量化计算在预测NMR参数和固体催化剂酸性中的应用

本论文将量化计算和NMR实验方法相结合,研究了有机分子在分子筛孔道中的吸附以及分子筛H-MCM-22和重要烷基化催化剂BF₃/γ-Al₂O₃的酸结构和酸强度, 同时我们成功将组合量子化学ONIOM-GIAO方法用到大体系化学位移的计算.  (1) 将ONIOM-GIAO方法用来预测有机固体化合物和吸附在分子筛孔道中有机小分子的¹³C化学位移屏蔽张量. 以前该方法仅被用来研究小的体系,我们成功将其用于预测氨基酸分子和一系列被吸附有机分子的¹³C的化学位移. ONIOM-GIAO方法充分将氨基酸晶体(或分子筛骨架)的空间结构和静电势的影响考虑到活性中心化学位移的计算中,计算得到的¹³C化学位移与实验值符合得非常好.  (2) 分子筛中铝原子和Brǒnsted酸性质子的分布将直接影响到分子筛的催化反应活性. 我们利用ONIOM方法研究了铝原子在分子筛MCM-22骨架中的分布状态,结合探针分子(丙酮和三甲基膦氧)的固体NMR实验,确定了MCM-22分子筛的酸强度和酸分布,合理地解释该分子筛对某些催化反应所表现出的独特选择性.  (3) 结合固体NMR实验结果,用量化计算方法从原子分子水平揭示了重要烷基化催化剂BF₃/γ-Al₂O₃酸位形成机理,提出来了BF₃表面修饰γ-Al₂O₃后所产生Brǒnsted和Lewis酸性位的结构. 理论计算提出的酸性位的结构和酸强度特征完全符合NMR的实验结果.  (4) 量化计算表明当异丙醇与萘分子共吸附在丝光沸石孔道中,异丙醇呈现被分子筛Brǒnsted酸质子化的趋势. 这是由于萘分子大的共轭体系所表现出的强溶剂诱导效应,分散了异丙醇碳正离子的电荷,这是一种新的非极性溶剂所产生的诱导效应.     

氯铝酸离子液体酸性的红外光谱探针和量子化学研究

文章采用吡啶探针红外光谱、吡啶递增吸附实验研究和量子化学理论计算相结合的方法深入研究了氯铝酸离子液体的酸性及氯铝酸离子液体Lewis酸位Al₂Cl-₇与吡啶吸附之间的相互作用机理。通过实验和理论计算研究发现,Al₂Cl-₇,AlCl-₄阴离子具有吸电性,能够吸引吡啶环上的孤对电子产生吸附作用,具有Lewis酸性,它们分别呈现吡啶探针红外光谱Lewis酸特征峰;通过红外光谱特征峰峰位、键长及电荷分布分析表明Al₂Cl-₇的酸性强于AlCl-₄;氯铝酸离子液体Lewis酸位Al₂Cl-₇与吡啶吸附的机理为：当吡啶含量小时,仅存在Py-Al₂Cl-₇吸附;当吡啶量增加到一定程度时,Py-Al₂Cl-₇配位络合物中的AlCl-₄容易与吡啶发生吸附解离为Py-AlCl-₄配位络合物和Py-AlCl₃配位络合物,导致离子液体吡啶递增吸附红外特征峰发生变化。     

卤代对苝醌类光敏剂光敏活性影响的量子化学研究

以一种新型的醌类光敏剂—菌生素 (HMB)为模型化合物 ,利用量子化学从头算HF/ 6 31G和含时密度泛函TD B3LYP/ 6 31G方法计算研究了卤代作用对醌类光敏剂分子性质和光敏活性的影响 .结果发现 ,卤代作用降低了HMB母体的HOMO和LUMO能级 (EHOMO和ELUMO)及其差值△E ,随卤族元素从上到下 ,EHOMO和ELUMO呈增大趋势 ,而△E呈减小趋势 ,使得分子激发光谱有不同程度的红移 ,在增加PQP三重态量子产率的同时降低了分子最低三重激发态的能量 ,两种作用相互抵消 ,使得卤代物的 1O2 量子产率与母体相似 ;增加了分子的绝热电子亲合势 ,使分子产生O2 -的能力下降 ;卤原子的引入 ,降低了HMB母体分子内氢键的强度 ,同时使顺式构型的分子内质子传递势垒增大 ,而使反式构型势垒减小 .     

芳香基双咪唑配体的合成及量子化学计算

选用邻二氯甲基苯与咪唑为原料,合成[1,2-二（N-咪唑基甲基）苯]芳香基双咪唑配体,通过IR光谱和元素分析对配体进行表征.使用HF/6-31G（d）方法对该配体进行了量子化学计算,运用振动分析获得红外光谱,通过理论计算的IR光谱与实验获得的IR光谱特征峰位置较为吻合,并探讨配体的成键特征、前线分子轨道组成及原子净电荷布居规律,分析活性原子的特征.结果表明,配体的端基N原子具有较高的活性,易于同金属原子配位.     

氨三乙酸三脚架型配体的合成、结构表征及量子化学计算

以氨三乙酸和芳香胺(2a-2c)为原料,在N,N′-二环己基碳二亚胺(DCC),4-二甲基吡啶(DMAP)/1-羟基苯并三唑(HOBt)作用下合成了3个结构新颖的三脚架型配体(3a-3c),用IR,1H NMR及元素分析方法对配体进行了表征,并采用量子化学理论,在密度泛函理论(DFT)-B3LYP/6-31G(d)水平下优化了配体的空间构型,计算了其结构参数.为稀土配合物的合成研究提供参考.     

量子相干控制化学反应的进展和机遇

1995年 ,人们曾预言“量子控制多体动力学将成为化学物理的主流”(引自第 2 0届Ｓｏｌｖａｙ化学会议上ＳｔｕａｒｔＡ .Ｒｉｃｅ的主旨演说 .Ｓｏｌｖａｙ会议是研讨未来科学的高级会议 .这一届会议的主题是“光化学 :化学反应及其飞秒尺度上的控制”) .现在 ,我们看到了这股潮流正源源而来 ,每年都不断地在Ｎａｔｕｒｅ、Ｓｃｉｅｎｃｅ等杂志上刻下了里程碑 .人们一直希望控制化学反应的方向和历程 .早期的控制是被动的控制 ,即通过把握反应的宏观条件 (如温度、压力等 )或者选择适当的催化剂去实现 .自从分子反应动力学发展之后 ,人们在…     

AT1受体拮抗剂V8、V12和BZI8结构的量子化学研究

基于Mavromoustakos等人的分子动力学和蒙特卡罗方法结果,本文利用量子化学计算的方法研究了SARTANS(沙坦)类的3种AT1受体拮抗剂(V8、V12和BZI8).在B3LYP/6-31G(d)方法下计算得到了3种药物分子的平衡几何结构,并且采用B3LYP-GIAO/6-311G(d,p)方法计算了这些药物分子中的质子化学位移.通过研究结果可以看出,本文采用量子化学方法计算得到的3种分子的结构与Mavromoustakos等人通过分子动力学和蒙特卡罗方法得到的结果比较接近,计算结果与核磁共振实验的ROE数据和1H谱相比吻合得较好,说明所获得的结构较为合理.另外通过对所获得分子结构进行叠合分析发现,同属SARTANS类的3种分子在联苯咪唑环区域具有很大的相似性.     

AT1受体拮抗剂V8、V12和BZI8结构的量子化学研究

基于Mavromoustakos等人的分子动力学和蒙特卡罗方法结果，本文利用量子化学计算的方法研究了SARTANS（沙坦）类的3种AT1受体拮抗剂（V8、V12和BZI8）. 在B3LYP/6-31G(d)方法下计算得到了3种药物分子的平衡几何结构，并且采用B3LYP-GIAO/6-311G(d，p)方法计算了这些药物分子中的质子化学位移. 通过研究结果可以看出，本文采用量子化学方法计算得到的3种分子的结构与Mavromoustakos等人通过分子动力学和蒙特卡罗方法得到的结果比较接近，计算结果与核磁共振实验的ROE数据和¹H谱相比吻合得较好，说明所获得的结构较为合理. 另外通过对所获得分子结构进行叠合分析发现，同属SARTANS类的3种分子在联苯咪唑环区域具有很大的相似性.     

压缩相干态光场与Λ型三能级原子相互作用的纠缠特性

利用量子熵理论,研究了压缩相干态光场与Λ型三能级原子的量子纠缠随时间的演化特性.结果表明：光场与原子纠缠度依赖于初态原子能级叠加系数、光场压缩参量、相干态振幅参量及失谐量与耦合系数之比.当光场压缩参量增大时,光场与原子的最大纠缠度增大;若场失谐量与耦合系数之比增大,光场与原子纠缠则呈现周期性演化,系统呈现接近退纠缠;若场失谐量与耦合系数之比增大,光场与原子纠缠呈现周期性,场失谐量与耦合系数的比值足够大时,在一定时刻系统可处于稳定的最大纠缠态,且系统演化呈现周期性.