一例含阴离子水簇的钴配合物的合成、结构及理论研究

金属配合物中的水簇研究为研究宏观意义上的水以及与蛋白质分子有关的水分子提供了有效途径。本文合成了一个含有阴离子水簇的带状超分子配合物[Co(2,2-bipy)₂(N₃)₂](N₃)_0.5Cl_0.5·2H₂O(1,2, 2-bipy=2, 2-联吡啶)。单晶结构解析表明,配合物属于三斜晶系,P-1空间群,晶胞参数为:a=0.822 54(7) nm,b=1.175 58(9) nm,c=1.237 06(10) nm,α=91.379 0(10)°,β=92.151 0(10)°,γ=108.119 0(10)°,V=1.135 27(16) nm³,由一个单核[Co(2,2-bipy)₂(N₃)₂]⁺配合物阳离子、两个非配位水分子、0.5个游离的叠氮离子和0.5个氯离子组成,叠氮离子和氯离子位置无序,占有率各为50%。两个客体水分子通过强烈的分子间氢键作用形成了环状水四聚体,且与无序的N^-₃和Cl^-通过氢键作用形成了一个[(H₂O)₄(N₃)Cl]^2- 阴离子水簇。此外,本文基于密度泛函理论(DFT)对配合物[Co(2,2-bipy)₂(N₃)₂]⁺阳离子进行了量子化学计算,分析了其单点能和原子电荷,并计算了中心金属离子的氧化态,计算结果与实验相吻合。     

2-(2-甲基烯丙基)-3-(3-甲基-1,2-丁二烯基)环己-2-烯酮重排生成八元环化合物反应机理的理论研究

采用密度泛函理论B3LYP/6-31G(d,p)方法研究了2-(2-甲基丙烯基)-3-(3-甲基-1,2-丁二烯基)环己-2-烯酮重排生成八元环化合物在气相中的反应机理. 考虑了两条可能的反应途径: 途径1包含5个过程, 途径2包含两个过程. 从能量上看, 两条途径的决定速度步均是[1,5]氢迁移. 采用自洽反应场极化连续模型(PCM模型)和极化导体模型(CPCM模型)研究了反应体系在甲苯溶液中的溶剂效应. 结果表明, 气相和溶液中途径2均是较优途径, 并且甲苯对该反应的溶剂化效应不明显. 理论研究结果与实验观察结果一致, 并很好地解释了有关实验现象.     

n(Mg)/n(Al)=3的水滑石层板结构及层间距的阴离子调控

利用密度泛函理论(DFT)的B3PW91方法在Lanl2dz水平上研究了镁铝摩尔比为3的水滑石层板分子簇模型[Mg30Al7(OH)72]9+的几何构型, 优化得到的结构参数和采用Reflex模块模拟得到的XRD图谱分别与实验观测结果相符, 由此确定了水滑石层板沿第三维方向的有序堆积, 该结构符合空间群R3m(166), 其晶胞参数a=1.2552 nm, c=2.3400 nm. 进一步构造了具有R3m空间群对称性的Mg-Al-CO32--LDH晶体结构模型, 选取其中的簇模型, 经优化得到了一种稳定构型, 脱除结晶水的水滑石层间距为0.7260 nm, 键参数的变化表明碳酸根离子与层板间存在较强的超分子作用.     

Zn(Ⅱ)/γ-MnOOH体系化学吸附的密度泛函理论研究

采用密度泛函B3LYP方法对Zn(Ⅱ)在水锰矿(MnOOH)2(H2O)6簇模型表面的水合、一级和二级水解三类共11种吸附构型进行了理论研究. 计算结果表明, 水合吸附构型的稳定性顺序为DC(双角)>SE-B(单边-B)>SE-A(单边-A)>DE(双边), 水解吸附构型的稳定性顺序为DC>SE-A>SE-B>DE, 均符合鲍林第三规则; 热化学分析结果说明, 其吸附和水解是相互制约的两个过程, 这一结论通过前线轨道理论分析得到了证明; 自然布居分析结果表明, 吸附过程中电子由簇模型向吸附质迁移; 结合电子供体-受体相互作用和前线轨道组成分析了吸附产物的稳定性.     

稳定直线型硝酮加-O-·2 合物的构型因素解析

对生命体系中的氧自由基, Spin trapping-ESR方法是公认的特征分析手段[1].然而, 对超氧阴离子自由基(O-·2)而言, 其自由基加合物稳定性差.对此,人们通过改变硝酮的取代基团, 设计出更为有效的O-·2捕获探针[2,3].     

微波硫灯发射光谱的理论模拟

通过实验观测了微波硫灯的发光光谱. 利用从头计算的多组态准简并微扰理论方法, 采用cc-pVQZ基组计算了S2分子B3Σu--X3Σg-态和B″3Πu-X3Σg-态的跃迁矩及其振动态之间跃迁的弗兰克-康登因子, 导出了S2分子振动分辨发射谱. 同时, 利用含时密度泛函方法计算了Sn(n=2~8)分子的吸收谱. 将计算得到的S2分子振动分辨发射谱与实验所测得的光谱分布进行了比较分析, 解释了微波硫灯的宽谱区发光光谱的特性.     

硫代乙酰胺光化学反应机理的理论研究

用B3LYP, MP2和CASSCF方法, 采用cc-pVDZ和6-31++G**基组, 研究了硫代乙酰胺在基态和最低三态上消除硫化氢以及其它光解离反应, 并考虑了单个溶剂分子参与反应对质子迁移反应的影响, 得到了消除硫化氢反应的反应机理, 计算结果可以很好地解释实验结果. 进而用CASSCF方法计算了第一激发单态上的各驻点, 以及各交叉点. 计算结果表明, 在S1和T1态上发生除分子内转动以外的化学反应的可能性比较小, 当分子被激发到S2态上时, 将通过S2/S1交叉点到S1态, 在S1态上的分子有两条途径去活化, 通过S1/S0交叉点到热基态, 通过S1/T1交叉点系间窜越到T1态. 因而得出CH3CSNH2发生光解离反应的可能性不大. 基于此, 可将硫代酰胺结构引入蛋白或多肽中, 有望在不破坏分子整体结构的情况下对其进行光化学研究.     

L1 β-Lactamase催化反应机理研究

用混合量子力学和分子力学(QM/MM)方法和密度泛函理论讨论了L1 β-Lactamase催化Nitrocefin水解的过程, 研究结果表明, 反应为多步反应: 第一步亲核进攻反应为反应的决速步骤, 并且伴随着酰胺键的断裂, 第二步反应为质子迁移反应. 同时讨论了金属锌在反应中的作用.     

一类泛函微分方程的渐近性

主要讨论一类泛函微分方程x（t）=a（t）g（x（t））＋b（t）f（x1）（t≥0）解的渐近表现．建立非振动解和振动解趋于零的充分条件．     

Geometries, Electronic Structures, and Electron Detachment Energies of Small Boron Sulfide Anions： A Density Functional Theory Investigation

A density functional theory investigation on the geometries, electronic structures, and electron detachment energies of BS, BS2, B（BS）2 and B（BS）3 has been performed in this work. The linear ground-state structures of BS （C∞v, ^1∑^＋） and BS2^- （O∞h, ^1∑g^＋） prove to be similar to the previously reported BO and BO2 with systematically lower electron detachment energies. Small boron sulfide clusters are found to favor the formation of -B=S groups which function basically as a-radicals and dominate the ground-state structures of the systems. The perfect linear B（BS）2^-（D∞h, ^3∑g） and beautiful equilateral triangle B（BS）3^- （D3h,^2A1”） turn out to be analogous to the well-known C2v BH2 and O3h BH3, respectively. The electron affinities of BS, BS2, B（BS）2 and B（BS）3 are predicted to be 2.3, 3.69, 3.00 and 3.45 eV, respectively. The electron detachment energies calculated for BS^-, BS2^-, B（BS）2^-, and B（BS）3^- may facilitate future photoelectron spectroscopy measurements to characterize the geometrical and electronic structures of these anions.