多氯联苯醚的结构参数和热力学性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法在B3LYP/6-31G*水平上对209个多氯联苯醚(PCDEs)系列化合物进行了全优化和振动分析计算, 得到各分子的结构参数和热力学性质, 并研究了这些参数与氯原子的取代位置及取代数目(N_PCS)之间的关系. 结果表明: 分子平均极化率(α)、焓(H^Ө)、自由能(G^Ө)、恒容热容( )和熵(S^Ө)与N_PCS之间有很强的相关性(相关性系数r²分别为0.9955, 1.0000, 1.0000, 0.9918, 0.9995), 分子体积(V_m)和最高占据轨道能(E_HOMO)与N_PCS也有较好的相关性, 相关性系数r²分别为0.9735和0.9362. 设计等键反应, 计算了PCDEs系列化合物的标准生成热(Δ_fH^Ө)和标准生成自由能(Δ_fG^Ө). 根据异构体自由能的相对大小, 从理论上求得异构体的相对稳定性顺序.     

硝基芳烃对梨形四膜虫毒性的QSAR研究

用30种硝基芳烃化合物DFT-B3LYP/6-311G**全优化计算结构参数: 最高占有和最低未占分子轨道能级(E_HOMO和E_LUMO)、次最高占有和次最低未占分子轨道能级(E_NHOMO和E_NLUMO)、前线轨道能级差(ΔE＝E_LUMO－E_HOMO)、分子的总能量(E_T)、硝基和硝基碳上净电荷(Q_NO2和Q_C-NO2)、与卤素相连碳原子上的净电荷(Q_C-X)、分子偶极矩(μ)和分子体积(V), 结合文献中的疏水性参数(log K_ow), 按取代基类型和数目分类进行其对梨形四膜虫急性毒性(－log IC₅₀)的定量构效关系(QSARs)研究. 结果表明, 前线轨道能级对硝基芳烃毒性作用有重要贡献, 硝基芳烃对梨形四膜虫的毒性作用主要以与生物分子发生电子转移等化学反应为主, 单硝基芳烃的毒性作用还与疏水性有关. 卤素的存在增加了硝基芳烃化合物的毒性, 卤素易被亲核取代. 对30种标题物作多元线性回归, 所得模型(－log IC₅₀＝18.037＋10.446Q_NO2－41.323ΔE－20.471E_NLUMO＋24.989E_NHOMO, n＝30, R＝0.962, SE＝0.185, F＝78.640, Sig.＝0.000)具有较高毒性预测作用.     

多氯联苯系列化合物的热力学性质和稳定性的密度泛函理论研究

在B3LYP/6-31G*水平上计算了218个多氯联苯系列化合物(PCB), 得到分子总能量(E_T)、焓(H°)、熵(S°)、自由能(G°)、零点振动能(E_ZPV)、恒容热容(C_V°)和热能校正值(E_th), 研究了这些参数与氯原子的取代数目及取代位置的关系.氯原子置换在不同的位置使E_T, H°和G°数值增加的顺序为: 2(6)位>>3(5)位＞4位, 即置换在2(6)位最不稳定; 两个氯原子在同一苯环比分别处于两个苯环的E_T, H°和G°增大, 增加的顺序为: 邻位>>间位＞对位, 即相互处于邻位最不稳定. 每增加1个氯原子, S°增大约30 J•(mol•K)^－1, E_th减小约22.2 kJ•mol^－1, E_ZPV减小约25.5 kJ•mol^－1, C_V°增大约16 J•(mol•K)^－1. 根据异构体自由能的相对大小, 从理论上求得异构体的相对稳定性顺序.     

多溴二苯并呋喃的热力学性质和稳定性的密度泛函理论研究

在B3LYP/6-31G*水平上对二苯并呋喃和135个多溴二苯并呋喃系列化合物(PBDF)进行了全优化计算和振动分析, 得到各分子的总能量(E_T)、焓(H⁰)、熵(S⁰)、自由能(G⁰)和恒容热容(C_V⁰), 研究了这些参数与溴原子的取代数目及取代位置的关系. 溴原子置换在不同位置时, 使E_T, H⁰和G⁰数值增加大小次序为: 1(9)＞3(7)＞2(8)＞4(6), 即置换在1(9)位最不稳定; 两个溴原子处在同一苯环时, E_T, H⁰和G⁰数值也都增加, 增加的顺序为: 邻>>间＞对, 即相互处于邻位最不稳定. 而且有两个溴原子同时取代在1和9位时, 使H⁰和G⁰的数值的增加比取代在邻位、间位和对位时的增加值都大. 每增加1个溴原子, S⁰增大约40.1 J•mol^－1•K^－1, C_V⁰增大约16.3 J•mol^－1•K^－1. 同时, 设计等键反应, 计算了各异构体的标准生成热(H_f⁰)和标准生成自由能(G_f⁰). 根据异构体自由能的相对大小, 从理论上求得异构体的相对稳定性顺序, 各异构体组中的稳定性顺序与PCDF系列的稳定性顺序基本一致.     

硝基芳烃对圆腹雅罗鱼毒性的DFT研究

对30种硝基芳烃化合物进行DFT-B3LYP/6-311G**水平全优化计算, 据所得量子化学参数分类建立了硝基苯类和硝基苯胺类化合物对圆腹雅罗鱼急性毒性(－lgEC₅₀)的定量构效关系(QSARs)模型. 结果表明, 硝基苯类化合物的毒性主要由硝基基团的电荷(Q_-NO2)和前线轨道能级差(ΔE)决定; 硝基苯胺类化合物的毒性则由分子最低未占轨道能级(E_LUMO)和ΔE决定. 苯环上取代基的类型、数目和取代位置直接影响到标题化合物的毒性大小, 强吸电子基如硝基会降低Q_-NO2和E_LUMO大小, 使化合物毒性增强, 且邻对位硝基取代的毒性高于间位取代; 相反, 给电子基团氨基的存在则会使化合物的毒性降低. 总之, 硝基是这两类化合物致毒的主要基团, 将硝基包覆或还原为氨基应为此类化合物解毒的重要途径. 最后以1,4-二硝基苯为例, 模拟了其活性亚硝基中间产物与蛋白质中还原性巯基间的反应, 并将其与硝基苯和1,3-硝基苯的反应活化能进行了比较, 讨论了不同取代基数目和位置对分子活性的影响, 结果与QSAR模型分析一致, 进一步验证了硝基芳烃化合物的致毒历程, 研究结果对品优高能炸药的分子设计也有助益.     

氮苄叉基苯胺分子的平面扭曲驱动力的DFT研究

为了探索DFT方法中氮苄叉基苯胺分子的扭曲驱动力, 通过把非平面氮苄叉基苯胺(NBA)分子的DFT能量分成π和σ的方法, 分析了垂直离域能ΔE^V(θ)及σ-π轨道作用能ΔE^σπ(θ)的失稳定性, 并讨论了在扭曲过程中它们所起的作用. 在B3LYP/6-31G*, 6-311G*, 6-31G(2d), 6-311G(2d)水平下的计算结果显示: 与经典观点不同, π电子的离域是失稳定的, 且平面时失稳定性最强, 是分子扭曲的动力; 但σ-π轨道作用也是失稳定的, 随着扭角的增大其失稳定性增强, 是分子扭曲的阻力. NBA分子的大扭角构象, 是包含π-π, σ-π轨道作用在内的各种电子相互作用共同作用的结果.     

多氯代菲分子结构和热力学性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论方法在B3LYP/6-311G(d, p)水平上对527个多氯代菲分子的几何结构进行了全优化并计算得到它们的热力学性质(等容热容( )、熵(S$)、标准生成焓(ΔfH$)和标准生成Gibbs自由能(ΔfG$)), 研究了这些性质与取代的氯原子数目和位置的关系, 根据各异构体的相对标准生成Gibbs自由能(Δr,fG$)的大小, 得到它们的热力学稳定性顺序. 计算结果表明: 绝大多数多氯代菲分子具有非平面的几何构型, 在多氯代菲分子中存在三种类型的分子内弱相互作用(H…H、C—H…Cl和Cl…Cl相互作用), 随着分子中取代的氯原子数目的增加, 多氯代菲最稳定异构体的ΔfH$和ΔfG$开始时逐渐减小, 然后又快速增加. 具有相同数目氯原子的多氯代菲异构体的ΔfH$和ΔfG$与氯原子的取代位置有很大的关系. 多氯代菲异构体的相对热力学稳定性主要由分子内的离域π键和Cl…Cl核排斥作用的强弱决定.     

多氯代吩噁嗪热力学性质的密度泛函理论研究

在B3LYP/6-31G*水平上对135个多氯代吩噁嗪(PCPXs)系列化合物进行了全优化和振动分析计算, 得到各分子在298.15 K, 1.013×105 Pa标准状态下的热力学性质. 设计等键反应, 计算了PCPXs系列化合物的标准生成热(Δf )和标准生成自由能(Δf ), 研究了这些参数与氯原子的取代位置及取代数目(NPCS)之间的关系, 结果表明: 熵( )、Δf , Δf 与NPCS之间有很强的相关性. 根据异构体标准生成自由能的相对大小, 从理论上求得异构体的相对稳定性. 以Gaussian 03程序的输出文件为基础, 采用统计热力学程序计算了PCPXs化合物在200 K至1800 K的摩尔恒压热容(Cp,m), 并用最小二乘法求得Cp,m与温度之间的相关方程, 发现Cp,m与T, T－1和T－2之间有着很好的相关性.     

气相色谱法研究配合物的热稳定性—ⅩⅣ.K2Co[Fe(CN)6]•H2O和Co3[Fe(CN)6]2•7H2O的热分解及其加氢反应

K₂Co[Fe(CN)₆〕•H₂O和Co₃〔Fe(CN)₆]₂•7H₂O的热分解经过脱水、放出(CN)₂和HCN或C≡N^-键断裂,最终固相产物中有铁钴合金生成。CN^-的多重键在加氢时断裂,生成NH₃和CH₄。以CN^-作为加氢反应的探针,考察了C≡N^-键在金属双端基间的配位活化作用。     

掺杂Eu2O3的SrTiO3及SnO2光致发光

用具有大能隙的本征半导体(SrTiO₃及SnO₂)粉末作本体,分别掺杂1%(原子百分数)的Eu₂O₃;所得物质表现出Eu³⁺离子的线发射光谱特性,但相对发光强度及光谱形状有相当大的变化。X射线衍射结构分析显示Eu³⁺在SrTiO₃晶格里是处在间隙位置,而它在SnO₂晶格里则形成新物相Eu₂Sn₂O₇。     

含硝基二代光致变色液晶树枝状大分子的光化学研究

研究了树外围含36个硝基偶氮苯端基新型二代碳硅烷光致变色液晶树枝状大分子(G₂)在溶液中的最大吸收波长, 摩尔消光系数, 反-顺光异构化反应速率常数, 热回复异构化反应速率常数, 光化学回复异构化反应平衡常数及速率常数. G₂的光致变色反应速率常数的数量级为10^－1 s^－1, 而含偶氮端基侧链聚硅氧烷的光致变色反应速率常数的数量级为10^－8 s^－1, 因此, 液晶树枝状大分子的光响应速率比后者快10⁷倍. G₂的光化学回复异构化反应平衡常数k_t/k_c为1.77～1.97, 有作为光控开关材料的应用前景.     

烷烃加和型性质的拓扑同系递变规律研究

用分子中原子的平衡电负性对分子图进行着色, 在距离矩阵的基础上结合分子中各原子的支化度构建一组拓扑指数ND, 它对分子结构实现唯一性表征, 具有优良的结构选择性, 用ND指数对链烷烃的加和型性质及同系递变规律进行研究, 结果表明烷烃加和型性质P可用下式来定量描述: P＝aND₁＋bND₂＋cND₃＋d, 其中a, b, c, d为常数. 用该式对85种链烷烃的标准生成焓Δ_fH^ө_m, 标准熵Δ_fS^ө_m, 标准生成吉布斯自由能Δ_fG^ө_m及67种链烷烃的摩尔体积V_m, 摩尔折射度R_m进行预测, 预测值与实验值吻合良好.     

低固相含量SiO2分散体系流变性研究

以甘油(GL)和聚乙二醇(PEG)为分散介质, 研究了低体积分数(Φ＜8%)的SiO₂分散体系的稳态和动态的流变性能, 发现体系都具有可逆的剪切变稀和剪切增稠现象. 在剪切速率大于临界剪切速率(γ^_.＞γ_^.c)时, 体系具有明显的剪切增稠现象, 而当γ^_.＜γ_^.c, GL体系只有轻微的剪切变稀现象, PEG体系剪切变稀现象却很明显. 在动态试验中考察了模量以及损耗角正切tg δ随剪切应力(σ)的变化. 在所研究的应力范围内, 体系中耗能模量G"都大于储能模量G', tg δ大于1, 体系主要表现为粘性. 用“粒子簇”生成机理能较好地解释这种剪切变稀和剪切增稠现象, 即剪切变稀是由于连续的空间网络结构被破坏, PEG体系剪切变稀现象较GL体系明显应该与PEG高分子链的松弛以及体系中较少的氢键有关; 剪切增稠是由于粒子簇的生成引起的.     

SYNDIOSPECIFIC POLYMERIZATION OF STYRENE WITH MULTI-NUCLEAR TITANIUM COMPLEXES

Two multi-nuclear titanium complexes [Ti(η5-Cp*)Cl(μ-O)]3 (1) and [(η5-Cp*TiCl)(μ-O)2(η5-Cp*Ti)2(μ-O)(μ-O)2]2Ti (Cp* = C5Me5) (2) have been investigated as the precatalysts for syndiospecific polymerization of styrene. In the presence of modified methylaluminoxane (MMAO) as a cocatalyst, complexes 1 and 2 display much higher catalytic activities towards styrene polymerization, and produce the higher molecular weight polystyrenes with higher syndiotacticities and melting temperatures (Tm) than the mother complex Cp*TiCl3 does when the polymerization temperature is above 70℃and the Al/Ti molar ratio is in the low range especially.     

MONTE CARLO STUDY ON THE CRITICAL ADSORPTION POINT OF BOND-FLUCTUATED POLYMER CHAINS TETHERED ON ADSORBING SURFACES

 The behavior of three-dimensional bond fluctuation model chains tethered on an adsorbing flat surface was simulated by the Monte Carlo method. The dependence of the number of surface contacts M on the interaction strength e and the chain length N was investigated by a finite-size scaling law M = N[a₀ + a₁N^1/v_k + O((N ^1/v_k)²)] for e near the critical adsorption point e_c, i.e., k ≡(e-e_c)/e_c closes to 0. The critical adsorption point was estimated to be e_c = 0.93, and the exponents  = 0.49 and 1/v= 0.57.     

Ab initio studies of three-membered ring formation through intramolecular nucleophilic substitution

Three-membered ring (3MR) forming processes of ⁻X(SINGLE BOND)CH₂(SINGLE BOND)CH₂(SINGLE BOND)F and ⁻CH₂(SINGLE BOND)C((SINGLE BOND)Y)(SINGLE BOND)CH₂(SINGLE BOND)F (X(DOUBLE BOND)CH₂, O, or S and Y(DOUBLE BOND)0 or S) through a gas phase neighboring group mechanism (S_Ni) are studied theoretically using the ab initio molecular orbital method with the 6–31+G* basis set. When electron correlation effects are considered, the activation (ΔG^≠) and reaction energies (ΔG⁰) are lowered by ca. 10 kcal mol⁻¹, indicating the importance of the electron correlation effect in these reactions. The contribution of entropy of activation (−TΔS^≠) at 298 K to ΔG^≠ is very small, and the reactions are enthalpy controlled. The ΔG^≠ and ΔG⁰ values for these ring closure processes largely depend on the stabilities of the reactants and the heteroatom acting as a nucleophilic center. The Bell–Evans–Polanyi principle applies well to all these reaction series. © 1997 John Wiley & Sons, Inc. J Comput Chem 18 : 1773–1784, 1997