肽链体系中的长程电子转移: 酪氨酸与色氨酸间电子转移的理论研究

用电子转移的半经典模型和量子化学半经验方法对色氨酸-酪氨酸二肽体系进行电子转移动力学参数计算.用AM1方法分别优化给体、受体和桥体几何构型,用线性反应坐标的构造了给体和受体分子间电子转移的双势阱,得到两透热势能面交叉处的反应坐标为R=(约等于)0.10,并确定了反应的内重组能及反应热.对色氨酰酪氨酸和酪氨酰色氨酸体系进行闭壳层HF自洽场计算,按Koopmans定理计算体系分子轨道分裂能值A(三角形),在R约为0处发现了A(三角形)的极小值,从而获得色氨酰酪氨酸及酪氨酰色氨酸体系分子内电子转移的电子转移矩阵元V~D~A分别为0.96kJ.mol^-^1和0.87kJ.mol^-^1.采用Marcus双球模型估算反应的溶剂重组能为64.60kJ.mol^-^1。     

电子转移的外电场效应──苯分子与苯正离子自由基间电子转移的从头算研究

基于半经典电子转移理论,结合量子化学计算,在HF/DZP水平上,研究外电场作用下平行的苯分子-苯正离子自由基体系(C₆H₄)₂⁺的分子内电子转移问题.在给体和受体几何构型优化的基础上,用线性反应坐标确定电子转移过渡态,分别用两态变分方法和基于Koopmans定理的分子轨道跃迁能方法计算电子转移矩阵元V_AB,讨论了V_AB对给体和受体中心距d的指数衰减关系.取中心距为0.6nm,研究了外电场对反应热的影响,计算得到在不同外电场强度下分子内气相电子转移的速率常数k.     

二氯二氰基苯醌及其阴离子自交换电子转移反应的理论研究

基于非平衡溶剂化能的约束平衡方法和溶剂重组能的新表达式, 实现了电子转移反应溶剂重组能的数值解, 研究了二氯二氰基苯醌(DDQ)及其阴离子体系DDQ-之间的自交换电子转移反应. 考虑了DDQ与DDQ-分子以平行方式形成受体-给体络合物时的两种构型. 引入线性反应坐标, 计算了该反应在不同溶剂中的溶剂重组能. 基于两态变分模型得到了反应的电子耦合矩阵元. 根据电子转移动力学模型, 计算了该自交换电子转移反应的速率常数.     

电子转移的外电场效应——苯分子与苯正离子自由基间电子 …

基于半经典电子转移理论，结合量子化学计算，城ＨＦ／ＤＺＰ水平上，研究外电场作用下平行的苯分子－苯正离子自由基体系（Ｃ６Ｈ４）２＾＋的分子内电子转移问题。在给体和受体几何构型优化的基础上，用线性反应坐标确定电子转移过渡态，分别用两态变分方法和基于Ｋｏｏｐｍａｎｓ定理的分子轨道跃迁能方法计算电子转移矩阵元ＶＡＢ，讨论了ＶＡＢ对给体和受体中心距ｄ的指数衰减关系，取中心距为０．６ｎｍ，研究了外电场对反应热     

肽链体系中的长程电子转移: 多肽构象和旁链间距对电子转移矩阵元的影响

用AM1半经验方法,优化了吲哚和苯酚中性分子、正离子自由基和负离子自由基的几何构型。用线性反应坐标近似和溶剂效庆的类导体屏蔽模型（COSMO）构造吲哚正离子和苯酚中性分子间电子转移的双势阱,用以估算多肽链中色氨酸和酪氨酸之间的电子转移的反应热和内重组能。优化TrpH-(Pro)n-TyrOH(n=0-3)多肽模型分子的结构和构象,用能级分裂因子的极小值方法计算了这些多肽体系的电子转移矩阵元。     

细菌光合反应中心Q~A和Q~B间电子转移反应的量子化学研究

用量子化学半经验的AM1和密度泛函DFT(BELYP/6-31G(d))方法分别优化了质体醌MQ1(Q~A)、泛醌UQ1(Q~B)及其阳离子自由基的结构。用Nelsen方法计算了电子转移反应MQ1-UQ1→MQ1UQ^-~1的内重组能λi。用线性反应坐标方法构造了该电子转移反应的双势阱,两透热势能面在反应坐标R≈0.30处相交。对该电子转移体系进行闭壳层的单点计算,并用Koopmans定理计算了体系的分裂能△,得到△随线性反应坐标R的变化关系。结果表明,在R=0.342处△有一极小值,从而得到该电子转移反应的电子转移矩阵元Vrp,并由此确定了反应的过渡态。在此基础上,用两球模型计算了反应的溶剂重组能λ0。本文还计算了该电子转移反应的活化自由能△G。最后,根据Marcus电子转移理论计算了该反应的速率常数ket为5.93×10^4s^-^1,由此得到该反应的半衰期与文献报道的结果一致。     

酪胺酸-色胺酸缩聚二肽分子内电子转移速率常数的从头算研究

用量子化学从头算方法对色氨酸－酪氨酸缩聚二肽体系进行电子转移动力学参数的计算。用ＵＨＦ／６－３１Ｇ方法分别优化给体,受体和桥体的几何构型,用线性反应坐标构造了给体和受体分子间电子转移的双势阱,得到两透热势能面在Ｒｃ约为０处交叉,表面气相反应为无能垒过程。     

酪氨酸与色氨酸间电子转移——氧化还原活性及电子跃迁能的从头算研究

在HF/6-31G和GASSCF/6-31G水平上对色氨酸和酪氨酸间的电子转移进行了理论 研究。用类导体屏蔽模型考察体系的溶剂效应。通过对给、受体几何构型的优化, 计算了孤立的给、受体之间电子转移反应的内重组能和反应能差。分别用 Koopmans定理和CASSCF/6-31G方法计算了色氨酸和酪氨酸的电离能。计算了此两种 氨基酸从基态到最低激发态的跃迁能。理论计算结果很好地解释了N_3~·高选择性 地氧化色氨酸残基,并诱发电子从酪氨酸残基向色氨酸残基转移的实验现象。     

酪氨酸与色氨酸间电子转移——氧化还原活性及电子跃迁能的从头算研究

在HF/6-31G和GASSCF/6-31G水平上对色氨酸和酪氨酸间的电子转移进行了理论 研究。用类导体屏蔽模型考察体系的溶剂效应。通过对给、受体几何构型的优化， 计算了孤立的给、受体之间电子转移反应的内重组能和反应能差。分别用 Koopmans定理和CASSCF/6-31G方法计算了色氨酸和酪氨酸的电离能。计算了此两种 氨基酸从基态到最低激发态的跃迁能。理论计算结果很好地解释了N_3~·高选择性 地氧化色氨酸残基，并诱发电子从酪氨酸残基向色氨酸残基转移的实验现象。     

四氰基乙烯-四甲基乙烯体系光诱导电子转移双势阱的从头算研 究

以两态模型为基础,用从头算方法,在DZP[所有原子带极化函数的Dunning(9s,5p)/(3s,2p)]基组水平上对四氰基乙烯与四甲基乙烯间的电子转移进行理论计算。通过孤立给体和受体的几何构型优化,计算了给体的电离能和受体的电子亲和能。计算表明,在光诱导电荷分离之后的返回电子转移处于高放热的Marcus反转区。通过碰撞配合物的结构优化和电荷分离处理,在线性反应坐标近似下得到四甲基乙烯-四氰基乙烯配合物电荷分离反应的双势阱,进而获得反应热,键重组能,以及跃迁能。     

含酪氨酸和色氨酸的肽内电子转移的溶剂重组能计算

基于连续介质模型，本文考察了多肽体系Trp-(Pro)n-Tyr (n=1,2) 从酪氨酸到色氨酸的分子内电子转移，并根据电荷定域的反应物和产物构型和线性反应坐标近似构造了电子转移的双势阱，通过势能曲线的交叉点确定了电子转移过渡态。本文重点讨论了电子转移溶剂重组能。根据作者的非平衡溶剂化理论和可极化连续介质模型编写了溶剂重组能计算程序并用于本文体系的计算。计算得到Trp-Pro-Tyr 和Trp-(Pro)2-Tyr.体系的溶剂重组能分别为20.89 kcal/mol和25.30 kcal/mol.     

给体-受体体系分子内光致电子转移反应研究

对一类以9，10－二甲氧基蒽为给体，双酚A为连接链连接不同受体的电子给体－受体体系，通过单光子计数法测定荧光寿命，计算了各体系内的光致电子转移反应速率常数，通过测定氧化还原电位，计算出各电子给体－受体体系电子转移反应的自由能变化．并根据电子转移反应理论对光致电子转移速率常数与自由能变化关系进行了理论计算分析，发现本文各体系的光致电子转移速率常数的实验值与电子转移反应理论曲线吻合得比较好，同时也揭示在该类给体－受体体系中未出现电子转移反转区的原因在于电子转移过程自由能变化（－ΔG）没有足够大。     

构型对芳基桥体分子内电子转移矩阵元影响的理论研究

在HF/6-31G水平上,研究了有机化合物二甲氧基-4-甲苯-四甲苯基桥体-二甲氧基-4-甲苯正离子间的电子转移.用线性反应坐标确定电子转移的过渡态,用两态变分法计算了电子转移矩阵元V_AB,在考虑非平衡态溶剂化效应下,计算了电子转移速率常数.改变桥体与氧化还原中心的二面角,计算了相应的电子转移矩阵元.通过电子结构分析,将电子转移矩阵元分为通过空间的直接耦合和通过键的耦合,提出了将后者进一步分为通过σ键和π键的耦合.得出通过π键的耦合与二面角余弦的平方成正比的结论.     

有机共轭体系电子转移反应的溶剂重组能

应用Marcus双球模型计算溶剂重组能λs时,在AM1法优化给受体几何构型基础上,提出了共轭体系电子云分布的扁球模型,并用统计的方法求出了rD/A.同时依照Miller等的处理办法,结合其他理论及实验证据将电子转移交叉反应中联苯分子的扭转能计入溶剂重组能λs中,从而用实验速率常数拟合出含扭转能的λs值.此实验拟合值与扁球法得到的λs计算值吻合得很好.通过比较理论值与实验值,发现了给受体间距的大小、受体分子的变化、溶剂的不同对λs计算值相对λs实验值的偏差的影响,直接证实了电子给受体的耦合作用,溶剂分子参与的超交换电子转移及溶质溶剂分子表面相互作用等量子因素造成的实际反应体系对溶剂经典连续介质模型的偏离.     

某些电荷转移反应中线性反应坐标确定的反应途径的非唯一性

在电子转移半经典模型的基础上,对氟代苯并菲组成的盘状液晶体系的电荷转移反应进行了研究,其反应动力学参数在量子化学B3LYP/6-31G(d,p)水平进行计算.研究中发现在反应物和产物的构型确定后,用线性反应坐标构造的反应途径和过渡态的构型不是唯一的.其原因是反应物和产物确定后,其独立内坐标的选择并不是唯一的.因此在计算电荷转移速率常数时必须考虑到多个过渡态构型才能得到定性正确的结果.     

氰基苯阴离子与CO2间的内球电子转移

用半经验AM1方法以及从头算方法在3-21G和6－31G*基组水平上研究了从氰基苯阴离子到CO2的电子转移过程．结果表明，对于先驱物(precursor),三种计算方法得出的给体、受体间的距离分别为0.2728nm(AM1)、0.2479nm（UHF/3-21G）和0.2769nm(UHF/6-31G*)．在这样短的距离内给体的HOMO与受体的LUMO轨道具有相当程度的重叠，应产生较强的相互作用，说明此反应是内球电子转移反应，从而解释了此类体系的电子转移反应不符合Marcus理论的原因．计算给出先驱物的束缚能为0.19eV(AM1)和0.26eV(6-31G*)     

芳烃硝化中的NO_2~++NO→NO_2+NO~+电子转移

用电子转移半经典理论,在谐振势近似下,导出交叉反应电子转移的动力学模型,在UHF/6-31G基组水平上,优化电子转移NO_2~++NO→NO_2+NO~+的碰撞络合物结构,用线性反应坐标研究了电子转移反应的透热势能面,反应活化能,电子转移矩阵元等动力学参量,对此交叉反应及相应的自交换反应体系NO_2~+/NO_2和NO~+/NO作动力学计算,得这3个基元步骤的活化能分别为81.4,128.8,和39.3KJ·mol~1.用过渡态结构参数估算溶剂重组对活化能的贡献,计算了300K时的速率常数.高的活化能垒可能影响NO_2~+在芳烃硝化中作为氧化剂的反应活性.     

Diels-Alder反应活性的量子化学计算研究

通过HF/6-31G*方法对Diels-Alder反应的一些双烯体及亲双烯体分子进行了结构优化和能量计算。对分子的LUMO、HOMO轨道能量的分析发现,给电子取代基双烯体与吸电子取代基亲双烯体、吸电子取代基双烯体与给电子取代基亲双烯体的Diels-Alder反应较易进行,只是反应开始第一步两者电子流向相反。计算结果表明,反应进行的可能性与一个反应分子LUMO轨道和另一个反应分子HOMO轨道能量之差呈正相关。     

淀粉系高吸水性树脂反应中间体稳定性及反应活性的量子化学研究

运用abinitioUHF方法和DFTUB3LYP方法在6-31G基组水平下对淀粉系高吸水性树脂反应中间体的模型体系进行几何构型优化.针对每类自由基对应得到的两种典型的构象异构体(1_a,1_b和2_a,2_b),进行稳定性和反应活性分析.构型1_a和2_b的总能量相对较低.比较4个模型体系的前线分子轨道,构型1_a的能隙较小,同时HOMO能量较高,易给出电子,LUMO能量较低,易得电子,有利于电子转移,因而有较好的反应活性.自由基自旋密度主要集聚在C2或C3上,未有较大弥散,同时也是前线MO主要布居位置和重要的反应活性部位.对构型1_a与丙烯酸模型分子形成的复合物分析表明,两者的反应未经过过渡态,在瞬间即可完成.     

吩噻嗪与四甲基哌啶氧铵正离子的电子转移反应动力学研究

以Marcus半经典电子转移理论为基本框架, 改进了重组能的计算方法, 建立了一套研究自交换和交叉电子转移反应的理论方案。用密度泛函理论和半经验分子轨道理论具体研究了四甲基哌啶氧铵正离子与吩噻嗪在乙腈溶液中的交叉电子转移反应以及相应的2个自交换反应的动力学性质, 计算了反应的活化能、重组能、耦合矩阵元等有关参数,获得了和实验结果相一致的电子转移速率常数。