气液界面上阴离子表面活性剂单层膜的分子动力学模拟

用分子动力学方法研究了阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)在气液界面上的结构和动力学性质. 选择单分子占有面积分别为0.45和0.68 nm²的两个模拟体系, 通过径向分布函数表征了单层膜的厚度, 并根据疏水链中碳原子与极性头中硫原子之间组成的矢量分布和取向函数, 对比了不同界面单层膜的有序排列情况. 结果表明在分子占有面积较小达到饱和吸附的情况下, 界面上的SDS具有较好的有序性. 通过计算气液界面附近水分子的扩散系数发现: 由于氢键和静电作用的影响, 界面区域内的水分子较本体溶液中的水分子有较弱的迁移能力.     

单核Zn(Ⅱ)/Ni(Ⅱ)含氮配体配合物的合成、晶体结构及性质

合成了2个新的配合物[Zn(BPP)2(H2O)4](2,6-NDS)·0.5H2O(1)和[Ni(phen)2(H2O)2](A-2,5-DSA)·3H2O(2)(2,6-NDS=2,6-萘二磺酸根,A-2,5-DSA=苯氨-2,5-二磺酸根,BPP=1,3-二(4-吡啶基)丙烷,phen=1,10-邻菲咯啉),用X-射线单晶衍射结构分析方法测定了配合物的晶体结构。配合物1是单核分子,Zn2+离子与2个1,3-二(4-吡啶基)丙烷的2个N原子及4个水分子配位,形成单核配位阳离子。相邻配位阳离子通过配位水分子与氮原子的氢键作用联接成一维双螺旋阳离子链。双螺旋阳离子链与未配位的2,6-萘二磺酸根阴离子通过氢键作用形成二维超分子网。配合物2是单核分子,Ni2+离子与2个1,10-邻菲咯啉分子中的4个N原子及2个水分子配位,形成单核配位阳离子。配位阳离子与游离的水分子及苯氨-2,5-二磺酸根阴离子通过氢键作用构筑成二维超分子网。     

铬酸根离子的SERS检测及磁分离研究

介绍了一种基于表面增强拉曼光谱技术(SERS)的简单快速检测低浓度铬酸根离子的方法. 通过介质中水与铬酸根离子以及修饰在金基底和金纳米粒子表面的羧酸根形成氢键而构建“巯基苯甲酸-金基底/铬酸根-水/巯基苯甲酸-金纳米粒子”三明治结构. 通过检测标记分子的SERS信号判断溶液中是否存在铬酸根离子. 研究表明标记分子的SERS强度与铬酸根离子的浓度有关, 随浓度增加SERS强度呈非线性增强, 在10^－9 mol/L出现转折点. 利用以上三明治结构, 通过引入功能化的Fe₂O₃@Au核壳磁性纳米粒子, 利用外加磁场可富集分离溶液中的铬酸根离子, 经SERS 检测表明10^－5 mol/L的铬酸根离子磁分离后其浓度降低了约4～6个数量级.     

甘油对冰晶生长抑制作用的分子动力学模拟

采用分子模拟方法研究了正交晶系冰晶(020)生长面在不同浓度甘油水溶液中的生长情况. 通过统计分析氢键数、 密度分布函数、 均方根偏差和原子间径向分布函数研究了水分子和甘油分子的动态行为. 结果表明, 甘油分子在水溶液中可与水分子形成大量氢键, 这使水分子间的氢键作用受到抑制, 降低了水分子的扩散性, 致使冰晶不易成核和生长; 另外, 一些甘油分子可代替水分子吸附在晶面上, 甚至占据晶格位点, 这种行为打破了冰晶的对称性并且降低了冰晶的生长速率. 因此, 甘油可同时在晶面和液相中抑制冰晶的生长.     

DNA小沟结合二脒:水分子的识别作用

采用分子动力学模拟了DB921-DNA复合物, 通过7 ns的模拟研究表明: DB921一端的氨基氮原子与一个水分子形成氢键, 同时, 水分子又与DNA的5位A碱基的氮原子形成一个氢键. 水分子在DB921与DNA小沟结合中起了桥连的作用, 使得直线型的芳香二脒化合物DB921通过水桥与DNA小沟结合, 水分子诱导DB921分子与DNA的小沟域构型相适应, 与DNA小沟域的AATTC碱基有较强的结合作用. 在分子水平上提供了DB921与双螺旋DNA相互作用的结构及复合物的动态变化情况, 指出水分子在DNA小沟结合二脒化合物中的识别作用, 为设计出更高生物活性的DNA小沟结合剂提供一定的理论依据.     

含有二维有序水层的癸二酸锌(Ⅱ)、钴(Ⅱ)超分子配合物的构筑

室温下,在醇水溶液中合成了2个新型配合物,[Zn(phen)3]2·[Zn(C10H16O4)·(H2O)3]·(C10H16O4)2·20H2O(C10H18O4=癸二酸)(1)和[Co(phen)3]2·[Co(H2O)6]·(C10H16O4)3·30H2O(2),并对配合物进行了元素分析分析、红外光谱分析、热重分析以及晶体结构研究.配合物(1)的基本结构单元中含有一个电中性配位单元[Zn(C10H16O4)·(H2O)3]、二个配位阳离子[Zn(phen)3]2+、二个游离的癸二酸根和20个晶格水.Zn原子有两种配位模式,在[Zn(phen)3]2+配位单元中Zn原子与三个邻菲啰啉的六个N原子配位,构成略有畸变的八面体,Zn原子位于八面体的对称中心;在[Zn(C10H16O4)·(H2O)3]配位单元中Zn原子采取五配位的三角双锥构型,两个羧基均采取单齿配位,同一个癸二酸根与相邻的不同Zn原子配位,将相邻的[Zn(C10H16O4)·(H2O)3]配位单元连接起来,自组装得到了无限链状结构.配合物以癸二酸根为模板在ab平面形成了有序水层,该水层由5元,6元水簇,以及其他由羧基参与的各元环组成.与一般常见的6元水簇不同,配合物1中的6元水簇采取了高能量的类似苯环的平面构象.配合物(2)的基本结构单元中含有一个[Co(H2O)6]2+配位阳离子、二个[Co(phen)3]2+配位阳离子、三个游离的癸二酸根和30个晶格水.Co原子也有两种配位模式.在[Co(phen)3]2+配位单元中,Co原子与三个邻菲啰啉的六个N原子配位,构成略有畸变的八面体,Co原子位于八面体的对称中心.在[Co(H2O)6]2+配位单元中Co(II)与6个配位水的氧原子配位,6个配位水中的6个原子和Co(Ⅱ)形成八面体结构.通过水分子之间及水分子和羧基阴离子间的氢键形成了二维有序水层,二维水层中最小的构筑基元为6元环的水,最大的构筑基元为16元环水,每个水环中分别含有6个和16个游离的没有配位的水分子,水分子之间通过很强的氢键作用形成环形的超分子水簇.这些基元片断在二维空间扩展开来,形成二维有序水层.有趣的是,在该水层上通过水分子之间的分子间氢键形成了16元大环水簇,它与两端的六元环共用六条边,每一个16元水环中含有16个游离的没有配位的水分子,水分子之间通过氢键作用形成环形超分子水簇,每个水分子同时作为氢键的给体和受体.[Co(H2O)6]2+和四个羧酸根离子位于十六元环水的中心,与其周围的游离水分子形成了十二个氢键,同时与环外的游离水和羧酸根形成了十个氢键,对大环水聚集体起到稳定作用.     

油纸复合介质中水分子扩散行为的分子动力学模拟

对不同温度下水分子在油纸复合介质中的扩散行为进行了分子动力学模拟研究. 通过分析水分子与纤维素形成的氢键发现, 油中的水分子在模拟过程中会逐渐扩散到纤维素内并与之形成氢键, 而纤维素内的水分子则与纤维素形成氢键后被束缚于纤维素中. 通过分析水分子的扩散系数发现, 由于油和纤维素的极性不同, 使得水分子在油和纤维素两种单介质中的扩散行为有较大差别, 而在复合介质中的扩散系数受水分子在油和纤维素中的比例影响较大, 两者表现出很强的相关性. 水分子和两介质的相互作用与两介质的极性也存在很大的关系, 且不同温度下水分子与两介质的相互作用能和水分子在油和纤维素中的比例也表现出了较强的相关性. 不同温度下水分子的不同分布弱化了温度对扩散系数的影响.     

分子动力学方法研究聚甲基乙烯基醚／水体系中氢键和准氢键的结构与分布

用分子动力学方法模拟室温下不同浓度的聚甲基乙烯基醚／水体系的微观溶剂化结构．得到的径向分布函数和氢键给体和受体距离分布表明,聚合物与水形成的氢键比水之间形成的氢键短约0．005nm．准氢键C—H…O的数目是范德华作用对的7．2％．我们发现,在各浓度下,水分子并不能均匀地分布在聚合物结构单元上,即使在很稀的溶液（3．3％,质量分数）中,仍然有10％左右的醚氧没有和水分子形成氢键．这说明在溶液中,不但高分子链间有紧密的接触,而且高分子链内的链段间也有紧密的接触,导致链上的一些醚氧不能和水分子有效地接触而形成氢键．准氢键随浓度的变化和氢键的变化趋势类似,但形成准氢键的结构单元数目与形成氢键的结构单元数目比值在0．2附近．文献上用动态DSC测量低分子量聚甲基乙烯基醚（PVME）水溶液的相转变焓发现,在浓度为30％左右有一转折,与本模拟所得出的在浓度为27％左右氢键和准氢键比例的转折相关,这给相转变焓的转折点提供了分子尺度的微观解释．另外,浓度小于54％的溶液中存在“自由水”,在86％的浓溶液中每个结构单元大约与1．56个水分子缔合．     

水化镁基蒙脱石的分子动力学模拟

利用分子动力学(MD)模拟了300 K时镁基蒙脱石(粘土)层间水和镁离子的结构和动力学性质.模拟结果显示水在粘土层间分为二层,只有一小部分水被粘土表面吸附,与粘土结构中的羟基形成氢键,不同分布位置的水处于动态平衡.层间水分子氢键配位数比普通水少24%左右,水在粘土中自扩散系数D＝5.355×10^-10 m²·s^-1,约为主体相水的1/4.镁离子在粘土层间形成一层,其与水分子配位数约为6.进一步讨论了温度对粘土层中水的结构和动力学性质的影响.随着温度升高,水层的局部密度ρ(z)降低,水在XY方向的扩散系数不断增大.当温度达到600 K后,层间水分子间的氢键断裂,与超临界状态下水的结构相似,层间水的扩散系数达最大值,温度进一步升至700 K时,其值基本无变化.     

聚N,N-二乙基丙烯酰胺低聚物水溶液的分子动力学研究

对50个单元构成的聚N,N-二乙基丙烯酰胺(PDEA)低聚物的水溶液体系进行了分子动力学的研究,分别模拟了300 K时的伸展链、310 K时的伸展链以及紧缩链与水构成的体系,对溶液中PDEA周围溶剂水分子的分布情况以及水分子形成氢键的情况进行了统计,结果表明在PDEA周围的水产生了比本体水更有序的结构,形成了更多的氢键,这种有序结构维持到第二水合层甚至更远.发生相分离后,PDEA与水分子形成的氢键大部分未被破坏,水合层中每个水分子形成的氢键数也没有明显变化,但水合层(形成有序结构的水分子)内水分子数目的减少使得总的氢键数目减少,从而造成体系能量增加及熵增加.同时还研究了聚合物及水分子的自扩散系数,表明PDEA影响周围水分子结构的同时,对水的动力学性质也产生了很大影响.     

甘油水溶液氢键特性的分子动力学模拟

为了研究低温保护剂溶液的结构和物理化学特性, 以甘油为保护剂, 采用分子动力学方法, 对不同浓度的甘油和水的二元体系进行了模拟. 得到了不同浓度的甘油水溶液在2 ns内的分子动力学运动轨迹, 通过对后1 ns内运动轨迹的分析, 得到了各个原子对的径向分布函数和甘油分子的构型分布. 根据氢键的图形定义, 分析了氢键的结构和动力学特性. 计算了不同浓度下体系中平均每个原子(O和H)和分子(甘油和水)参与氢键个数的百分比分布及其平均值. 同时还计算了所有氢键、水分子之间的氢键以及甘油与水分子之间的氢键的生存周期.     

双甲基化大豆苷元磺酸盐的合成、晶体结构及活性研究

以大豆苷元为原料合成了强水溶性异黄酮类化合物7,4′-二甲氧基异黄酮-3′-磺酸钠(1)和7,4′-二甲氧基异黄酮-3′-磺酸铜(2).X射线单晶衍射分析表明,化合物1的分子组成为[Na(H₂O)₂](C₁₇H₁₃O₄SO₃),Na的配位数为6,且相邻钠离子以7,4′-二甲氧基异黄酮-3′-磺酸根氧原子桥连,与两个磺酸根的3个氧原子和1个S原子组成六元环,六元环通过Na-O配位键彼此稠合,在晶体结构中形成延伸的锯齿状聚合八面体配位钠离子链;这些钠离子链之间又通过配位水与配位水、磺酸根之间的氢键作用自组装成二维结构的超分子离子聚合物.化合物2的分子组成为[Cu(H₂O)₆](C₁₇H₁₃O₄SO₃)₂·8H₂O,Cu(Ⅱ)位于对称中心上.[Cu(H₂O)₆]²⁺,C₁₇H₁₃O₄SO^-₃和H₂O之间存在多种氢键;并且异黄酮环反平行排列存在π…π的堆积作用.氢键和π…π的堆积作用使化合物2自组装成三维结构的超分子.抗缺氧缺血活性试验结果表明,它们的抗缺氧缺血活性比大豆苷元的高.     

六元瓜环与磺基水杨酸主客体配合物的晶体结构

合成了六元瓜环与磺基水杨酸主客体配合物,并测定了其单晶结构.晶体结构表明六元瓜环包结了3个水分子,磺基水杨酸位于六元瓜环的外侧,且与水分子通过氢键与六元瓜环相连,瓜环之间通过端口的羰基O原子、磺基水杨酸以及水分子间的氢键作用形成一维超分子.     

水在NanZSM-5型分子筛中吸附的研究: 分子模拟

利用分子动力学(MD)模拟退火的方法和巨正则系综Monte Carlo模拟方法(GCMC)研究了水在NanZSM-5型分子筛中的吸附行为, 计算结果与文献中报道的实验结果吻合较好. 在此基础上, 进一步预测了水在不同硅铝比的NanZSM-5型分子筛中的吸附性质, 计算结果显示: 分子筛骨架上的硅铝比会显著影响水分子的吸附量和吸附等温线, 随着硅铝比的降低, 水的吸附量增加; 水分子的吸附位置是在钠离子和铝原子的周围, 平均每个钠离子周围吸附4个水分子, 而当水的吸附量增大时, 水分子与分子筛骨架上的氧原子之间发生了氢键作用; 在吸附量相同的条件下, 水的吸附热随着硅铝比的降低而升高.     

丙烯醛亚硫酸氢钠加合物的晶体结构

丙烯醛亚硫酸氢钠加合物,(CH_2=CH-CHO·2NaHSO_3·4H_2O)的空间群为 D_(2h)~(13) -P2_1/m 2_1/m 2/n,每个晶胞中含有2个克式量的加合物,正交晶胞的参数为 a=18. 24,b=7. 05,c=4. 77。从 Patterson 函数 P u,0,w),P(u,1/4,w)和 P(u,0. 35,w)中引出 SO_3 团和钠原子的参数。从上述参数合成了 Fourier 投影ρ(x,y)和 P(x,z),得出整个结构的模型和参数。根据这些参数合成的 Fourier 切面ρ(x,1/4,z)进一步确定了上述结构模型。上述结构分析的结果指出:(1) 丙烯醛加合物是1-羟基丙烷-1,3-二磺酸的钠盐,Na_2[O_3SCHOHCH_2CH_2SO_3] ·4H_2O;(2) 二磺酸根离子中的 C-S=1. 78(平均长度),S-O=1. 42(平均长度),其余的数据和一般共价单键者很接近;(3) 钠离子处在磺酸根和水分子的氧原子形成的八面体配位中;(4) 水分子以氢键填充在分布於和(010) 平行的层中的二磺酸根离子间的空隙中,而钠离子通过它的氧原子配位使各二磺酸根离子层连接起东;(5) 在每个二磺酸根离子中,羟基可以机遇地分布在四个等同的 a 位置上:(6) 晶体含有同数的1-羟基丙烷-1,3-二磺酸根离子的对映体;(7) 晶体中的水分子亦参与使晶体取得 D_(2h)对称性的无序现象。本工作使醛的亚硫酸氢盐加合物是 a 羟基磺酸盐的观点取得了新的、富有说服力的论证。     

盐溶液调控海藻酸钙微球中的自由羧酸根及其对阿霉素的装载和释放行为研究

采用膜乳化-凝胶化法制备了粒径窄分布的海藻酸钙微球.用不同浓度的氯化钠溶液处理微球来调控微球中的自由羧酸根的含量.用原子吸收光谱和红外光谱表征了微球中钙、钠离子以及化学基团的变化,证明盐处理后海藻酸钙微球内发生了钠离子置换钙离子的过程,海藻酸中的羧酸根由螯合态转变为自由态.用盐处理后的微球吸附带正电荷的小分子抗癌药物阿霉素的能力大大提高,其中用浓度1.8%的氯化钠溶液处理后的微球载药量达到1310μg/mg,是未处理微球的10倍.负载药物的微球具有pH敏感的释放行为,在pH5.5的PBS溶液中的释放速率和释放量显著大于在pH 7.4的PBS溶液中.     

两个含双磺酸基团化合物的合成、晶体结构及荧光性质(英文)

采用缓慢蒸发溶剂法在水中合成了2个含双磺酸基的化合物A-2,5-DSA·(Hphen)2·2H2O(1)和[Co(phen)2(H2O)2]·(A-2,5-DSA)·3H2O(2)(A-2,5-DSA=苯胺-2,5-二磺酸根离子,phen=1,10-邻菲罗啉)。化合物1中,相邻的质子化的1,10-邻菲罗啉反向堆叠在一起,水分子通过氢键与(Hphen)+和苯胺-2,5-二磺酸根离子相连,形成二维的层状结构。化合物2中,钴离子与2个1,10-邻菲罗啉和2个水分子配位,构成[Co(phen)2(H2O)2]2+阳离子。3个自由的水分子通过氢键将苯胺-2,5-二磺酸根离子和[Co(phen)2(H2O)2]2+连接形成三维网状结构。两个化合物中苯胺-2,5-二磺酸根离子均起到平衡电荷的作用。室温下2个化合物均具有荧光性质,其最大发射峰分别在601 nm和441 nm。     

1，2-环己二羧酸及芳香含氮配体的双核镉、锰配合物的合成和晶体结构

用水热法合成了两种新的配合物[Cd2(e,e-trans-chdc)2(bipy)2(H2O)2].H2O(1)和[Mn2(e,a-cis-chdc)2(phen)2(H2O)2].2H2O(2)(chdc=1,2-环己二羧酸,bipy=2,2′-联吡啶和phen=1,10-邻菲咯啉),用X-射线单晶衍射分析确定了配合物的晶体结构。配合物1和2均为双核分子。配合物1中,2个镉髤离子由2个1,2-环己二羧酸根以e,e-trans配位方式桥联,每个镉髤离子与1个2,2′-联吡啶的2个氮原子、2个1,2-环己二羧酸根的4个氧原子及1个水分子中的氧原子配位,形成了单帽变形三棱柱构型。配合物2中,2个锰髤离子由2个1,2-环己二羧酸根以e,a-cis配位方式桥联,每个锰髤离子与1个1,10-邻菲咯啉的2个氮原子、2个1,2-环己二羧酸根的3个氧原子及1个水分子中的氧原子配位,形成了畸变的八面体构型。配合物1和2分子之间都存在π-π堆积和O-H…O、C-H…O弱作用,进而将双核分子连接成三维超分子网络结构。配合物的荧光均来自于配体的荧光。     

[Zn2(C7H8O6)2(bipy)2(H2O)2]·4H2O手性配位聚合物的合成与晶体结构

采用溶剂热技术合成了一种新型手性配位聚合物[Zn2(C7H8O6)2(bipy)2(H2O)2]·4H2O(C7H8O6=2,3-氧-异丙叉基-L-酒石酸根, bipy=4,4'-联吡啶), 并通过单晶X射线衍射结构分析、元素分析、热重分析以及红外光谱进行了表征. 结构分析数据表明, 该化合物属单斜晶系, C2空间群, 晶胞参数a=2.02334(14) nm, b=1.13896(4) nm, c=1.01094(6) nm, β=117.366(3)°, V=2.0689(2) nm3. 两个晶体学独立的Zn原子均为八面体构型, 其中Zn1原子赤道配位点被2个酒石酸根中的4个羧酸根氧螯合配位, 2个酒石酸根中剩下的4个羧酸根氧中的2个分别与2个Zn2原子连接形成无限一维链, Zn2原子的另外2个反式赤道配位点被2个水分子氧占据, 同时这两种Zn原子的轴向配位点均被4,4'-联吡啶的氮原子占据, 形成具有矩形格子[0.51165(3) nm×1.13896(5) nm]的二维层状结构, 游离的2个水分子通过氢键作用形成二聚体, 并与酒石酸根中未与Zn配位的羧酸氧连接, 把二维层状结构连接成三维网状的超分子结构.     

反渗透过程中双壁碳纳米管通水阻盐性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法, 探究了非常规双壁碳纳米管(DWCNT)在反渗透过程中, 不同内外管间距对管道内水分子与盐离子运动行为的影响. 本文采用0.5 mol·L^-1氯化钠水溶液模拟海水, 内管始终采用CNT(8,8)型, 并对盐水层施加恒力模拟反渗透压. 重点考察盐离子数量分布与通水情况, 计算水分子平均力势, 并分析水分子氢键寿命与偶极矩分布. 结果表明, 管间距不仅影响上述各项性质, 还会改变盐离子与水分子在碳管中的渗透特性. 模拟结果显示, 小尺寸DWCNT可以有效实现盐水分离但水通量较小, 大尺寸DWCNT的水容量较大但阻盐效率不高, 而中尺寸DWCNT (即: 管间距为0.815 nm)则具有最佳的通水阻盐性能. 本文试图从分子层面揭示了DWCNT通水阻盐机理, 并为人们设计新型海水淡化渗透膜提供理论指导.