原子的p-电子参与形成了非定域的π-键, 使得所有C—C键长平均化. 苯环的核独立化学位移比乙炔形成的不等边六边形的更负, 表明苯环的芳香性更强. 该化合物的拓扑性质与Wiberg键级的计算结果也一致. 另外, 该化合物的LUMO (0.27 eV)带宽大于其HOMO (0.24 eV)的带宽, 表明它应该是n-型材料. 当采用对称性破缺方法重新对该化合物优化后, 计算结果显示该化合物含有3.6个未成对电子, 并具有一定的化学反应活性.     

确定硼烷的杂硼烷价成键轨道对称性的拓扑方法

本文通过对硼烷的分子轨道的定域化分析, 建立了由硼烷或杂硼烷的骨架多面体的几何性质, 确定其价成键轨道对称性的拓扑方法。从以多面体骨架的三角面和缺顶点周围的边为基约化出的不同约表示中, 按建议的能量与节面数的对应规则,选定出分子的价成键轨道所属的不可约表示。     

确定硼烷的杂硼烷价成键轨道对称性的拓扑方法

本文通过对硼烷的分子轨道的定域化分析, 建立了由硼烷或杂硼烷的骨架多面体的几何性质, 确定其价成键轨道对称性的拓扑方法。从以多面体骨架的三角面和缺顶点周围的边为基约化出的不同约表示中, 按建议的能量与节面数的对应规则,选定出分子的价成键轨道所属的不可约表示。     

密度泛函研究双核Mn~Ⅱ取代的杂多酸[Mn_2~Ⅱ(X~(n )Mo_9O_(33))_2]_2~((n-10)-)(X=P~Ⅴ,As~Ⅴ,Se~Ⅵ)的磁耦合交换作用

运用密度泛函理论结合对称性破缺方法(DFT-BS)研究了双锰取代的三明治型多酸阴离子[Mn2II(Xn Mo9O33)2]2(n-10)-(X=PV,AsV,SeVI)的磁交换作用.计算得到的磁交换耦合常数(J)为负值,表明在这类体系中存在反铁磁交换作用;进一步从几何,自旋密度分布和前线轨道组成方面分析了中心杂原子X对磁交换耦合的影响,结果表明随着随着中心杂原子X的改变(PV–AsV–SeV),影响到中心双核锰和桥氧构成的磁簇的结构,Mn1···Mn2距离有所增大,Ob···Ob距离有所缩短,从而减弱了超交换途径的有效性,反铁磁耦合常数J的数值依次减小.     

全球地震构造系统与地球的非对称性

本文主要讨论全球地震构造系统与现今地球非对称动力系统的关系。全球地震构造可划分为三个非对称系统:环太平洋地震构造系,洋脊地震构造系,北大陆地震构造系。地球非对称性还表现为南、北半球的非对称,大西洋半球与太平洋半球的非对称和经向构造东、西两侧的非对称。全球非对称动力系统可能由经向对流、纬向对流和由地球转速变化产生的惯性流组成,它们构成了地球非对称性的动力学背景,并控制了全球地震构造系统的格局。     

密度泛函研究双核Mn^Ⅱ取代的杂多酸[Mn2^Ⅱ（X^n＋Mo9O^33）2]2^（n-10）-（X=P^Ⅴ,As^Ⅴ,Se^Ⅵ）的磁耦合交换作用

运用密度泛函理论结合对称性破缺方法（DFT-BS）研究了双锰取代的三明治型多酸阴离子[Mn2^Ⅱ（X^n＋Mo9O^33）2]2^（n-10）-（X=P^Ⅴ,As^Ⅴ,Se^Ⅵ）的磁交换作用.计算得到的磁交换耦合常数（J）为负值,表明在这类体系中存在反铁磁交换作用;进一步从几何,自旋密度分布和前线轨道组成方面分析了中心杂原子X对磁交换耦合的影响,结果表明随着随着中心杂原子X的改变（P^V–As^V–Se^V）,影响到中心双核锰和桥氧构成的磁簇的结构,Mn1…Mn2距离有所增大,Ob…Ob距离有所缩短,从而减弱了超交换途径的有效性,反铁磁耦合常数J的数值依次减小.