甲酸分子内质子转移过程的分子轮廓的动态变化

在MP2/6-311+G(d,p)水平下,获得甲酸分子内质子转移反应的过渡态,并在MP2/6-31G(d)水平下,研究了该反应的反应路径(IRC).沿着IRC反应路径选取了9个特征点,使用MELD精密从头计算中的CISD/3-21+G(d,p)方法,结合我们自编的分子形貌程序,绘制了甲酸的分子形貌以及其分子界面的特征轮廓,定义和计算了分子形貌轮廓参数[包括分子形貌轮廓(R)以及电子密度(ED)],比较了各原子端轮廓值与孤立原子半径的相对大小,反映了甲酸分子形貌轮廓的动态变化,以及该反应过程中电子密度的变化.生动形象地展现了甲酸分子内质子转移过程中的空间和前沿电子密度的动态变化信息,清晰地再现了电子的转移过程.为该反应,提供了一种微观认识.     

应用MICC理论研究氦原子对氢分子特征轮廓的影响

应用分子内禀特征边界轮廓理论（MICC）分男口研究了氨原子沿氢分子键轴．垂直氢分子键轴方向接近氢分子时，氢分子特征轮廓半径及电子密度的变化．在这两种情况中，氨原子对氢分子的影响均是沿作用线内侧的氢分子特征轮廓半径及电子密度变化强于其它方向的半径及电子密度变化．     

M(H_2O)_(1～4)(M=Li~+,Na~+,Be~(2+)和Mg~(2+))的分子形貌理论研究

金属离子与水分子的相互作用机理,对理解含金属离子生物分子的结构和功能具有指导意义.以M(H_2O)_(1~4)(M=Li~+,Na+,Be~(2+)和Mg~(2+))为模型分子,基于分子中单电子受到的作用势,绘制了各个体系的分子形貌.结果表明:在内禀特征轮廓上,电子密度最大值出现在氧原子附近,而最小值出现在金属离子附近.计算了各个体系金属离子和氧原子之间,化学键键心处的PAEM值以及电子密度临界点的电子密度.为了分析水分子与金属离子结合的强弱程度,计算了各体系的连续结合能.结果显示,键心处PAEM值和连续结合能具有线性关系.对讨论金属离子与其他分子之间的相互作用,有参考价值.     

2-氨基-3-苯并恶唑喹啉水复合物激发态分子内与分子间质子转移的竞争机理

基于密度泛函与含时密度泛函理论方法, 研究2-氨基-3-苯并恶唑喹啉（ABO）水复合物(ABO-H₂O)激发态分子内与分子间质子转移的竞争机理. 结果表明： ABO-H₂O复合物中存在一个分子内的氢键和两个分子间的氢键; 基态ABO-H₂O复合物被激发至第一电子激发态后, 仅需越过一个34.157 kJ/mol能垒, 复合物即可发生激发态分子内的质子转移反应; ABO-H₂O复合物激发态分子间的双质子转移过程中存在一个63.585 kJ/mol能垒; 在第一电子激发态上, ABO-H₂O复合物中存在分子内与分子间质子转移的竞争机制; ABO-H₂O复合物更易出现激发态分子内的质子转移过程.     

1-羟基-2-萘甲醛分子基态和激发态的质子转移机制

基于密度泛函与含时密度泛函理论方法,研究1-羟基-2-萘甲醛(HN12)分子及分子异构体在基态和激发态的氢键动力学过程.结果表明:在基态的HN12分子被激发至第一电子激发态后,出现氢键键长变短及氢键中羟基的红外光谱红移现象;激发态分子内的质子可发生转移反应;异构体在激发态时不易发生逆向的质子转移反应,但在基态较易出现逆向的质子转移过程.即HN12分子及分子异构体在基态和激发态存在一个循环机制.     

Be_2二聚体分子形貌的理论研究

应用MP2、HF和B3LYP/6-311++G(3df,3pd),得到了Be2二聚体在单重态和三重态下的能量与核间距、电离能与核间距的关系曲线,并分析了这3种方法对其能量、电离能变化的影响;结合分子形貌理论详细介绍了单重态下,在核间距变化的过程中电子密度的变化趋势,形象地展示了由小的核间距到平衡位置再到较远的距离,即2个Be原子完全分开形成孤立原子的过程中,边界轮廓的大小和形状随着核间距变化的动态过程.这里使用MP2/6-311++G(3df,3pd)计算了第一电离能的变化趋势.使用MELD精密从头计算中的CISD/6-311++G(3df,3pd)方法,并结合我们自编的分子形貌程序,描绘出了Be2的分子内禀特征轮廓即分子形貌并计算了Be2的内禀特征参数,得到了很好的结果.     

7-羟基黄酮分子在水中分子内电荷转移及分子间多重质子的转移

基于密度泛函和含时密度泛函理论的B3LYP方法, 在TZVP基组水平上模拟7-羟基黄酮(7HF)的水复合物--7HF-(H₂O)4激发态的动力学机制. 结果表明： 复合物中7HF在第一电子激发态的前线分子轨道出现分子内电荷转移过程; 复合物中7HF在基态和第一电子激发态发生了分子结构扭转, 复合物中5个分子间的氢键在第一电子激发态均出现加强机制, 该机制可以驱动激发态的多重质子转移反应.     

关于HF,F2,FCl,FBr的分子形貌轮廓以及边界电子密度的研究

利用Davidson等人发展多年的MELD精密从头计算程序的CISD方法,结合自编的分子形貌程序,描绘HF,F2,FCl,FBr双原子分子形貌图.计算双原子分子中X原子端和F原子端在垂直于化学键方向上和沿着化学键方向上的分子形貌轮廓参数R(R/a.u.)以及对应的边界电子密度ED(ED/10-3a.u.).比较各原子端轮廓参数与相应孤立原子半径的大小,联系第一电离能的变化趋势,发现对于卤族元素之间形成的氟化物,第一电离能越小,分子形貌轮廓参数越大,边界电子密度越小.对于核电荷数相同的两个原子形成的氟化物,无论垂直于化学键方向还是沿着化学键方向上的分子形貌轮廓参数和对应的边界电子密度都呈现对称关系.对于HF,F2,FCl,FBr双原子分子形貌的研究,为我们进一步讨论其他双原子分子的性质和特征,提供了有效可靠的方法.     

N-(2-羟基苯亚甲基)苯胺衍生物分子内质子 转移取代基效应的密度泛函理论研究

在B3LYP/6-31+G(d,p)水平上研究了N-(2-羟基苯亚甲基)苯胺衍生物分子内质子转移的取代基效应.结果表明:吸电子基引入后会让分子更加趋于平面构型,而供电子基取代后让分子发生了一定程度的扭转;吸电子取代基引入后减小了分子平面的电子密度,拉近了N_1-H_2距离,增强了分子内氢键的强度,降低了醇式到酮式的结构互变能垒.供电子取代基引入后增加了分子平面的电子密度,加大了N_1-H_2间距,减弱了分子内氢键的强度,使得质子转移能垒升高.对分子的前沿轨道研究表明醇式较酮式结构来说更易形成激发态,并且能隙随着吸电子能力和供电子能力增强变小,说明其生物活性变强.     

一个新的氨基型氢键分子的激发态分子内质子转移的理论研究

运用密度泛函理论(DFT)方法,优化得到了2-(5′-氰基-2′-甲基氨基苯基)苯并噻唑(CN-PBT-NHMe)的N式构型的基态稳定结构.采用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法,优化得到了CN-PBT-NHMe的N式和T式构型的第一激发态的稳定结构,并在相同理论水平下,计算了它们的吸收和发射光谱.此外,用TD-DFT方法还探讨了CN-PBT-NHMe发生激发态分子内质子转移(ESIPT)的反应机制.研究表明,CN-PBT-NHMe分子的最大吸收峰位于3.26eV,与可用的实验值(3.15eV)符合得很好.它的N式和T式结构的发射峰分别位于2.94和2.25eV,与实验上测得的双重发射峰(2.84和1.99eV)吻合得也很好.在紫外光的照射下,CN-PBT-NHMe分子被光激发到Franck-Condon区域后,它在第一激发态上会发生一个缓慢的质子转移反应,其反应的能垒高达0.33eV.这种缓慢的ESIPT反应是在实验上观测得到CN-PBT-NHMe分子发生双重荧光的主要原因.     

飞秒激光诱导Li2分子的电子-离子动力学的理论研究

随着飞秒激光技术的发展，科学家们致力于理解飞秒激光与物质相互作用过程中的物理机制.选取轴对称的Li₂分子为研究对象，采用实时间、实空间的含时密度泛函理论研究飞秒激光诱导的Li₂分子的电子-离子动力学过程.在之前Li₂分子光吸收谱的理论研究基础之上，选取其偶极响应频率作为激光频率，通过调制频率、强度、极化方向等激光参数，形成不同诱导条件，包括共振情况和非共振情况，研究Li₂分子中的响应偶极矩、离化电子数、总能量和原子实位移随时间变化的物理机制.在激光作用结束后，研究上述物理量在弛豫过程中的演化规律.通过对体系的电子密度进行截图，观测电子密度在原子实背景下的振荡行为.     

TATB高温高压下初始分解反应的分子动力学模拟

在凝聚相含能材料的反应过程中,反应体系往往需要高温高压的反应条件,且其中原子、分子的反应往往具有不同于气态分子的反应路径.因此,除需对体系分子的结构及电子性质进行计算分析外,还需对体系分子做反应动力学分析.本文采用ReaxFF分子动力学方法模拟了凝聚相下1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)分子的初始反应过程,通过对分子产物随时间的分布、分子产物在不同时间段内的分布等分析,总结了其在反应初期的一些反应过程.结果显示,C-NO2键的断裂及质子转移为引起更复杂化学反应的初始反应.     

单硫代次膦酸异构体及质子转移异构化反应的理论研究

采用量子化学密度泛函B3LYP方法, 在6-311 G**基组水平上全优化得到了硫代次磷酸的硫酮式和硫醇式两种构型异构体以及相应的对映异构体, 同时对分子内质子转移异构化反应微观机理进行了理论分析. 研究结果表明,硫酮式H2P(S)OH比硫醇式H2P(O)SH的能量低26.2 kJ/mol;质子转移异构化过程中形成一个四员环过渡态结构, 与迁移原子H6无直接键连关系的其他构型参数在异构化过程几乎保持不变.     

氢键加强引起的链式激发态多质子转移的动力学研究进展

作为自然界中最广泛存在的基本反应过程之一,质子转移(proton transfer,PT)一直是动力学研究中的一个重要话题.而沿着一系列氢键进行的多质子转移过程,更是由于绿色荧光蛋白的发现及广泛应用,成为了近年来的热门课题.我们使用密度泛函理论(DFT)对新兴的链式激发态多质子转移过程进行了系统的理论研究.我们以赵广久与韩克利研究员建立的激发态氢键加强理论为基础,对6-hydroxyquinoline(6HQ)光酸分子及其阳离子形式6HQc的激发态质子转移反应,给出了新的解释及机理:(1)在一个体系中,氢键加强与氢键减弱可能会同时存在,归结其原因,主要取决于激发态分子的电荷再分布;(2)单个或者少数的水分子是很难从酸性分子上夺得质子的,只有当水分子形成更大的团簇(即氢键更多)时,其夺质子能力会大大加强;(3)链式激发态多质子转移(即多质子转移机理)并不单纯的是分步机理或者是协同机理,也有可能是分步与协同相结合的进行,是一种复杂多变的反应.     

(MH)_n(M=Li,Na;n=1～4)小分子团簇的分子形貌的理论研究

研究分子的形状和大小对于进一步探究分子的物理化学性质起着重要作用.使用MELD精密从头计算中的CISD方法,采用6-31+G(d,p)基组,结合自编的程序,计算并研究金属氢化物(MH)n(M=Li,Na;n=1~4)团簇分子中的1个电子所受到的作用势(PAEM)及特征,探讨了化学键的单电子作用势的势垒Dpb与化学键的键长,团簇分子的单电子作用势的势垒tDpb与团簇分子的结合能的关系.结果表明,Dpb可以用来表征化学键的强度,tDpb可以用来表征团簇的稳定性.此外,还描绘出金属氢化物团簇的分子形貌,探讨了它们各自的特征,为进一步探讨和认识较大的锂和钠氢化物团簇(MH)n(n≥5)结构和性质奠定基础.     

分子-原子级摩擦学的新进展

文中概述了近年来在接触与粘着，界面切变与摩擦、以及界面流变学等摩擦学领域内，在分子－原子级的研究水平上，理论与实验研究方面的一些新进展，指出进一步开展分子－原子级摩擦学研究是十分重要的。     

限域BN纳米管中苯丙氨酸分子的手性转变机理

基于密度泛函理论中的B3LYP方法, 在6-31+G(d,p)基组水平上理论研究限域BN纳米管中苯丙氨酸（Phe）分子手性对映体的转变过程. 通过寻找反应过程中各过渡态和中间体的极值点基本结构, 绘制BN纳米管限域条件下Phe分子手性转变路径上各反应势能面. 结果表明： 在BN纳米管限域条件下, S-Phe@BNNT分子手性1C原子上的12H原子以羧基上的9O原子为桥梁, 转移至手性1C原子的另一侧, 实现了从S-Phe@BNNT到R-Phe@BNNT[KG*8]分子手性对映体的转变.     

理论研究4′-甲氧基-3-羟基黄酮的激发态分子内质子转移机制

4′-甲氧基-3-羟基黄酮(4M3HF)具有显著的质子转移特性.本文基于密度泛函理论在甲醇溶液中对4M3HF的激发态分子内质子转移(ESIPT)进行了研究.通过分析4M3HF的前线分子轨道、约化密度梯度函数以及红外振动光谱,发现该分子的氢键相互作用在第一激发态有显著的增强.计算得到的吸收光谱和荧光光谱与实验数据是相吻合的.此外,为了更清楚的描述质子转移的反应路径,4M3HF的势能曲线是被获得.结果表明,4M3HF仅能发生激发态质子转移而不能发生基态质子转移,而反质子转移则发生在基态.     

共轭分子体系相关问题的理论探讨

共轭分子是一类极为重要的分子,在单双键交替排列的体系或具有未共用电子对的原子与双键相连的体系中,π轨道与π轨道或P轨道之间存在着相互作用和影响.电子不再定域于两个键连原子之间而是分布于整个分子体系,形成多中心的离域分子轨道和离域键.电子是高度离域的,分子能量比定域情况下降低的更多,体系趋于稳定.这种共轭效应使共轭体系中各个键上的电子云密度发生了平均化,引起了键长的平均化,共轭体系的能隙降低,导致共轭体系分子的吸收光谱向长波方向移动,而且共轭效应对化合物化学性质的影响也是多方面的,如影响到化学平衡,反应方向,反应机理,反应产物,反应速率和酸碱性等[1].     

氯化氢与乙烯加成反应中化学键动态转变的图像

利用从头算方法研究了氯化氢(HCl)与乙烯(CH2CH2, C2H4)的加成反应。依据分子形貌(MF)理论,计算得到了分子中一个电子所受到的作用势(PAEM)及Dpb,研究了该反应过程中化学键的形成、断裂及范德华相互作用。在分子中紧邻的两原子之间,如果两原子间的Dpb值比体系的电离能大,表明两者之间主要是成键相互作用,反之是范德华相互作用。研究表明,MF理论能够很好地描述分子间的这种范德华作用,并能够特征化化学键的形成或断裂,进而为分子间的化学键形成或断裂提供新的转变图像。