苯并三唑及其取代衍生物电子结构与光谱性质的理论研究

应用密度泛函理论(DFT)方法对苯并三唑(BTA)及其不同取代衍生物进行理论计算,讨论不同取代基对BTA分子的几何结构及电子结构的影响;同时,利用单激发组态相互作用(CIS)方法获得分子最低激发态结构,应用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法研究分子的电子光谱性质.结果表明,BTA及其不同取代衍生物分子从基态到激发态的跃迁中,几何结构变化主要表现在苯环及共轭杂环的键长方面,最强跃迁均由分子的HOMO→LUMO跃迁贡献,由轨道对称性可知为π→π*跃迁.BTA分子中引入不同取代基,均导致吸收和发射光谱谱线红移.     

用HMO法解释电子跃迁中的溶剂效应

用Ｈｕｃｋｅｌ分子轨道法计算丙烯醛分子基态和激发态的能量及基态与激发态的偶极矩，结合极性溶剂与丙烯醛的分子间作用力，得出丙烯醛分子在极性溶剂中电子跃迁能量变化．结果表明：ｎ→π＊跃迁时ΔＥ极＞ΔＥ非；π→π＊跃迁时ΔＥ非＞ΔＥ极，与实验结果相符合     

1-甲基-酰胺基蒽醌中分子内电荷转移的理论研究

本文采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对1-甲基-酰胺基蒽醌(MAAQ)的基态和激发态性质做了一系列计算研究.在基态,MAAQ中酰胺基与蒽醌分子是共平面的,并且酰胺基和蒽醌分子之间形成了一个分子内氢键C=O…H-N. S_0→S_1的跃迁属于一个明显的π→π~*特性.在第一单重激发态,MAAQ具有两个稳定结构(平面构型nMAAQ和扭曲的构型tMAAQ).其中,nMAAQ是占优势的构象.同时,在MAAQ的溶剂中,观察不到tMAAQ的发射光谱.在激发态,MAAQ发生了扭曲的分子内电荷转移(TICT)过程.在基态MAAQ与F~-形成了一个分子间氢键F…H-N,而激发态MAAQ-F~-复合物发生了激发态分子间质子转移现象.     

基于分子轨道隐式溶剂H2O下苏氨酸的电荷转移

基于分子轨道（MO）和自然跃迁轨道（NTO）成分计算分子片段间的电荷转移. 先用密度泛函理论(DFT)中的CAM-B3LYP方法, 在6-31G(d)基组水平上优化隐式溶剂H₂O下苏氨酸（Thr）分子的几何构型,  再在相同理论方法下进行含时密度泛函理论(TDDFT)的电子激发计算, 给出隐式溶剂H₂O下Thr分子体系电子激发过程中片段间电荷转移特征的对比结果. 结果表明： 在S1~S5激发态中, 仅S2中有一对MO32→MO33跃迁轨道占绝对优势, 可通过分析该轨道的成分讨论电荷转移; 其他激发态可通过NTO分析方法讨论电荷转移; S0向激发态S1,S3和S4电荷转移的主要贡献为NTO32→NTO33轨道, 与Hirshfeld和Becke方法的定性结果一致, 定量结果略有差别.     

基于分子轨道隐式溶剂H2O下苏氨酸的电荷转移

基于分子轨道（MO）和自然跃迁轨道（NTO）成分计算分子片段间的电荷转移. 先用密度泛函理论(DFT)中的CAM-B3LYP方法, 在6-31G(d)基组水平上优化隐式溶剂H₂O下苏氨酸（Thr）分子的几何构型，  再在相同理论方法下进行含时密度泛函理论(TDDFT)的电子激发计算, 给出隐式溶剂H₂O下Thr分子体系电子激发过程中片段间电荷转移特征的对比结果. 结果表明： 在S1~S5激发态中, 仅S2中有一对MO32→MO33跃迁轨道占绝对优势, 可通过分析该轨道的成分讨论电荷转移； 其他激发态可通过NTO分析方法讨论电荷转移； S0向激发态S1,S3和S4电荷转移的主要贡献为NTO32→NTO33轨道, 与Hirshfeld和Becke方法的定性结果一致, 定量结果略有差别.     

Ab initio方法研究LaO分子的跃迁性质

采用量子化学计算方法,计算了LaO分子的电子结构和辐射跃迁性质.在多参考组态相互作用(MRCI)级别,计算了LaO分子的3个低Λ-S态势能曲线、永久偶极矩(PDM)和A²Π_r → X²Σ⁺以及A²Π_r → A^'2Δ_r跃迁的跃迁偶极矩(TDM).计算所获得的光谱常数与测得的实验值非常符合.基于获得的势能曲线和跃迁偶极矩,得到了A²Π_r态的自发辐射寿命和A²Π_r → X²Σ⁺跃迁的弗兰克-康登因子,A²Π_r → X²Σ⁺跃迁的弗兰克-康登因子展现出高对角性.另外,运用相同的基组和活性空间,考虑了3个低Λ-S态的自旋-轨道耦合效应,获得了5个Ω态的势能曲线和光谱常数.希望所获得的数据可以为以后实验观察LaO分子和激光冷却LaO分子提供有利的理论依据.     

同分异构体蒽和菲的荧光特征比较

荧光寿命和荧光量子产率在揭示同分异构现象对有机分子荧光的影响机制方面具有重要作用,有望成为区分水体中结构相似的有机污染物的光谱参数。对同分异构体蒽和菲的三维荧光光谱、荧光寿命和荧光量子产率进行了研究,结果表明：在三维荧光光谱中,蒽强荧光峰的发射波长相对于菲发生了红移,蒽弱荧光峰的激发波长和发射波长相对于菲均发生了红移;在激发波长为254.5 nm、质量浓度为5 mg/L的条件下,蒽和菲的荧光寿命分别约为4.4 ns和14.9 ns;蒽和菲的最大吸收波长分别为355 nm和292 nm,在25℃、质量浓度为1 mg/L的条件下对应的荧光量子产率分别为(29.07±0.61)%和(4.94±0.12)%。密度泛函理论的计算结果表明：在发射态下,蒽和菲的前线分子轨道能级差ΔE分别为0.284 56 eV和0.325 77 eV,说明蒽的分子硬度比菲小,蒽较不稳定,其π电子更容易从基态被激发到激发态,因而荧光强度和荧光量子产率比菲大;同时蒽上离域的π电子完成π-π^*跃迁所需的时间更短,因此荧光寿命更短。     

线型碳链HC2nB(n=1～10)的电子光谱的理论研究

应用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-31G**水平上优化得到了线型簇合物HC2nB(n=1~10)的基态平衡几何构型,并计算了它们的谐振动频率.在基态平衡构型下,通过EOM-CCSD/cc-pvDZ的计算,确定了簇合物HC2nB(n=1~5)的X1Σ →11Σ 电子跃迁的垂直激发能;结果表明,体系HC2nBX1Σ →11Σ 电子跃迁能与体系大小n之间都存在非线性关系,并导出了它们与n之间的解析表达式.用CASSCF/6-31G*方法优化得到了HC2nB(n=1~4)的基态和激发态的平衡几何构型,由于两者成键性质的不同,从而导致了体系的跃迁能与体系大小之间的非线性关系.     

1-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯基)-3-氰基-5-氨基吡唑的结构、光谱与热力学性质

在B3LYP/6-31++G**水平对1-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯基)-3-氰基-5-氨基吡唑分子进行几何构型优化和频率的计算,得到红外光谱、拉曼光谱和不同温度下的热力学性质.结果显示,该分子的苯基环和吡唑环不在同一个平面上,两个平面的二面角在84°左右.最低能量吸收谱线的波长为339 nm,对应HOMO→LUMO的π→π*和n→π*电子跃迁.热力学计算显示该分子的气态热力学函数熵Sm和焓Hm与温度有较好的线性关系,Sm＝421.710 5+0.687 3T(J·mol-1·K-1)和Hm＝306.673 1+0.426 7T(kJ·mol-1).     

N-苯基-1,8-萘酰亚胺衍生物的电子结构和光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-31+G(d)水平上对N-苯基-1,8-萘酰亚胺及其18种衍生物的几何结构进行全优化。在基态优化构型基础上,用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法计算了该类物质在甲醇溶剂中的紫外可见吸收光谱。分析了分子几何构型、前线分子轨道的电子分布和轨道能级等特征,讨论了结构和吸收光谱之间的关系。结果表明,N-苯基-1,8-萘酰亚胺及其衍生物的稳定构型为非平面结构;其最强吸收光谱主要来源于HOMO→LUMO的π→π*跃迁。此外,在苯环上引入强推电子基团,能够显著降低HOMO与LUMO之间的能级差。     

D+→K0π+的衰变过程

用光锥QCD求和规则计算D⁺→K⁰π⁺衰变过程的强子矩阵元, 包括领头阶因子化部分、α_s修正的硬胶子和软胶子交换部分. 计算结果表明, 在D⁺→K⁰π⁺衰变中, 软胶子交换部分不能忽略.并计算了该衰变过程的分支比, 计算结果与实验数据相符.      

气相半胱氨酸分子与带电离子的低激发态特性

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法, 在6-311++G(-d,p-)基组水平上, 对气相单体半胱氨酸(Cys)分子及离子的基态稳定几何构型进行优化, 并用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法, 得到气相单体Cys分子和Cys^2-离子的低激发态特性. 结果表明： 随着分子捕获电子数目的增加, 体系的能量逐渐增加, S1激发态与基态能量的差值Δ E明显减小, 分子的荧光波长由239.35 nm增至1 895.82 nm, S7激发态的电子跃迁轨道数减少.     

二芳基全氟环戊烯化合物闭环体的含时密度泛函理论研究

采用B3LYP／6—31G（d）方法对二芳基全氟环戊烯闭环体进行量子化学理论计算研究，探讨了活性碳位引入H，CH3，OCH3，NH2，CCH，CN，cF3基团对分子基态几何构型的影响．在此基础上，运用TD／B3LYP／6—31G（d）方法计算了其电子吸收光谱，得到了最大吸收波长与实验值相吻合．研究还发现该类分子的最低单重激发态（S1）主要源自分子内HOMO→LUMO（π→π＊）跃迁，通过分析其前线分子轨道，合理解释了不同取代物吸收光谱的差异．     

基于量子化学的团簇Co4P非晶态合金析氢反应研究

为寻找在团簇Co₄P中具有最优催化析氢性能的构型,该文根据密度泛函理论于B3LYP/lanl2dz水平下对团簇Co₄P分别进行在二、四重态下的计算,根据前线轨道理论对优化后团簇Co₄P的HOMO图、水分子的LUMO图以及能级差进行分析,发现构型1⁽²⁾、2⁽²⁾的β电子与构型1⁽⁴⁾、2⁽⁴⁾的α电子的HOMO负相位对催化析氢反应的第1步提供了较大的贡献.此外,综合分析析氢反应的各步骤发现:构型2⁽²⁾具有较好的吸附能力,且该构型在吸附1个氢原子后在电化学解吸和化学重组解吸中均具有最优解析性质.因此,构型2⁽²⁾是在团簇Co₄P各优化构型中最优的催化析氢构型.     

Met+H2O复合体系手性转变反应中间体电子激发表征

基于M06-2X理论方法, 在加有弥散函数的aug-cc-pVTZ基组水平上, 用含时密度泛函理论(TDDFT)方法进行电子激发计算, 给出隐式溶剂氯仿下Met(甲硫氨酸)+H₂O复合体系手性转变中第一基元反应中间体INT₁-S-Met-CHCl₃+H₂O分子体系的空穴-电子、自然跃迁轨道(NTO)和电荷密度差(CDD)分布等值面图, 并分析中间体激发态的性质及其电子结构. 结果表明： H原子迁移形成中间体, 引起Met分子体系结构发生显著变化; 基于NTO、空穴-电子和CDD等值面与空穴-电子数据分析对INT₁-S-Met-CHCl₃+H₂O分子体系激发态激发类型互认具有一致性.     

二氧化硅介质对其表面水合笼稳定性的影响

采用量子化学中的密度泛函理论探究了不同笼型结构（CH₄@5¹²6²和CH₄@4³5⁶6³）的不同环面（四元环面、五元环面、六元环面）以不同方式（单面平行和双面插嵌）与介质SiO₂作用对水合笼稳定性的影响，计算了水合笼与SiO₂表面间的相互作用能、水合笼的变形能、水合笼中甲烷分子与笼子之间的相互作用能和水合笼中水分子间的结合能。结果表明：单面平行构型中的SH-6和双面插嵌构型中的SI-（5+6）、SH-（4+6）最有利于水合笼的分解；SiO₂介质与水合笼通过结构匹配的方式形成氢键，降低了水合笼的稳定性，弱化了水合笼对甲烷的束缚。     

N-(4-(4-(1,2,2-三对甲苯基)乙烯)苯基)-N-苯基苯胺的电子结构和光谱性质的理论计算

四苯乙烯类化合物具有聚集态发光的性质,在新型荧光材料等领域有较好的应用前景.通过量子化学计算研究了一种新型的四苯乙烯类发光材料——N-(4-(4-(1,2,2-三对甲苯基)乙烯)苯基)-N-苯基苯胺(DTPE-TPA)的光学和电子结构性质.计算结果表明:DTPE-TPA分子具有三维的非平面分子结构,这种结构可以降低分子间的相互作用以及激基缔合物的形成,其最大吸收和发射光谱分别为428nm和657nm,都是具有π→π*跃迁特征的电荷转移(CT)态.     

团簇NiCo2S4的极化率与反应活性

通过密度泛函理论（DFT）在B3LYP/Lan12dz水平下对团簇NiCo₂S₄进行优化计算，确定单、三重态下的12种优化构型，并对其极化率和反应活性进行研究.结果表明：构型2^（1）的平均极化率最小，即在外场作用下，结构最稳定；构型3^（1）则最大，即结构最不稳定.此外，平均极化率和极化率各向异性不变量均受自旋多重度和结构多样性的影响.在强吸电子环境中，构型3^（3）、4^（3）和6^（1）的反应活性较强，构型2^（3）和4^（1）的较弱；在强给电子环境中，构型2^（3）、3^（1）和5^（1）的反应活性较强，构型1^（1）和4^（3）的较弱；在相对稳定的环境中，构型3^（3）和6^（1）的反应活性较强，构型1^（1）和4^（1）     

团簇MMoS4结构稳定及极性分析

为了探究团簇MMoS₄(M=Ni、Co、Fe)内部结构稳定性及极性,以密度泛函理论为基础,在B3LYP/def2tzvp水平下运用Gaussian09软件对团簇MMoS₄稳定构型的态密度图、极化率、偶极矩进行计算分析。结果表明,团簇MMoS₄中构型1⁽(3))在外加电场作用下不易发生改变,其结构稳定性要优于其它构型;团簇MMoS₄各稳定构型除4⁽(3))外均为极性分子,并且构型1⁽(1))偶极矩最大,具有最强的分子极性;对态密度图的分析显示,团簇MMoS₄中p-d-d、p-d杂化作用较强,对团簇构型的稳定性影响较大。     

CF3和CH3取代吡啶吡唑硼配合物的结构和吸收光谱的理论研究

采用密度泛函理论DFT/B3LYP在6-31G水平上研究了CH3和CF3取代吡啶吡唑硼配合物的几何和电子结构,在基态平衡构型的基础上通过含时密度泛函理论TD-DFT计算了其光谱性质.结果表明:氟代甲基吡啶甲基吡唑硼配合物(2b′)的配位键略强于甲基吡啶氟代甲基吡唑硼配合物(2b);二者的中心B原子对分子的结构不但起支撑稳定作用,还可以作为电子桥传输电子;当取代基交换位置时,苯环和吡唑环都可以作为空穴传输基团,电子传输基团仍为吡啶环,配合物的主要跃迁都属于配体内部的π→π*跃迁类型.