水液相下依达拉奉与过氧化氢自由基反应的DFT研究

采用基于密度泛函理论的M06-2X和MN15杂化泛函方法,结合自洽反应场理论的极化连续介质模型(SMD模型),研究了水液相环境下依达拉奉(Eda)消除过氧化氢自由基(HO₂)的反应机理.考察了HO₂抽H原子、HO₂加成到不饱和C和单电子从Eda向HO₂转移3个反应通道.势能面研究表明:HO₂抽H的自由能垒在0.0-153.9 kJ/mol之间;HO₂加成的自由能垒在68.9-90.3 k J/mol之间;单电子从Eda向HO₂转移的自由能垒是143.7 kJ/mol.结果表明,水液相下Eda可通过抽H和加成反应消除HO₂,依达拉奉可作为HO₂自由基的清除剂.     

水液相下依达拉奉与超氧阴离子自由基反应的密度泛函理论

采用密度泛函理论(DFT)的M06-2X和MN15方法,结合自洽反应场理论的SMD(solvation model density)模型方法,研究水液相下依达拉奉(Eda)消除超氧阴离子自由基(O■)的反应机理.结果表明：Eda消除O■的反应有3个通道,分别是O■抽H原子、 O■加成到不饱和C和单电子从Eda向O■转移;O■抽H反应的最低能垒为12.2 kJ/mol, O■加成反应的最低能垒为110.2 kJ/mol,单电子从Eda向O■转移的能垒为408.5 kJ/mol,抽H反应最具优势.水液相下Eda消除O■的反应主要在抽H通道实现,因此Eda可作为O■自由基清除剂.     

水液相下羟基自由基与两性Lys分子反应机理的量子化学研究

采用密度泛函理论的M06-2X和MN15方法，结合自洽反应场理论的SMD模型，研究了水液相下OH自由基与两性Lys分子的反应机理。研究发现：水液相下·OH抽取Lys分子不同位置的H原子、·OH加成到羧基C和电子从Lys分子向·OH转移3个途径均可诱导Lys分子损伤。势能面计算表明：·OH抽取不同位置的H原子的自由能垒在29.1至46.5 kJ·mol^-1之间，·OH加成到羧基C是无势垒过程，电子从Lys分子向·OH转移的自由能垒是42.2 kJ·mol^-1。结果表明，水液相下OH自由基可导致Lys分子损伤，Lys具有清除OH自由基的能力。     

水液相下Phe分子与Na+配合物对映异构的DFT研究

该文采用DFT(密度泛函理论)的M06-2X、MN15方法和处理溶剂效应的SMD模型方法，研究了在水液相下苯丙氨酸与钠离子配合物(Phe·Na⁺)的对映异构.研究结果发现：手性Phe·Na⁺的对映异构可在质子只以氧为桥、以氧和氮联合为桥和只以氮为桥迁移的3个通道上实现.反应势能面计算结果表明：质子只以氮为桥迁移的反应通道最优势，其余2个反应通道处于劣势.在隐性水溶剂效应下优、劣通道的速度决定步骤的自由能垒分别为228.0和255.8 kJ·mol^-1,在显性水溶剂效应下优、劣通道的速度决定步骤的自由能垒分别降至111.7～122.0 kJ·mol^-1和142.2～145.8 kJ·mol^-1.研究结果表明：在水液相下手性Phe·Na⁺的消旋速度极慢，苯丙氨酸钠短期用于生命体同补苯丙氨酸和钠元素比较安全.     

水溶剂环境下两性苯丙氨酸分子对映异构的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论的M06-2X和MN15方法，结合自洽反应场理论的SMD模型方法，研究了水液相下两性苯丙氨酸(Phe)分子的对映异构。考察了α-H直接以羰基O为桥、Phe分子从两性异构成中性后α-H再以羰基O和氨基N分别为桥向α-C迁移的3个反应通道。势能面研究表明：隐性溶剂效应下第1和第3个反应通道具有优势，决速步自由能垒分别是239.9和236.1 kJ·mol^-1;显性溶剂效应使第1通道的决速步自由能垒降到142.8 kJ·mol^-1,第3通道的决速步自由能垒降到120.9 kJ·mol^-1。结果表明，水溶剂环境下光学纯的Phe只能少量消旋，生命体补充Phe具有较好的安全性。     

水液相下赖氨酸钙(II)配合物旋光异构的DFT研究

该文采用DFT的M06-2X和MN15方法结合极化介质的SMD模型,研究了在水液相下两性赖氨酸分子2价钙配合物(Lys·Ca(II))的旋光异构.反应通道研究发现:Lys·Ca(II)的旋光异构可在Lys从两性异构为中性后,α-H以氨基N作桥和羰基O作桥迁移的2个通道上实现.势能面计算结果表明:,α-H以氨基N作桥的反应通道最具优势,在隐性水溶剂效应下决速步能垒为220.8 kJ·mol^-1,α-H从手性C向氨基N迁移的过渡态在显性水溶剂效应下的能垒降至120.5 kJ·mol^-1左右.研究结果表明:在水液相下手性Lys·Ca(II)的消旋过程十分缓慢,其用于生命体同补Lys和Ca(II)具有较好的安全性.     

水溶液环境下赖氨酸钠配合物手性转变的理论研究

该文采用密度泛函理论(DFT)的M06-2X方法和MN15方法，结合处理溶剂效应的SMD模型方法，研究在水溶液环境下赖氨酸钠配合物(Lys·Na⁺)的手性转变.研究结果发现：Lys·Na⁺的手性转变反应可在3个通道上实现，它们分别是α-H以羰基O为桥迁移、α-H迁移到羰基O后氨基N上的H再向α-C迁移以及α-H以氨基N为桥迁移.计算结果表明：α-H以氨基N为桥迁移的反应通道最具优势，在隐性水溶剂效应下该通道的自由能垒为221.6 kJ·mol^-1,水簇的作用使该能垒降为115.6～119.0 kJ·mol^-1.研究结果表明：Lys·Na⁺在水溶液环境下的手性转变很缓慢，其用于生命体同补赖氨酸和钠离子比较安全.     

水液相环境下赖氨酸旋光异构及羟自由基致其损伤的机理

在MP2/6-311++G(2-df,pd-)//B3LYP/6-31+G(d,p)双理论下, 采用自洽反应场(SCRF)理论的SMD模型方法, 研究水液相环境下, 两种稳定构象赖氨酸分子基于氨基氮为氢迁移桥梁的旋光异构过程及羟自由基致其损伤的机理. 势能面计算结果表明： 在水液相环境下, 当2个和3个水分子簇作为氢迁移媒介时, 构象1旋光异构的决速步骤Gibbs自由能垒分别为116.02,112.71 kJ/mol, 构象2旋光异构的决速步骤Gibbs自由能垒分别为110.27,114.29 kJ/mol; 当羟自由基与水分子链作为氢迁移媒介时, 羟自由基抽氢致赖氨酸分子构象1和构象2损伤的Gibbs自由能垒分别为-53.06,-56.05 kJ/mol, 均为无势垒反应. 即在水液相环境下, 赖氨酸分子可缓慢地旋光异构, 羟自由基可迅速致赖氨酸损伤.     

氢分子消除体内羟基自由基的微观机理

为了认识氢气生物学效应的分子机制,采用量子化学的M06-2X/6-311+G(d,p)和CCSD(t)/augcc-pVTZ方法模拟了人体条件下(310 K、液相)氢分子与羟基自由基的反应机理,计算发现该反应的吉布斯自由能变化值为-56.9 kJ/mol,活化自由能垒为20.9 kJ/mol,从热动力学角度氢分子均容易消除羟基自由基.然后从电子结构和轨道作用层面对氢分子清除·OH的微观机制进行了探讨,揭示了反应活化能的来源:氢分子的一个氢原子作用于·OH的氧原子形成复合物;复合物从反应物变为过渡态过程中,第5号α占据轨道在组成上失去了·OH片段4号轨道的贡献,导致能级显著升高,并且·OH片段向氢分子片段转移的电子数显著增加.     

水环境下苯丙氨酸分子旋光异构及羟自由基致损伤的机理

采用密度泛函理论的B3LYP方法、微扰理论的MP2方法和自洽反应场(SCRF)理论的smd模型方法,研究了2种稳定构型的苯丙氨酸分子基于氨基做氢迁移桥梁,在水汽相和液相环境下的旋光异构.势能面计算表明:2个水分子簇的催化使构型1旋光异构的决速步能垒从裸反应的256.70kJ·mol-1降到123.98kJ·mol-1,使构型2旋光异构的决速步能垒从裸反应的256.50kJ·mol-1降到119.85kJ·mol-1.水溶剂效应使这两个能垒进一步降到104.74和103.68kJ·mol-1.在水分子辅助作用下,羟自由基拔氢致Phe_1和Phe_2损伤的能垒是21.06和22.26kJ·mol-1,水溶剂效应使羟自由基致苯丙氨酸分子损伤过程变成了无势垒反应.     

Ni1/g-C3N4催化乙炔加氢反应的密度泛函理论研究

乙烯是石化产业的主要原料之一，广泛运用于工业生产和基本生活。乙烯中少量的乙炔杂质从根本上会影响下游产品，那么乙炔选择性加氢就可以提高乙烯产量，减少杂质产生。本文中构建了Ni₁/g-C₃N₄催化剂模型，以密度泛函理论为依据，从B3LYP泛函基组出发，计算过程中采用DFT-D3校正。对Ni原子使用LAN2DZ赝势，对于C, H, N非金属原子使用6-31g^**基组。通过分析静电势、态密度和在催化剂上的吸附行为，系统性研究了Ni₁/g-C₃N₄催化剂催化乙炔加氢的反应机理，详细阐述了选择性和活性。结果表明，Ni₁/g-C₃N₄催化乙炔加氢的最优反应路径是乙炔加氢生成乙烯，能垒是20.05 kcal·mol^-1;乙烯加氢生成乙烷，能垒是90.29 kcal·mol^-1。Ni₁/g-C₃N     

水环境下限域在MOR分子筛内的α-丙氨酸在羟自由基作用下的旋光异构及损伤

用量子力学与分子力学组合的ONIOM方法,结合自洽反应场(SCRF)理论的SMD模型方法,对标题反应进行理论研究。研究发现:标题反应有a和b两个反应通道,a通道是羟自由基水分子簇等与α-H和氨基氮通过氢键作用形成底物,b通道是羟自由基水分子簇与α-H和羰基氧通过氢键作用形成底物。势能面计算表明:羟自由基水分子簇组合作质子转移媒介,水分子拔α-H使α-Ala旋光异构,水汽相环境下,a通道具有优势,决速步能垒是136.1 kJ/mol;水液相环境下,优势反应通道是b,过渡态产生的内禀能垒是78.1 kJ/mol。水分子辅助羟自由基抽α-H致α-Ala损伤的优势通道是a,决速步能垒是25.3 kJ/mol,水溶剂效应使该能垒降到22.1 kJ/mol。结果表明:水环境下羟自由基的存在可使MOR分子筛内的α-Ala旋光异构与损伤同时发生,在竞争中损伤过程具有明显的优势;MOR分子筛的限域改变了α-Ala的异构机理并起到了较好助催化作用。     

水环境下羟自由基致布洛芬分子损伤的机理

采用基于密度泛函理论的B3LYP方法和从头算的MP2方法,结合自洽反应场理论的SMD模型方法,研究了水汽环境下羟自由基致2种构象的布洛芬分子损伤及水溶剂化效应。研究发现:羟自由基致布洛芬损伤有羟自由基(水分子簇)抽α-氢和羟自由基加成到苯环两种机理。势能面计算表明:对于布洛芬分子构象1,水分子辅助羟自由基抽α-氢的反应通道具有优势,抽氢反应能垒是34.68 kJ/mol;对于布洛芬分子构象2,羟自由基抽α-氢的反应通道具有优势,抽氢反应能垒是34.81 kJ/mol;羟自由基加成到苯环的能垒大约是26.00 kJ/mol;损伤的布洛芬分子难以修复。水溶剂化效应对羟自由基(水分子簇)抽α-氢和羟自由基加成到苯环致布洛芬损伤反应的影响很小。     

天门冬氨酸分子手性转变机理及水分子和羟自由基的催化作用

采用密度泛函理论的B3LYP方法和微扰理论的MP2方法,研究了单体天门冬氨酸分子手性转变机理及水分子和羟自由基对氢迁移反应的催化作用.反应通道研究发现:天门冬氨酸手性转变有a,b,c和d 4个反应通道.a是手性C上的H以氨基N为桥,转移到手性C另一侧;b是手性C上的H顺次以羰基O和氨基N为桥,转移到手性碳另一侧;c是手性C上的H只以羰基O为桥,转移到手性碳另一侧;d是羧基内H迁移后,手性C上的H再以羰基O为桥,转移到手性碳另一侧.势能面计算表明:a通道是优势反应通道,最高能垒为258.2 kJ·mol~(-1),来自手性C上的H向氨基N转移的过渡态;2个水分子构成的链使该能垒降为117.1 kJ·mol~(-1),水分子和羟自由基构成的链使该能垒降为98.6 kJ·mol~(-1).     

水液相环境下羟自由基抽对异丙基苯基氢诱导布洛芬损伤的机理

采用密度泛函理论色散校正的WB97X-D方法和微扰理论的MP2方法,结合自洽反应场理论的SMD模型方法,对标题反应进行了研究。研究发现:羟自由基抽取苯环、亚甲基及次甲基上的氢原子均可诱导布洛芬分子损伤。势能面计算表明:羟自由基抽取苯环上不同位置的氢原子的能垒基本相同,大约为123. 0 kJ/mol,损伤的布洛芬分子可以修复;羟自由基抽取亚甲基上不同位置的氢原子的能垒也基本相同,大约为100. 0 kJ/mol,损伤的布洛芬分子较难修复;羟自由基抽取次甲基的氢原子的能垒是68. 4 kJ/mol,损伤的布洛芬分子不能修复。结果表明,羟自由基抽取次甲基的氢原子诱导布洛芬分子损伤的反应具有绝对优势。     

硝基甲烷正、负带电离子氢转移反应位垒的计算研究

采用DFT（UB3LYP）方法，在6—311＋＋G^＊＊基组水平上，计算研究了硝基甲烷2种带电结构[CH3NO2]^＋和[CH3NO2]^-分子内H原子向O原子转移后的O-N键的解离机理和反应位垒．结果表明，[CH3NO2]^＋发生氢转移后，O-N键的断裂是2步反应，第一步是分子内的H原子转移到O原子上，生成中间体[CH2N（OH）O]^＋，反应位垒为106．5kJ／mol；第二步是中间体中O-N键断裂，这步的反应位垒为105．5kJ／mol，理论计算得出的产物带电状态与实验一致．[CH3NO2]^-中H原子向O原子转移及O-N键断裂反应一步完成，生成一氢键复合物（H-Complex），该反应位垒为176．2kJ／mol，H—Complex进一步解离成CH2NO自由基和OH^-，或是OH自由基和[CH2NO]^-．     

H2O,(H2O)2和H2SO4在ClONO2+H2O→HNO3+HClO反应中的催化机制理论研究

硝酸氯(ClONO₂)是大气平流层中氯的主要来源.尽管已有研究对ClONO₂气相水解反应进行了广泛的研究,但H₂O,(H₂O)₂和H₂SO₄存在下的水解反应机理尚不清楚.基于此,文中采用量子化学方法CCSD(T)-F12/ccp VDZ-F12//M06-2X/6-311++G(2df,2pd)结合主方程(ME/RRKM)理论对H₂O,(H₂O)2和H₂SO₄存在下ClONO₂水解反应机理和动力学性质进行了研究.计算结果表明,H₂O,(H₂O)₂和H₂SO4的加入不仅使得反应前中间体的稳定化能增加了29.7～47.7 kJ·mol^-1,而且使反应能垒降低了143.8～175.6 kJ·mol^-1....     

Lys分子的旋光异构及羟自由基致损伤机理

采用密度泛函理论的B3LYP方法和微扰理论的MP2方法,研究了具有氨基和羧基间单氢键的赖氨酸分子的旋光异构、水分子簇的催化、羟基自由基致赖氨酸损伤机理及水溶剂化效应。反应通道研究发现:标题反应有2个通道a和b。分别是分步机理和协同机理。势能面计算表明:羧基异构和质子迁移分步进行的a通道为主反应通道,决速步裸反应吉布斯自由能垒为259.90 kJ·mol~(-1);2个水分子簇的催化使a通道决速步能垒降为145.80 kJ·mol~(-1),水溶剂效应使该能垒进一步降到111.22 kJ·mol~(-1);羟自由基与水分子链作氢迁移媒介可导致赖氨酸损伤,在水汽相环境下的能垒是134.12 kJ·mol~(-1),水溶剂效应使该能垒骤降到32.62 kJ·mol~(-1)。     

水环境下氢氧根水分子簇催化缬氨酸旋光异构及羟自由基致其损伤机理

基于MP2/6-311++G(2df,pd)//B3LYP/6-31+G(d,p)双理论水平, 用自洽反应场(SCRF)理论的SMD模型方法, 考察水环境下氢氧根水分子簇催化缬氨酸旋光异构及羟自由基致其损伤机理. 结果表明： 缬氨酸的旋光异构可在2个通道a和b实现, 通道a为氢氧根水分子簇与α-H和氨基通过氢键作用形成底物, 氢氧根抽取α-H后, α-C在另一侧抽取水分子的H; 通道b为氢氧根水分子簇与α-H和羰基通过氢键作用形成底物, 氢氧根抽取α-H后, α-C在另一侧抽取水分子的H, 通道b中的水分子辅助羟自由基抽取α-H可致缬氨酸损伤; 水液相环境下, 构象Val-1（氨基羧基间为单氢键）和构象Val-2（氨基羧基间为双氢键）在通道a旋光异构的决速步骤能垒分别为60.57,65.24 kJ/mol, 在通道b旋光异构的决速步骤能垒分别为56.76,64.11 kJ/mol, 羟自由基水分子簇致缬氨酸在通道b的损伤为温和的放热反应.     

电导率法研究β-环糊精与烷基三甲基溴化铵的包结作用

在298.2 K下，用电导率法测定了β-环糊精(β-CD)分别与十二烷基三甲基溴化铵(C12TABr)、十六烷基三甲基溴化铵(C16TABr)在水溶液中的相互作用。结果表明，包结反应平衡所需时间在常温下2 min内即可完成；β-CD与两种表面活性剂均能形成结合比为2∶1的包结物，进而用非线性拟合法计算出包结物的结合常数分别为1.8×10⁶ L²·mol^-2和5.1×10⁶ L²·mol-2；对应的吉布斯自由能分别为-36 kJ·mol^-1和-38 kJ·mol^-1。另外，通过测量不同温度下β-CD与C12TABr包结物的结合常数和热力学参数发现整个包结过程是熵焓共同驱动的过程，温度越高，越有利于β-CD与C12TABr形成包结物。