DFT和热力学研究氢键协同效应及对关联1H NMR的影响

用DFT方法在B3LYP／6—311 G(d,p)水平下研究了甲醇线性和环状分子簇．对于不同大小的分子簇之间定义了协同因子,计算得到的协同因子可以验证氢键的强协同效应,环状分子簇之间的协同效应远远大于线性分子簇,做为理论验证和比较,热力学模型分别采用含氢键缔合的格子流体状态方程(LFHB),以及含氢键协同效应的LFHB,关联醇一惰性体系的^1H核磁共振化学位移．考虑协同效应的关联结果优于原始的LFHB,比较量子化学计算的和热力学模型中采用的协同因子,认为甲醇和乙醇在溶液中更可能大部分以线性缔合形式存在。     

DFT和热力学研究氢键协同效应及对关联1H NMR的影响

用DFT方法在B3LYP/6-311＋＋G (d,p)水平下研究了甲醇线性和环状分子簇. 对于不同大小的分子簇之间定义了协同因子. 计算得到的协同因子可以验证氢键的强协同效应, 环状分子簇之间的协同效应远远大于线性分子簇. 做为理论验证和比较, 热力学模型分别采用含氢键缔合的格子流体状态方程(LFHB), 以及含氢键协同效应的LFHB, 关联醇-惰性体系的¹H核磁共振化学位移. 考虑协同效应的关联结果优于原始的LFHB. 比较量子化学计算的和热力学模型中采用的协同因子, 认为甲醇和乙醇在溶液中更可能大部分以线性缔合形式存在.     

X-H (X = C, N, O, Si, P, S) 键离解能计算的密度泛函方法研究

使用了不同密度泛函方法计算X-H (X = C, N, O, Si, P, S) 键离解能,并分析不同密度泛函方法的计算精度。研究发现大多数密度泛函方法包括B3LYP, B3P86, B3PW91, G96LYP, PBE1PBE,和BH&HLYP都明显低估键离解能13-25 kJ/mol。该现象与是否使用无限基组无关,因为即使使用无限基组键离解能仍然被低估。因此密度泛函方法不适合用于键离解能的估算。其中B3P86方法的偏差最小。进一步分析表明,使用限制性开壳层计算并无任何优势,在大多数情况下非限制性开壳层计算实际上比限制性开壳层计算要好。最后,我们发现了密度泛函方法对键离解能的低估是系统的,因此建议利用校准后的UDFT/6-311++G(d, p)方法计算化学键离解能。     

6α和6β-羟基雄酮的电子光谱和核磁共振谱的理论研究

在B3LYP/6-31G(d)水平下,优化6α和6β-羟基雄酮的几何构型.用TD-B3LYP/6-31G(d)方法,计算它们的电子吸收光谱;采用规范不变原子轨道GIAO法,计算它们的1H-NMR和13C-NMR化学位移值.结果表明,6β-羟基雄酮比6α-羟基雄酮稳定;6α-羟基雄酮的最长吸收波长比6β-羟基雄酮的要长;6α和6β-羟基雄酮的部分原子的NMR值具有明显差别.     

丙氨酸晶体太赫兹振动光谱的实验和理论研究

利用太赫兹时域光谱和低频拉曼光谱仪研究了丙氨酸晶体在0.2-2.6 THz 范围内的太赫兹吸收和拉曼散射光谱. 研究表明: 在该低频范围有四个振动模式, 其中两个只具有拉曼活性, 其余两个同时具有红外和拉曼活性. 基于B3LYP杂化密度泛函的自洽场晶体轨道法对丙氨酸周期性结构进行了理论研究和光谱计算. 通过比较实验和理论结果, 指认了实验光谱特征峰所属的不可约表示. 通过理论计算得到的图形, 得出在此低频范围的振动模式主要包含分子间氢键的扭转和摇摆运动.     

有机晶体材料DAST和DSTMS的电子结构与光学性质

采用基于赝势平面波基组的密度泛函理论(DFT)方法,研究了有机晶体材料4-(4-二甲氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲苯磺酸盐(DAST)和4-(4-二甲氨基苯乙烯基)甲基吡啶2,4,6-三甲基苯磺酸盐(DSTMS)的电子结构和光学性质.结果表明,两种化合物具有相似的能带结构,其中价带顶和导带底分别含有较多二甲氨基和甲基吡啶中N原子的2p轨道成分.在线性光学性质方面,两种化合物具有较高的双折射率(Δn>0.5),在中远红外区均具有较好的透过性能.在二阶非线性光学性质方面,该类晶体具有较强的二阶倍频(SHG)效应,静态倍频系数d11约为150 pm V-1.由能带结构分析结果可知,体系的SHG效应与推拉电子基团之间的电荷转移密切相关,同时乙烯桥键在该电子转移过程中也起着重要作用.     

固态电解质锂离子输运机制研究进展

全球环境问题推动了可充电锂电池技术的飞速发展.与液态电解液相比,固态电解质不易燃,构筑所得固态电池的安全性能得以提升.如果能够理解固态电解质中的离子输运行为,就能精准调控固态电池锂的动力学稳定性和倍率性能.随着计算机技术的快速发展,原子尺度模拟技术成为理解材料离子输运的重要手段.针对以上问题,本综合评述首先汇总了固体材料中的常见扩散机制;然后介绍了固态电解质中的锂离子输运机制,着重讨论了影响固态电解质锂离子输运的重要因素(晶体结构、电子结构、外部因素及晶界);最后对固态电解质锂离子输运机制研究进行了总结与展望.     

发光共价有机骨架LCOF-NDT1荧光识别甲醛的理论研究

基于密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT),探究了发光共价有机骨架LCOF-NDT1与甲醛之间的分叉氢键作用.发现LCOF-NDT1与甲醛氢键作用后发光机理发生改变.氢键复合物的电子激发能减小,激发态下的氢键键长变短,氢键质子供体的~1H-NMR移向高场,氢键质子供体和受体的振动频率发生红移,均表明电子激发态下的氢键增强.氢键复合物的荧光速率系数减小,内转换速率系数增大,阐明电子激发态下氢键的增强有利于非辐射跃迁,不利于辐射跃迁,从而导致LCOF-NDT1荧光减弱或猝灭.计算结果表明LCOF-NDT1在荧光识别甲醛方面有潜在的应用前景.     

单嘧磺隆除草剂的晶体构象-活性构象转换的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论在B3LYP/6-31G(d)水平上对新型除草剂单嘧磺隆绕脲桥部分两个C—N键的内旋转势能面进行计算, 然后对势能面上的驻点进行构型优化和过渡态搜索, 得到单嘧磺隆4种稳定构象和构象转换过程所涉及的8个过渡态结构. 研究结果表明, 单嘧磺隆晶体构象-活性构象转换过程中涉及4种稳定构象和8条转换途径, 脲桥部分NH基团与嘧啶环上N原子所形成的分子内氢键对于构象的稳定性及转换过程起着十分重要的作用. 应用极化连续介质溶剂模型(PCM)在B3LYP/6-31＋＋G(d, p)水平下进行溶剂化效应计算, 结果表明单嘧磺隆从晶体构象转换成活性构象主要是在水相中进行的.     

腺嘌呤与富马酸共晶体的太赫兹光谱分析

利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术在室温下对腺嘌呤、富马酸及两者的共晶体进行测量, 实验结果显示腺嘌呤与富马酸共晶体在0.92、1.24、1.52 THz处有明显的吸收峰, 与腺嘌呤和富马酸不同, 表明共晶体物相结构不同于原料. 根据腺嘌呤分子氢键供体与受体的结构特点, 使用密度泛函理论(DFT)对腺嘌呤与富马酸三种可能的共晶体结构进行模拟. 结果显示其中一种可能的共晶体结构在0.89、1.16、1.41 THz处存在特征吸收峰, 与实验结果较好吻合. 由此判断腺嘌呤与富马酸共晶体氢键形成位置为腺嘌呤的氨基与富马酸其中一个羧酸的碳氧双键形成氢键, 而此羧酸的羟基与腺嘌呤六元环上的邻位氮原子形成第二处氢键. 本文还结合理论模拟的结果对腺嘌呤与富马酸共晶体的特征吸收峰对应的相关振动模式进行了归属.     

N-H?S hydrogen bonding in 2-mercapto-5-methyl-1,3,4-thiadiazole. Synthesis and crystal structures of mercapto functionalised 1,3,4-thiadiazoles

The synthesis and crystal structures of three mercapto functionalised 1,3,4-thiadiazoles and the crystal structure of 2-mercapto-5-methyl-1,3,4-thiadiazole are described. In the solid state, 2-mercapto-5-methyl-1,3,4-thiadiazole 1 forms a thioamide tautomer as shown by FTIR and Raman spectroscopy as well as X-ray crystallography and as theoretically predicted. The molecules are connected to form chains via N-H?S hydrogen bonds with N?S=328.3 pm. Bis(2-methyl-1,3,4-thiadiazolyl)-5,5′-disulfide 2, the disulfide of 1, as well as 2-(tert-butyldithio)-5-methyl-1,3,4-thiadiazole 3 and 2,5-bis(tert-butyldithio)-1,3,4-thiadiazole 4 have been synthesised and characterised by vibrational spectroscopy and X-ray diffraction.     

Experimental and Theoretical Evidence of Spin-Orbit Heavy Atom on the Light Atom 1H NMR Chemical Shifts Induced through H⋅⋅⋅I− Hydrogen Bond

Spin-orbit (SO) heavy-atom on the light-atom (SO-HALA) effect is the largest relativistic effect caused by a heavy atom on its light-atom neighbors, leading, for example, to unexpected NMR chemical shifts of ¹H, ¹³C, and ¹⁵N nuclei. In this study, a combined experimental and theoretical evidence for the SO-HALA effect transmitted through hydrogen bond is presented. Solid-state NMR data for a series of 4-dimethylaminopyridine salts containing I⁻, Br⁻ and Cl⁻ counter ions were obtained experimentally and by theoretical calculations. A comparison of the experimental chemical shifts with those calculated by a standard DFT methodology without the SO contribution to the chemical shifts revealed a remarkable error of the calculated proton chemical shift of a hydrogen atom that is in close contact with the iodide anion. The addition of the relativistic SO correction in the calculations significantly improves overall agreement with the experiment and confirms the propagation of the SO-HALA effect through hydrogen bonds.     

Structure and hydrogen bonding in polyhydrated complexes of guanine

Abstract Molecular structure of complexes of guanine with 12, 13, 16, and 17 water molecules were calculated using B3LYP/6-311G(d,p) level of theory. Interaction with water results in some deformation of geometrical parameters of guanine, which can be described as contribution of zwitter-ionic resonant form into the structure of DNA base. Saturation of water binding sites within guanine creates possibilities for the formation of the N···H–O hydrogen bond where the nitrogen atom of amino group acts as proton acceptor. The NBO analysis of guanine–water interactions reveals that hydrogen bonds involving the N(3) and N(7) atoms of guanine represent a case of mixed N···H–O/π···H–O hydrogen bonds where contribution of π-system into total energy of interaction varies from 3% to 41%. This contribution significantly depends on orientation of the hydrogen atom of water molecule with respect to plane of purine bicycle and influence of neighboring water molecules. Graphical Abstract      

(N2…CO)+体系相互作用的密度泛函理论研究

在2种密度泛函方法和适宜基组水平上,对(N2…CO)+体系可能存在的相互作用复合物进行了全自由度能量梯度优化,发现势能面上存在2个能量极小点,均为共平面型。 比较了它们之间的相对稳定性,并对其进行了轨道成键分析,同时探讨了最稳定结构A的正则振动模式。 通过消除基函数引起的重叠误差(BSSE)和零点振动能(ZPVE)的校正,精确求算出复合物结构A、B的相互作用能DE分别为125.0和61.0 kJ/mol, 同等电子体(CO…CO)+相比,二者存在较大的差异。     

乙烯-乙烯醇共聚物的固体核磁共振研究

乙烯 (Ｅ) /乙烯醇 (Ｖ)共聚物 (ＥＶＯＨ)为结晶性高聚物 ,作为膜材料有着广泛的用途 .在该体系中 ,不仅存在复杂的化学和物理结构 ,如序列分布、立构规整性和共晶结构 ,还存在复杂的氢键相互作用 ,是研究化学结构、聚集态结构和氢键相互作用之间关系的代表性体系 .通过ＤＳＣ[1 ] 、Ｘ 射线衍射[2 ] 、固体高分辨核磁共振碳谱 (1 3Ｃ ＣＰ/ＭＡＳ ＮＭＲ) [3～ 7] 等不同的研究方法 ,前人对ＥＶＯＨ体系及与之直接相关的乙烯醇均聚物(ＰＶＡ)的熔融温度、结晶度以及结晶结构等问题进行了大量研究 .1 984年Ｔｅｒａｏ等[6] 首先报道了在固…     

Structure of the products of condensation of hydroxylamine with trifluoromethyl-beta-diketones: assignments of the diastereotopic protons of the 4-methylene group in 5-hydroxy-5-trifluoromethyl-delta2-isoxazolines

The combined use of 1H NMR spectroscopy with theoretical calculations of chemical shifts (GIAO) and coupling constants (B3LYP/6-311 ++G**) of a 5-hydroxy-5-trifluoromethyl-Delta2-isoxazoline has enabled solving the problem of the assignments of the diastereotopic protons in this compound. This result has been extended to 5-hydroxy-5-trifluoromethyl-Delta2-pyrazolines and the corresponding 5-trichloromethyl derivatives.