密度泛函理论下的电负性均衡及应用

以密度泛函理论为框架,综述电负性和电负性均衡理论的发展及其在探讨各种分子性质时的应用。     

密度泛函理论下的分子总体电负性与调和平均电负性的关系

根据密度泛函理论定义的有效原子电负性，讨论了分子中总体电负性与调和平均电负性之间的关系，得到了调和平均电负性非常接近于总体电负性的结论，同时，说明了两者相似的原因，并对一系列分子给出了它们的数值比较．     

原子-键电负性均衡方法中的σπ模型及应用

带有双键或共轭双键的化合物可进行加成、氧化和聚合等反应,在有机、生物和制药等领域用途广泛．密度泛函理论下的电负性均衡方法在研讨分子电荷分布和反应性等方面有独特优势［１～４］．在电负性均衡方法中,Ｍｏｒｔｉｅｒ［１］的电负性均衡方法引人注目,但其未考虑分子中化学键的存在．Ｇｈｏｓｈ［２］的半经验电负性均衡方法考虑了化学键电荷,但键电荷取值假定太简单,只能处理双原子分子．Ｙａｎｇ［３,４］等的原子－键电负性均衡方法同时考虑了分子中原子和化学键的存在,取得令人满意的结果．至今尚无人明确地考虑双键的结构…     

密度泛函理论下的分子电负性（IV）——大环分子的总能量和电…

以密度泛函理论表述的电负性定义其均衡原理为基础，提出了一个修正电负性均衡方法（ＭＥＥＭ），可直接用于计算各类分子的总能量和原子电荷分布，通过对３个较大环状分子１８－ｃｒｏｗｎ－６，２４－ｃｒｏｗｎ－８和２４－ｃｒｙｐｔａｎｄ的实际计算，发现其计算结果与从头计算结果接近。     

密度泛函理论下的分子电负性(Ⅳ)──大环分子的总能量和电荷分布的直接计算

以密度泛函理论表述的电负性定义及其均衡原理为基础,提出了一个修正电负性均衡方法(MEEM),可直接用于计算各类分子的总能量和原子电荷分布。通过对3个较大环状分子18-crown-6,24-crown-8和24-cryptand的实际计算,发现其计算结果与从头计算结果接近。     

密度泛函理论下的分子电负性Ⅲ: 分子总能量的直接计算

本文根据密度泛函理论, 在分子基态总能量表达式中, 考虑了组成原子的内在能量、电负性和硬度的价态特征, 并引入协调原子间相互作用能项的k因子,不仅使处理和解释更为合理, 而且大大提高了计算精度和适用范围。据此, 我们提出和设计了一个直接计算体系基态总能量的新方案, 可广泛应用于各类分子和基团, 同时给出了一套较为普遍的实用参数, 通过上百个大小分子或基团的实际计算, 结果与从头计算结果符合相当好, 相对误差不到千分之一。此外, 该方案具有简单快速、易于执行等优点, 为大分子体系的能量计算提供了一个切实有效的方法。     

原子-键电负性均衡方法参数的确定与探讨

原子-键电负性均衡方法(ABEEM)是以密度泛函理论(DFT)和电负性均衡原理为基础发展而来，它明确地考虑了化学键是不引入任何实验数据的带纯理论性和计算的方法．使用统一标准并具有代表性和全面性地选择了200多个模型分子，利用可得到较准确结构的MP2／6-31G*优化结构，心／STO-3G单点计算得到Mulliken重叠布居，再用最小二乘法拟合得到许多主族元素在分子体系中的诸原子(包括单、双和叁键等不同成键状态)和化学键的ABEEM参数．所得到的原子的价态电负性可与已提出的其他电负性标度相比拟，计算CO得到的电荷负端为C(与从头计算的结果相反)，结果与实验相符，且原子电荷的正负不完全由原子电负性决定．     

元素电负性和硬度的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论的DFT LDA、DFT LDA/NL和改进的Slater过渡态方法,把元素的电离能和电子亲合能的计算扩展到周期表的103种元素.并用有限差分方法计算了这103种元素的电负性和硬度.计算中考虑了相对论效应.计算结果比以前Robles等用密度泛函理论的XGL和Xα近似的交换相关泛函的计算结果有所改进,更接近实验值.     

确定大分子体系电荷分布的新方法

近年来，应用密度泛函理论探求电负性和硬度与体系中电荷分布之间的关系，成为令人关注的课题[1~5]．Mortier[1,2]的电负性均衡方法（EEM）没有考虑化学键电荷．Ghosh[4]的半经验电负性均衡方法考虑了化学键电荷，但键电荷取值假设太简单．本文同时考虑了分子中的原子电荷和键电荷的作用，给出了分子中原子和化学键有效电负性的精密公式，这些公式为发展一个系统的精密电负性均衡方法及应用奠定了基础．1理论方法以密度泛函理论[6]为基础，将分子的单电子密度ρmol（r）按式（1）分割：式中ρα（r）是分子中α原子区域的单电子密度，ρα…     

应用原子-键电负性均衡方法预测超氧化物歧化酶催化反应的活性部位

应用原子-键电负性均衡方法计算了超氧化物歧化酶的电荷分布和Fukui函数. 结果表明, 超氧化物歧化酶活性中心与超氧阴离子自由基作用时, 金属离子电荷转移在0.1 e～0.3 e之间, 而配体原子等的电荷转移却很小; 同时金属离子的Fukui函数大于配位原子的Fukui函数. 超氧化物歧化酶活性中心与抑制剂作用失活后, 金属离子的Fukui函数小于抑制剂中配位原子的Fukui函数. 电荷转移和Fukui函数表明, Mn, Fe和Cu离子分别是含锰、铁和铜锌超氧化物歧化酶的活性中心部位, 该预测不仅与量子化学理论计算一致, 而且与实验现象相吻合.     

小分子配位对血红素活性影响的原子-键电负性均衡方法研究

应用原子-键电负性均衡方法, 计算了血红素与小分子的配位络合物的电荷分布和Fukui函数. 血红素与氧、水、一氧化碳和一氧化氮结合时, 铁离子电荷转移到配体原子上. 活性中心铁离子的Fukui函数均大于氧和水配体中的配位氧原子, 而小于一氧化碳和一氧化氮配体中的配位碳和配位氮原子的Fukui函数. 从Fukui函数可以得出, 一氧化碳和一氧化氮很难从它们与活性中心血红素结合的配位络合物中解离出来, 而氧和水易于从它们与血红素结合的配位络合物中解离出来, 进而, 血红素可以再与其它配体结合. 血红素与KCN和NaN3抑制剂作用时, 铁离子的Fukui函数均小于与其配位的碳和氮原子, 表明在过氧化氢酶中血红素的活性作用减弱或被抑制.     

密度泛函理论下的分子电负性--Ⅷ. ABEEM方法中封闭体系的电荷极化模式

在密度泛函理论（ＤＦＴ）和原子－键电负性均衡模型（ＡＢＥＥＭ）基础上,给出了建立ＡＢＥＥＭ软度矩阵和封闭体系的电子布居正则模式（ＰＮＭ）的方法．该方法可用于计算和讨论分子体系内部的电荷极化过程,计算结果表明,考虑了孤对电子（ｌｐ）后,原子－键电负性均衡模型下的电子布居正则模式明确地指出了分子内各个部分电荷间的极化．从ＡＢＥＥＭ可以得到与所有化学键电荷极化有关的电子布居正则模式,而这些与化学键电荷极化有关的电子布居正则模式中的最软模式可以正确地预测相应的从头计算结果,但是,方法更简单,结果更明了。     

密度泛函理论在分子磁学中的应用

通过对桥联双核铁的磁耦合常数的计算，探讨了密度泛函理论计算条件对计算 结果的影响。基于密度泛函理论下的破损态方法，着重讨论了双核 Fe(III)_2的 d~5-d~5电子通过氧桥的超交换作用。研究发现分子的反铁磁通道主要是Fe(III) d_yz和d_z~2与μ-O的p轨道形成的，具有π*/π*和σ*/σ*特征的超交换通道。     

密度泛函理论在分子磁学中的应用

通过对桥联双核铁的磁耦合常数的计算，探讨了密度泛函理论计算条件对计算 结果的影响。基于密度泛函理论下的破损态方法，着重讨论了双核 Fe(III)_2的 d~5-d~5电子通过氧桥的超交换作用。研究发现分子的反铁磁通道主要是Fe(III) d_yz和d_z~2与μ-O的p轨道形成的，具有π*/π*和σ*/σ*特征的超交换通道。     

吲哚分子振动光谱的密度泛函理论研究

用多种密度泛函理论(DFT)方法(BLYP/6-31G^*^*,B3LYP/6-31G^*^*,B3PW91/6-31G^*^*和SVWN/6-31G^*^*)对吲哚分子的平衡几何构型进行了优化。在优化构型的基础上计算了吲哚分子的谐力场、振动基频和红外光谱强度。计算得到的振动频率与实验值比较平均偏差对四种计算方法(BLYP/6-31G^*^*,P3LYP/6-31G^*^*,B3PW91/6-31G^*^*和SVWN/6-31G^*^*)分别为16.3,40.5,45.1和26.4cm^-^1。BLYP/6-31G^*^*理论力场被用于吲哚分子的简正坐标分析计算中。根据振动率的势能分布(PEDs)对此分子的振动基频进行了理论归属。     

原子-键电负性均衡方法融合进分子力场(ABEEM/MM)应用于蛋白质分子(Crambin)模拟

建立应用于多肽和蛋白质模拟的ABEEM/MM浮动电荷力场.利用该模型和参数,对实际蛋白质分子Crambin(植物种子中的一种小的蛋白质)进行模拟,得到了满意的结果,为其更广泛的应用开辟了道路.     

十二烷基苯磺酸钠和无机阳离子之间相互作用的密度泛函理论研究

研究阴离子表面活性剂和阳离子之间的相互作用对于理解阴离子表面活性剂的沉淀和溶解现象具有十分重要的理论和实际意义,但关于两者相互作用的相关理论模型鲜有报道。本文采用密度泛函理论(DFT)方法研究了十二烷基苯磺酸根阴离子(DBS^-)与阳离子(Na⁺, Mg²⁺和Ca²⁺)在溶液内及气/液界面处的相互作用。在溶液内,在两种不同溶液环境中(水相和正十二烷)构建DBS^-/阳离子相互作用模型,并对其进行优化。结果表明, DBS^-能够与阳离子以双齿结构稳定结合。DBS^-与阳离子的结合能不仅取决于参与的无机盐离子种类,还与溶剂的性质有关。在气/液界面处, DBS^-与六个水分子相互作用形成的水合物DBS^-·6H₂O最为稳定。但是,无机盐离子的引入会严重破坏DBS^-·6H₂O水合物的水化层结构。本文定义无量纲参量def用来对水化层结构的变化程度进行评价。无机盐离子对DBS^-·6H₂O水化层结构破坏程度的顺序为:Ca²⁺ > Mg²⁺ >Na⁺。电荷分析结果表明水化层在十二烷基苯磺酸钠(SDBS)头基与阳离子的相互作用中起了重要作用。     

ZnS薄膜原子层沉积机理的密度泛函理论研究

使用密度泛函方法研究了以二乙基锌(DEZn)和H2S作为前驱体在硅表面原子层沉积ZnS的初始反应机理.ZnS薄膜的原子层沉积包括2个连续的"半反应":即DEZn与H2S"半反应".研究显示:DEZn与H2S"半反应"都经历了一个C2H6消去过程.通过对比在单硫氢基及双硫氢基硅表面上的反应,发现邻位硫氢基的存在有利于前驱体分子的吸附并能够降低反应活化能,这意味着双硫氢基硅表面上的反应是能量上更有利的反应.另外,也发现DEZn"半反应"比H2S"半反应"更容易进行.     

黄酮类化合物的密度泛函理论研究

在混合密度泛函B3LYP理论下,用6-31G*基函数研究了几种典型黄酮类化合物分子的几何结构、电子结构和分子的静电势,讨论了电子结构和分子活性部位的关系.     

硫原子上亲核取代反应的密度泛函理论研究

在B3LYP/6-311 G(2df,p)的水平上,对反应X- CH3SCl(X=F,Cl,Br,I)进行了理论研究.计算结果表明:X-(X=Cl,Br,I)与CH3SCl作用时,实际发生的是在硫原子上而不是在碳原子上的亲核取代反应,而且属于加成-消去机理.但是F-与CH3SCl作用则容易发生脱质子反应.