桥联茂钛配合物催化丙烯聚合反应选择性的理论研究

采用密度泛函方法对3种不同类型的硅桥联茂钛配合物[Me_2SiN(Me_4Cp)TiCl_2(A),Me_2SiCpFluTiCl_2(B)及Me_2SiInd_2TiCl_2(C)]催化丙烯聚合反应的选择性进行了理论研究.计算结果表明,硅桥联茂金属配体的空间结构是其催化烯烃聚合反应的区域选择性和立体选择性的主要原因.聚合过程中,α-烯烃配位有1,2插入(一级插入)和2,1插入(二级插入)2种方式,3种硅桥联茂金属催化剂均表现为烯烃的一级插入,这种区域选择性与催化剂硅桥联配体的刚性结构密切相关.对烯烃聚合反应链增长机理进行了理论计算,结果表明,具有Cs对称性的Me_2SiN(Me_4Cp)TiCl_2和Me_2SiCpFluTiCl_2催化丙烯聚合分别得到无规立构和间规立构的聚烯烃产物,而具有C_2对称性的Me_2SiInd_2TiCl_2催化丙烯聚合得到等规立构的聚烯烃产物,与实验结果一致.     

纳米金催化一氧化碳氧化反应的理论研究

近年来,纳米金催化剂独特的催化性质,特别是其优异的低温催化氧化活性,引起了人们极大的研究热情.除低温选择氧化外,在精细化学品合成、大气污染物消除、氢能的转换和利用等领域也开发出了一系列有广泛应用前景的金催化反应.此外,体相金的化学惰性和纳米金的超高活性之间差异的“鸿沟”也引起了理论工作者浓厚兴趣,试图从原理上理解体相金和纳米金活性差异的根源. CO催化氧化是最具有代表性的研究金催化活性的化学反应,本文主要综述了近十多年来金催化 CO氧化反应理论计算方面的研究工作.一般认为, CO在纳米金表面的吸附是 CO氧化反应的初始步骤.密度泛函理论研究表明, CO在金表面的吸附强度主要与被吸附金原子的配位数有关：金配位数越低, CO的吸附能越强,部分研究结果表明两者之间存在近似的线性关系.我们研究发现, CO吸附强度也与被吸附金周围配位金原子的相对位置有关,其中位于正下方的配位金原子加强 CO吸附,而位于侧位的配位金原子则弱化 CO吸附,这显然削弱了 CO吸附与金配位数线性关系的可靠性.理论研究表明,在纯金表
　　面上 O2吸附强度一般很弱,只有在一些特殊结构的金团簇上才有较强的吸附,但在 Au/TiO2界面及 CeO2表面上 O2吸附较强.金表面原子氧的吸附和金的表面结构有关.我们发现,原子氧倾向于在金的表面形成一种线性的 O–Au–O结构以增加其稳定性.当金表面的氧覆盖度增大时,会形成一种金氧化物薄膜结构,其结构依赖于氧的化学势和金的表面结构.纳米金催化 CO氧化反应机理可能因体系、载体等的差异而不同.大部分理论计算结果表明,在纯金表面上 O2很难直接解离形成原子氧,因此反应机理可能是吸附的 CO先与 O2反应形成了一种 CO–O2中间体,然后解离形成 CO2.在 Au/TiO2和 Au/CeO2催化剂上 CO催化氧化机理争议很大,均有计算结果支持 LH机理和 M–vK机理.另外,根据实验上观察到了负载型纳米金能直接活化分子氧的结果,理论上也提出了分子氧先解离为原子氧再与 CO反应的氧解离机理.针对如何解离分子氧问题,人们分别提出了低配位金模型、正方形金结构模型、Ti5c模型及 Au/Ti5c模型等.我们也提出了一种独特的双直线 O–Au–O模型来理解 Au/TiO2或 Au/CeO2界面解离活化分子氧.理论计算结果表明,低配位的金,金和载体之间的电荷转移,以及金所表现出的强相对论效应对于纳米金的活性影响很大.需要特别指出的是,金的强相对论效应有助于理解金表面的 CO吸附与金配位的关系、金表面原子氧的吸附特性、金氧化物薄膜的结构和分子氧的活化等过程.我们认为,金的强相对论作用导致了体相金的化学惰性以及纳米金的活性,因此相对论效应的深入研究将有助于理解金催化 CO氧化反应机理,从而有助于深层次理解纳米金催化活性来源.     

对结构化学中价键理论教学的若干思考

通过追踪原始文献,分析结构化学中价键理论部分的教学内容,特别是对氧气分子基态电子结构的处理,发现价键理论不仅能够正确解释或预测分子结构,而且对芳香性、铁磁性等化学键本质的描述表现更优.     

光谱法鉴定手性化合物的绝对构型——从仪器表征到理论计算

手性化合物的结构确定,尤其是新型手性化合物的绝对构型测定一直是不对称研究的重要工作.除单晶测试外,光谱学方法近年来被广泛应用于手性分子结构鉴定,主要包括电子和振动圆二色谱、旋光光谱、旋光拉曼谱等.本文对上述测试方法的原理、应用范围和相关理论计算方法做了介绍.把谱学测试与理论计算相结合,将成为手性分子结构鉴定的重要发展方向.     

变压器油中抗氧化剂的电化学行为及密度泛函理论的研究

采用差分脉冲伏安(DPV)法,结合密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)计算,研究了抗氧化剂2,6-二叔丁基对甲酚(T501)的电化学行为,考察了工作电极的材料和大小,及电解质溶液的组成和浓度等实验条件。最佳实验条件为直径6mm石墨电极为工作电极,KOH-乙醇溶液(KOH浓度0.15mol/L)为电解质溶液。在优化条件下,基于变压器油T501使用浓度范围内(质量分数0.05%~0.50%),T501的浓度(c)与峰电流(Ip,μA)之间呈现良好的线性关系,建立了一种快速、准确测定变压器油中T501含量的新方法。该方法检测结果与国家标准方法的测定结果没有显著性差异,在保证准确性的前提下,大大提高了变压器油中T501含量测定的效率。检出限为0.032%,加标回收率为99.61%~101.43%。     

取代基对木质素三聚体模型化合物醚键均裂反应影响的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论M062X/6-31++G(d,p)方法,对27种具有不同取代基(甲基、羟甲基和甲氧基)的木质素三聚体模型化合物的Cα-O和Cβ-O键均裂解离能进行了理论计算,探究了不同位置取代基对醚键解离能的影响规律。结果表明,当R2或R3位氢原子仅有一个被甲氧基取代时,Cβ-O键解离能变化很小;当R2、R3位氢原子均被甲氧基取代时,Cβ-O键解离能明显降低;且R4、R5位甲氧基能强化R2、R3位甲氧基对Cβ-O键解离能的降低程度,而不受R1位取代基的影响。当R4、R5位氢原子相继被甲氧基取代时,Cα-O键解离能逐渐降低,且R2、R3位甲氧基也能强化R4、R5位甲氧基对Cα-O键解离能的降低程度。当R1位氢原子相继被甲基、羟甲基取代时,Cα-O键解离能逐渐升高,然而R2、R3位甲氧基会弱化R1位甲基、羟甲基对Cα-O键解离能的升高程度;R1位甲基不会影响Cβ-O键解离能,羟甲基却能明显提高Cβ-O键解离能。     

半纤维素模型化合物热解机理的理论研究

针对半纤维素模型化合物4-O-甲基葡萄糖醛酸的热解,提出了六种可能的反应路径,对各种反应路径中的反应物、产物、中间体和过渡态的结构进行了几何结构全优化,计算了各步反应的标准动力学参数。结果表明,4-O-甲基葡萄糖醛酸热解时,首先通过分子内的氢原子转移发生开环反应而形成链状中间体,然后中间体进一步分解,主要产物是甲醇、乙醇醛、2-羟基-3-甲氧基丁醛酸、乙二醛和2-羟基丁醛酸等;主要的热解竞争产物是甲酸、CO_2、CO、4-羟基-3-丁烯酮和甲基乙烯醚等。在半纤维素的热解中,CO_2是通过不饱和反应物或中间体脱羧基反应而形成,乙酸则是通过脱O-乙酰基反应而形成。     

几个荧光蛋白发色团双光子吸收性质的理论研究

实验测得的荧光蛋白的单、双光子吸收光谱在低频和高频区域都表现出明显不同的特征。为了揭示这些不同点的起源和研究荧光蛋白的构–效关系,我们详细研究了三种荧光蛋白发色团(一种增强型蓝绿色荧光蛋白的中性发色团和两种红色荧光蛋白的阴离子发色团)的单、双光子吸收特性,分别计算了纯的和振动分辨的电子谱。计算结果表明：光谱线形与计算采用的交换相关密度泛函及谱截面计算所采用的近似关系密切;如果在计算光谱截面时,我们利用长程修正的交换相关泛函CAM-B3LYP来计算几何和电子结构参数,然后把Franck-Condon (FC)效应和包含Herzberg-Teller (HT)效果的电-声耦合效应都考虑进去,理论计算的光谱与实验测定的光谱可以很好地符合;对于两种离子态的发色团,HT电-声耦合效应使得对应于基态到第一激发态跃迁的双光子吸收最强峰相对于单光子吸收的最强峰发生了蓝移,但HT电-声耦合效应对高频的双光子吸收谱没有太大的影响;分子内电荷转移是导致高频区的双光子吸收明显强于单光子吸收的主要原因。     

铀酰-Salophen受体对α, β-不饱和羰基化合物及手性客体的分子识别

基于密度泛函理论(DFT)的计算方法,研究了不对称铀酰-salophen受体对α, β-不饱和羰基化合物客体及手性小分子的分子识别。理论计算结果表明:配合物中受体的U原子与客体的O3原子配位,且受体与客体之间结合能随受体上芳环取代基的增大而增大; R₂, R₃-系列配合物中U―O3键的稳定性比R₁-系列的更强;配位后的α, β-不饱和羰基化合物中C＝C与C＝O之间的共轭效应减弱。而且,通过圆二色谱(CD)及结合能计算表明:芘基铀酰-salophen (受体3)对(R)-1-(2-萘基)乙胺的分子识别选择性优于(S)-1-(2-萘基)乙胺。因而,这些研究结果为不对称铀酰-salophens具有分子识别能力提供了新的信息。     

单层石墨相氮化碳负载Pt4团簇吸附O2的第一性理论研究

采用第一性原理密度泛函理论结合周期性平板模型模拟研究了Pt₄团簇吸附单层石墨相氮化碳(g-C₃N₄)的几何结构和电子性质,以及氧气在其表面上的吸附行为。同时,对比分析了氧气在纯净的石墨相氮化碳和Pt₄团簇上的吸附行为。计算结果表明, Pt₄团簇吸附在3-s-三嗪环石墨相氮化碳表面,并与四个边缘氮原子成键,形成两个六元环时为最稳定构型。Pt₄团簇倾向于吸附在三嗪环石墨相氮化碳的空位并与邻近三个氮原子成键。由于Pt与N原子较强的杂化作用,以及金属与底物之间较多电子转移增强了Pt₄团簇吸附g-C₃N₄的稳定性。另外,对比分析了氧气在纯净的g-C₃N₄和金属吸附的g-C₃N₄上吸附行为,发现金属原子的加入促进了电子转移,同时拉长了O―O键长。Pt₄吸附3-s-三嗪环g-C₃N₄比Pt₄吸附三嗪环g-C₃N₄表现出微弱的优势,表现出明显的基底扭曲以及较大的吸附能。这些结果表明,化学吸附通过调节电子结构和表面性质增强催化性能的较好方法。