低标度XYG3双杂化密度泛函的开发与测评

以XYG3为代表的双杂化泛函代表了目前密度泛函方法的最高精度,可以胜任复杂化学环境中不同类型的相互作用的精准描述.然而由于XYG3采用二级微扰相关能(PT2)的形式引入未占轨道信息,其计算标度随体系尺寸呈5次方增长,同时内存需求呈4次方增长,这极大削弱了XYG3方法在复杂大体系研究中的可用性.本文介绍了一种结合局域密度拟合方法(Local Resolution-of-Identity, RI-LVL)与拉普拉斯变换(Laplace Transformation, LT)的低标度算法.采用MPI与OpenMP的混合并行设计,实现了可兼顾计算精度、计算效率和数值稳定性的低标度XYG3(LT-XYG3)计算功能.在一系列水簇及ISOL22测试集的测评中, LT-XYG3有效地降低了双杂化泛函的计算成本与内存消耗,展示了良好的可靠性与应用前景.     

几种苄基哌嗪衍生物13C NMR的计算研究

本文分别采用量子化学从头算Hatree-Fock方法和密度泛函B3LYP方法在6-311G++基组水平下对几种苄基哌嚷衍生物的13C NMR作了计算研究.结果表明两种方法计算得到的各苄基哌嗪衍生物中C原子化学位移的计算值与实验值之间均近似存在线性关系,其中采用考虑了电子相关作用的密度泛函方法计算时,各化合物中碳原子的化...     

萜类化合物13C NMR化学位移的定量构谱相关研究

利用原子电性作用矢量(Atomic electro-negativity interaction vector,AEIV)和原子杂化状态指数(Atomic hybridization state index,AHSI)对萜类化合物中的C原子进行结构表征并与其核磁共振碳谱(13C NMR)建立了优良的定量构谱相关(QSSR)模型.其中29个单萜类化合物中的290个C原子建模的计算值经留一法(Leave-one-out,LOO)交互校验(Cross-validation,CV)预测值的复相关系数(R)分别为0.9900和0.9867,进一步使用倍半萜、二萜、三萜化合物分子中65个C原子的13C NMR化学位移值来检测该模型的稳定性,模型预测值和观测值间复相关系数(R)为0.9777,取得了令人满意的结果.     

羰基化合物结构参数与其 13C NMR谱化学位移的关系

通过对62个羰基化合物中羰基^13C NMR谱化学位移与其部分结构参数关系研究,发现羰基^13C NMR谱化学位移与烷基极化效应指数(PEI)、部分电荷(qx)的关系可用下式表示：δ=a b∑PEI c∑qx 该式能比现有文献方法较好地表达羰基^13C NMR谱化学位移值随结构变化的规律,从而对解析^13C NMR谱及预测羰基^13C NMR谱的化学位移值提供了理论依据。     

大体系分区密度泛函计算方法

提出一种新的对大体系进行分区密度泛函计算的方法。将大体系划分为若干较小的区,每个小区是一个相对独立的量子力学子体系,计及其它区势场的影响和电子的Pauli排斥作用,可以进行相对独立的密度泛函计算。对各子体系求解单电子方程：(F^k F^kp)C^k=S^kC^kε^k K=A,B,C,…式中F^k,C^k,S^k,ε^k分别为子体系K的Fbck矩阵、轨道系数矩阵、基组重叠矩阵和本征值矩阵,F^kb起强制属于不同子体系的占据轨道之间保持正交的作用。得到的轨道是分区定域化的,汇总各区的计算结果得出整个体系的电子结构信息。通过对一些较大分子的计算,考察了几种因素对分区计算精度的影响。结果表明,提出的方法是可行的,通过控制各区基组的大小,可以基本消除基组截断误差,得到精确的计算结果。对于足够大的体系,本方法是一种线性标度算法;和文献报道的相关方法比较,更容易用于对体系的某些区域进行特别的计算研究。     

非对映异构体~（13）C NMR化学位移不等性研究

合成了８对非对映异构体酰胺，测定了它们的~（１３）Ｃ　ＮＭＲ化学位移值和相应的非对映异构体基团的化学位移差。根据实验数据提出一种分子优势构象与~（１３）Ｃ　ＮＭＲ化学位移不等性的相关模型。     

密度泛函理论及其数值方法新进展

综述了密度泛函理论及其数值方法的最新进展.密度泛函理论的发展以寻找合适 的交换相关近似为主线,从最初的局域密度近似、广义梯度近似到现在的非局域泛函、自相 互作用修正,多种泛函形式的相继出现使得密度泛函理论可以提供越来越精确的计算结果. 除了交换相关近似的发展,近年来密度泛函理论向含时理论、相对论等方面的扩展也很活跃 .另外,在密度泛函理论体系发展的同时,相应的数值计算方法的发展也非常迅速.从古老 的有限差分、有限元到新兴的小波分析都被用来实现密度泛函理论的数值计算.与此同时, 线性标度的密度泛函理论算法日趋成熟,使得通过密度泛函理论研究诸如生物大分子之类的 体系成为可能.随着密度泛函理论本身及其数值方法的发展,它的应用也越来越广泛,一些新的应用领域和研究方向不断涌现.     

胺类化合物的离子性指数、极化效应指数与其13C NMR谱化学位移关系

胺类化合物的离子性指数、极化效应指数与其13C NMR谱化学位移关系;脂肪胺化合物;13C NMR谱化学位移;离子性指数;极化效应指数;立体效应     

天然产物的绝对构型研究(Ⅱ)——通过比较旋光和碳氢谱的实验值与计算值确定生物碱类化合物的绝对构型

在研究天然产物绝对构型的过程中,筛选了一些绝对构型未确定的生物碱类化合物,利用密度泛函理论(DFT)在不同的计算水平下得出其旋光和碳氢谱数据.理论值与实测值对比分析结果表明,二者基本符合,从而鉴定出这些化合物的绝对构型.     

苯系衍生物环结构特性指标的^13C—NMR方法

利用~(13)C-NMR 图谱研究各种类型有机化合物的分子结构与性质,已成为实验室的常规方法。若不考虑实验条件的影响,有机物中的~(13)C 化学位移值主要取决于化合物的分子结构。不同的结构效应有不同程度的影响。因此,在一定条件下,人们可以通过分子的~(13)C-     

锕系计算化学进展

本文简要总结了过去十年中应用量子力学方法研究锕系化学的若干结果。我们将其大致归为几何与电子结构和化学反应两类。对于前者,简要总结了锕系元素化合物中的An-O键和金属-金属键;而后者则涉及水合反应和配体交换反应,歧化反应,氧化反应,铀酰离子的还原,氢胺化反应以及铀的叠氮化合物的光解反应等。     

丁烷衍生物类木脂素13C NMR化学位移预测

借助原子电性作用矢量(AEIV)和原子杂化状态指数(AHSI),对39种丁烷衍生物类木脂素共计854个等价C原子进行表征,并建立用于模拟该类分子13C NMR化学位移的多元线性回归方程.所得定量结构波谱关系(QSSR)模型及留一法交互检验相关系数分别为r=0.981和q=0.962.进一步用从马尾松松针中分离所得新木脂素中20个13C NMR化学位移对模型进行外部验证,预测结果与实验值较接近.表明所建模型有良好稳定性和泛化力,可对丁烷衍生物类木脂素13C NMR谱学数据准确模拟.     

DFT计算结合固体NMR研究富铝SSZ-13的铝分布和Br?nsted酸性

具有菱沸石(CHA)结构的SSZ-13分子筛在甲醇制烯烃(MTO)及柴油机车尾气氨选择性催化还原(NH_3-SCR)反应中具有重要的应用,采用富铝SSZ-13可以调节MTO反应的烯烃选择性和提升NH_3-SCR的低温脱硝活性,因此SSZ-13中的铝含量和分布与对应的酸性决定了其催化性能。本文采用密度泛函理论结合固体核磁共振实验研究了富铝和富硅HSSZ-13的Al位置与Br?nsted酸强度的内在关系。通过计算取代能发现,对于孤立Al位,质子位于Al周围4个不同O位时能量差异较小,最稳定的B酸位点是O(1)―H。对于富铝SSZ-13,两个Al原子位于同一六元环的对位是Al-Si-Si-Al (NNNN)序列中最稳定的结构,而Al-Si-Al (NNN)序列中能量最优的Al分布是两个铝原子排布于六棱柱上下不同的六元环上。通过计算最稳定构型下的质子亲和势、NH3脱附能和吸附氘代乙腈后的1H NMR化学位移,发现富铝SSZ-13中含有Si(2Al)分布的NNN序列导致了其Br?nsted酸强度弱于高硅的分子筛。分峰拟合29Si魔角旋转核磁共振(MASNMR)谱图表明富铝SSZ-13中Si(2Al)的含量在43%以上,而吸附氘代乙腈后的1H MAS NMR实验显示富铝SSZ-13的桥羟基化学位移向低场移动,进一步证明富铝SSZ-13具有较弱的Br?nsted酸强度。     

基于LFHB 理论模型关联和预测醇+惰性溶剂的1H NMR 化学位移

运用含氢键缔合的格子流体状态方程(LFHB), 仅用一个参数关联了一元醇-惰性溶剂共17个体系29套1H NMR化学位移数据. 并且用关联参数成功预测了不同温度下丁醇+环己烷的化学位移. 所得结果与化学缔合理论的结果进行了比较. 对于某些体系在稀浓度范围LFHB的计算氢键缔合度要低于化学缔合理论的结果. 并且分析了LFHB理论中的物理参数和化学参数对于缔合度计算的不同影响.     

计算平均力势的理论方法

A universal theoretical framework is proposed for calculating potential of mean force (PMF) between two solute particles immersed in a solvent bath, the present method overcomes all of drawbacks of previous methods. The only input required to implement the recipe is solvent density distribution profile around a single solute particle. The universal framework is applied to calculate the PMF between two large spherical particles immersed in small hard sphere solvent bath. Comparison between the present predictions and existing simulation data shows reliability of the present recipe. Effects of solvent-solute interaction detail, solvent bulk density, and solute size on the excess PMF are investigated. The resultant conclusion is that depletion of solvent component by the solute particle induces attractive excess PMF, while gathering of solvent component by the solute particle induces repulsive excess PMF, high solvent bulk density and large solute size can strengthen the tendency of attraction or repulsion. Relevance of transition from depletion attraction to gathering repulsion with the biomolecular interaction, i.e. hydrophobic attraction and hydration repulsion, is discussed.     

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.     

复杂缔合体系NMA-H2O的1H NMR研究

N-甲基乙酰胺(NMA)是最简单的肽键模型分子,广泛地被用来研究氢键相互作用.采用外标法测量了不同温度下NMA-H₂O缔合体系的¹H NMR数据,通过磁化率校正得到了混合物的准确化学位移数据.然后用量子化学计算的结果确定体系的缔合形式,运用化学缔合理论建立模型,对模型进行降维,减少模型参数;再采用最小二乘法,联合遗传算法(GA)和Levenberg-Marquardt算法对模型参数进行全局寻优,求解得到了缔合平衡常数和缔合平衡的ΔH和ΔS.此外,还采用密度泛函理论(DFT)计算了NMA-H₂O的几种主要缔合形式在298 K的ΔH,计算结果与化学缔合模型得到的结果和文献吻合较好.     

高精度相对论密度泛函计算方法

对适用于含重元素体系的高精度相对论密度泛函计算方法作简要的评述.结合本实验室的研究工作,重点介绍严格处理相对论效应的四分量相对论密度泛函计算方法和近似处理相对论效应的两分量和标量相对论密度泛函计算方法,包括零级规则展开近似(ZORA)方法及其改进和排除奇点的近似展开(SEAX)方法,以及适合处理局部包含重元素大体系的接合两分量-标量相对论(或非相对论)计算方法.     

GAUSSIAN程序中密度泛理论方法积分精度对计算结果的影响

给出了使用ＧＡＵＳＳＩＡＮ程序中密度泛函理论方法进行量子化学计算时遇到的一类问题－六氟锗乙烷分子Ｆ３Ｇｅ－ＧｅＦ３的基态构型随计算积分精度不同而改变,即ＧＡＵＳＳＩＡＮ程序中计算积分精度对计算结果产生重要影响的一个例子。