头孢氨苄的密度泛函研究

以头孢氨苄为研究对象,采用密度泛函理论的b3lyp/6-311g(d,p)方法,进行分子结构全优化.并对其分子轨道、能级、最高占据轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)、红外光谱(IR)、核磁共振谱(NMR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)进行了量子力学计算.根据能级和前线分子轨道的计算结果,讨论了头孢氨苄的最高占据轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)的特点;根据红外光谱(IR)、核磁共振谱(NMR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)的计算结果,对谱图数据进行了简要分析及讨论.     

苯乙烯的密度泛函研究

以苯乙烯为研究对象,采用密度泛函理论的B3LYP方法及不同基组,进行了分子结构优化.在此基础上,对其分子轨道、能级、最高占据轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)、红外光谱(IR)和拉曼光谱(Raman)、核磁共振谱(NMR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)进行了模拟计算.根据能级和分子轨道计算结果,主要讨论了苯乙烯的最高占据轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)的特点;将红外光谱(IR)和拉曼光谱(Raman)、核磁共振谱(NMR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)计算结果与实测值进行了对比,并对谱图数据进行了简要分析及讨论.     

氧分子低阈值谐波中的干涉效应

通过改进的非微扰量子电动力学(QED)理论,研究了强激光场中激发分子产生的高次谐波,并分析了能量低于电离阈值的谐波随激光波长的变化.研究结果表明:当激光光强较高时,氧分子产生的谐波极小值是多个分子轨道独立产生的谐波相互干涉的结果;随着入射光波长的改变,单个分子轨道辐射的谐波出现π相位的突变,导致总谐波谱中出现了极小值;当光强较低时,总谐波由最高占据分子轨道(HOMO)产生的谐波主导,总谐波极小值即为HOMO谐波极小值.另外,随着激光波长的改变,单个复合通道产生的谐波也会发生π相位的突变,与不同复合通道产生的谐波相干叠加后造成单个分子轨道谐波的极小值.     

以铁磁绝缘体和铁磁半导体为势垒层的隧道结中的隧穿时间与自旋极化率

基于Winful的隧穿时间模型,对普通金属/铁磁绝缘体/普通金属(NM/FI/NM)、普通金属/铁磁半导体/普通金属(NM/FS/NM) 2种隧道结中的隧穿时间(居留时间和相位时间)和自旋极化率进行了研究.NM/FI/NM结中隧穿电子的自旋极化源于FI层的自旋过滤效应.而NM/FS/NM结中隧穿电子的自旋极化则源于FS层中磁性和Rashba自旋轨道耦合效应的共同作用.计算结果表明:在NM/FI/NM隧道结中,随着铁磁绝缘体层势垒厚度的增加,自旋极化率变化逐渐增加到趋于饱和并始终保持为正值.与之相应的自旋上下电子的居留时间和相位时间也随着增加,但自旋向下电子的隧穿时间总是大于自旋向上电子.铁磁绝缘体层中分子场的增加会导致自旋极化率逐渐增大并始终为正,相应的自旋向下电子的居留时间和相位时间总是大于自旋向上电子,但自旋向上电子的时间逐渐增加而自旋向下电子则相应减少.铁磁绝缘层势垒高度的变化会导致自旋极化率从负到正的转变.当自旋极化率为负时,相应的自旋向上电子的隧穿时间大于自旋向下电子的隧穿时间.在NM/FS/NM结中,由于Rashba自旋轨道耦合作用,自旋向上电子和自旋向下电子的隧穿时间随铁磁半导体层的厚度、分子场和Rashba耦合系数的变化呈现出周期性振荡变化的趋势.与之相应的自旋极化率从正到负,也呈周期性的振荡变化.但当自旋向下电子的隧穿时间大于自旋向上电子的时候,极化率为负,反之为正;这个结果和NM/FI/NM隧道结中的情况刚好相反.     

Al_(12)Pb团簇几何构形对其稳定性的影响

基于第一性原理,在密度泛函理论框架下,用局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)研究20面体Al12Pb团簇的几何构形和稳定性,计算了束缚能(BE)、电子亲合能、原子间平衡间距、最高占据轨道(HOMO)与最低未占据轨道(LUMO)间的能隙和最高占据轨道(HOMO)电子构型.此外,还计算了团簇的原子相互作用能.结果表明:具有C5v对称性团簇Al12Pb的束缚能比具有Ih对称性团簇Al12Pb的束缚能更低,稳定性更好;计算数据与实验结果相符合.     

非环共轭体系的前线轨道能量

本文建议用前线分子轨道能量作为分子动力学稳定性判据。提出若干支化多烯烃同系列的∈HOMO(最高占据分子轨道的能量)计算公式。利用计算结果分析了非环共轭分子中,支链的数量、位置、长短对∈HOMO的影响,总结成四条规则,并用例子加以说明。     

诺氟沙星的密度泛函研究

以诺氟沙星为研究对象,采用密度泛函理论的B3LYP/6-311+G(d,p)方法,进行分子结构全优化,并对红外光谱(IR)和拉曼光谱(Raman)、前线轨道(最高占据轨道HOMO、最低空轨道LUMO)、净电荷分布进行了量子力学计算.根据红外光谱(IR)和拉曼光谱(Raman)的计算结果,对振动模式进行了指认;根据前线轨道(HOMO、LUMO)、净电荷分布的计算结果,讨论了诺氟沙星的HOMO、LUMO和分子表面电势的特点.采用密度泛函理论的B3LYP/6-311+G(2d,p)方法,进行分子结构全优化,使用GIAO方法计算得到核磁共振谱(NMR),并对谱图数据进行了分析讨论.     

1,3-丁二烯及呋喃与硫甲醛杂Diels-Alder反应的理论研究

采用量子化学从头算方法在 HF/6 - 31G*及 MP2 /6 - 31G*水平上对 1,3-丁二烯及呋喃与硫甲醛间的杂 Diels- Alder反应进行了理论研究 .利用能量梯度法对反应途径上各驻点的几何构型进行了优化 ,对过渡态进行了振动分析确认 .结果表明 :两反应均为双分子基元反应 ,两反应中牵涉到的前线轨道 (FMO)相互作用主要是 1,3-丁二烯或呋喃分子的最高占据轨道 (HOMO)与硫甲醛分子的最低空轨道 (L UMO)间的相互作用 ,在 MP2 /6 - 31G*水平所计算的两反应的活化势垒分别为 3.70 k J· mol- 1及 9.5 8k J· mol- 1 ,这与实验上所观察到的 1,3-丁二烯及呋喃容易与硫羰基化合物发生杂 Diels- Alder反应的实验现象是一致的 .     

手性布洛芬在外电场作用下的光激发特性

采用密度泛函B3P86及含时密度泛函理论(TD-DFT)方法, 在6-311++g(d,p)基组水平上计算手性布洛芬分子从基态到1~10个激发态的波长、 振子强度和激发能, 并研究外电场对手性布洛芬分子激发态的影响规律. 结果表明, 随着外场强度的增加, 最高占据轨道(HOMO)与最低未占据轨道(LUMO)之间的能隙逐渐减弱, 激发能急剧减小, 表明外电场作用下的分子易于激发和离解.     

外电场作用下MgH分子性质及光谱特性

采用不同方法和基组,对MgH分子的基态结构进行优化计算,将计算结果与实验值进行比较,最终选取MP2方法和6-311++G(2d,2p)基组,获得不同强度外电场对MgH分子基态键长、电荷布局、能量、偶极矩、最高占据轨道(HOMO)能级和最低空轨道(LUMO)能级及能隙(Eg)、振动频率和红外光谱强度等物理性质的影响.结果表明,MgH分子性质及光谱对外电场的大小和方向有明显依赖关系.随着正向外电场的增大,分子键长逐渐减小; Mg原子和H原子周围电荷布居数减小;总能量先升高后降低,在F=0.01a. u.时能量达到最大为-5 446.275 1 e V,偶极距先减小后又增大,HOMO能减小,LUMO能和能隙先增后减,谐振频率出现红移而强度减弱,其结果对研究双原子分子的光谱特性具有重要意义.     

基于AMl量化参数的卤代甲烷Δ_fH_m~θRBF—NN模型的构建

应用G98W程序包中的AMl方法对45个卤代甲烷分子进行优化计算,所得中心碳原子的静电荷密度(Qc)、分子的最高占据轨道能级(HOMO)和最低空轨道能级(LUMO)量化参数作为径向基人工神经网络的输入向量,选用df=10,eg=10-3对卤代甲烷ΔfHθm进行建模,所建模型预测值与其实验值吻合得很好.故这一新方法具有一定的参考价值.     

亚硫酸钠对碱性硫脲稳定作用的构效关系

依据分子力学理论 ,采用HYPERCHEM6 .0化学计算软件 ,结合红外光谱的分析结果 ,研究了硫脲和亚硫酸钠的结构与碱性硫脲稳定性之间的“构效关系” .结果表明 :水溶液中硫脲易产生同分异构体而存在碳氮双键 ;在酸性介质中 ,硫脲分子易与氢形成硫氢键 ,降低了硫原子的最高占据分子轨道 (HOMO)能量 ,使其较为稳定 ;而在碱性介质中 ,硫脲分子不易形成硫氢键 ,硫原子的HOMO能量明显高于酸性介质中相应值 ,硫脲极不稳定 ;亚硫酸根的加入 ,通过氢键与碱性硫脲分子粘接 ,形成稳定的环状结构 ,在不改变硫脲分子性质的前提下 ,降低了硫脲分子中硫原子的HOMO能量 ,增加了硫脲的稳定性 .由此推断 ,碱性硫脲的高效稳定剂能降低硫原子的HOMO的能量 ,但要满足 2个条件 :在碱性介质中易与硫脲分子形成硫氢键 ;与硫脲分子形成稳定的环状结构 .     

单分子磁体耦合铁磁电极的量子输运

用主方程方法研究单分子磁体与两个铁磁电极耦合的自旋极化输运特性,对左右铁磁电极的自旋极化方向成任意角的情况,计算了单分子磁体量子态的占据率及通过系统的电流和隧穿磁阻(TMR).态的占据率随时问的变化表明单分子磁体的自旋翻转,当时间足够长时,占据率达到稳态,不同的夹角发生翻转现象的时间不同.这些结果为磁性分子器件的设计提供了理论依据.     

等电子体B、N单壁碳纳米管的比较研究

采用AM1方法,本文系统地研究了扶手椅型单壁碳纳米管(C-NTs),BN杂化碳纳米管(BC2N-NTs)和全BN纳米管(BN-NTs)的结构,热力学稳定性,电离势(IP),电子亲和势(EA),最低非占据轨道(LUMO)和最高占据轨道(HOMO)的能级差(Eg)及张力等性质.计算结果表明:当n值一定时,(n,n)C-NTs(n=3,4,5,6)的直径最大,BN-NTs的直径最小;(n,n)C-NTs和BC2N-NTs的Eg(HOMO-LUMO)和n的数值有关系;而(n,n)BN-NTs的Eg(HO-MO-LUMO)和n值关系不大.POAV分析表明了,不同的杂化原子对组成纳米管原子的杂化方式和纳米管的张力有不同的贡献.     

镧系荧光探针DATTA-Eu~(3+)光诱导电子转移机理的理论计算

含有镧系金属铕的DATTA-Eu~(3+)络合物是基于光诱导电子转移(PET)的荧光探针分子,能够高灵敏、高选择性地监控一氧化氮.应用含时密度泛函理论计算方法研究该探针分子的荧光开-关效应和PET机理.结果表明:联三吡啶分子作为配体和荧光母体,受光激发后发生HOMO到LUMO的电子跃迁,由于与其共价相连的邻二氨基苯氧基团的HOMO轨道能级高于联三吡啶HOMO轨道能级,能够将电子转移到单电子占据的联三吡啶HOMO轨道,使激发态电子无法正常回落,阻断了能量向中心Eu~(3+)离子的转移,无法产生铕的特征荧光.当邻二氨基苯氧基团与NO反应生成苯并三唑后,其HOMO轨道能级降低,PET过程被阻断,联三吡啶返回基态时将能量转移到Eu~(3+)离子而产生铕的特征荧光.     

取代芳烃化合物电子结构与其对发光菌毒性关系的研究

应用量子化学半经验的MNDO方法计算了40个取代芳烃化合物的电子结构，探讨了化合物电子结构与其对发光菌毒性的关系．结果表明：(1)当化合物的分子极化度P、分子体积V、疏水参数logP较大时具有较大的水溶性和脂溶性，因而化合物的毒性较大；(2)当最高占据轨道(HOMO)能级和最低空轨道(LUMO)能级较低时，化合物容易接受电子具有较大的氧化性，取代芳烃的毒性也随之增大；(3)取代基的吸电子能力越强，吸电子基个数越多，苯环的正电性越大，化合物的毒性越大．得到的QSAR方程为：-logEC50=-2．230 O．202P-0．366EHOMO，据此可预测取代芳烃化合物对发光细菌的毒性．     

前线轨道理论在化学中的应用

前线轨道理论认为：分子在反应过程中是分子轨道起变化，优先起作用的是前线轨道，即分子中的最高被电子占有分子轨道(HOMO)和最低空分子轨道(LUMO)，分子轨道的对称性特别是前线轨道的对称性在反应历程中起决定作用。     

自旋轨道耦合对串联双量子点电子全计数统计特性的影响

基于粒子数分辨的量子主方程,研究了具有自旋轨道耦合效应的串联双量子点体系的电子计数统计特性。通过分析电极的自旋极化率、量子点的点间隧穿耦合强度以及其能级失谐对前三阶累积矩的影响,发现当量子点的点间隧穿耦合强度与量子点电极耦合强度处于同一量级,且两个量子点的能级失谐大于其自旋轨道耦合强度数倍(约5~10)时,对于电极自旋极化率较大的情形,在仅有单占据态到空占据态参与电子输运的偏压区域内,自旋轨道耦合效应对电流的前三阶累积矩,尤其是高阶累积矩,有一个明显的影响。特别是,通过调节两个量子点的能级失谐,可以找到一个高阶电流累积矩基本上与自旋轨道耦合强度成正比的区域。因此,可以基于电流高阶累积矩定性获取串联双量子点的自旋轨道耦合参数,为其在固态量子计算中的应用提供理论基础。     

抗CO_2腐蚀咪唑啉衍生物缓蚀性能的密度泛函理论

采用失重法测得4种咪唑啉衍生物(A～D)在CO_2饱和的3 % NaCl溶液中的缓蚀效率,利用量子化学密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-31G*基组水平上对它们的分子结构与缓蚀性能的关系进行理论研究,并使用Fukui指数对分子的反应活性位进行分析.结果表明:咪唑啉类缓蚀剂分子与金属界面作用时,主要是咪唑环和亲水支链上的极性基团起作用;4种缓蚀剂在金属表面的吸附为化学吸附,且缓蚀效率与分子的最高占据轨道能量(E_(HOMO))和最低空轨道能量(E_(LUMO))的相关性较好.     

平面B_nCPt(n=1-5)团簇的结构、稳定性和成键性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论方法研究了团簇B_nCPt(n=1-5)的结构、相对稳定性及势能面.B_nCPt(n=1-5)的最低能量结构都是环状结构.平均成键能(BE)、成键能增量(IBE)、能量二次差分(Δ~2E)和前线轨道能隙(E_(HOMO)-E_(LUMO))的结果表明B_2CPt团簇相对更稳定.最高占据轨道与最低未占据轨道能级差(E_(HOMO)-E_(LUMO))呈现奇偶振荡现象.基于Mayer键级(MBO)、适应性自然密度分割(AdNDP)和核独立化学位移(NICS(1)_zz)分析揭示了B_4CPt团簇的成键特征和芳香性.另外,通过势能面分析考察了B_4CPt异构体的动力学稳定性.