分子轨道几何剖析——Ⅰ、类共轭链分子

在简单分子轨道法中,AO系数是分子几何性质的直接反映。本文建议了一种分子轨道计算法,即根据分子的几何构型,先定AO系数,后求久期方程的计算法。这种计算法不但考虑到分子的点群对称性和分子中原子排列的周期性,又考虑到整个分子的几何结构。 根据共轭分子中原子排列几何上的规律性,应用几何上等价的原子组成的“原子团”轨道,可以把大量的共轭分子链状化。我们采用Bloch函数,得出键比和杂原子同时交替出现的共轭链分子轨道一般计算法,从而把直骈苯,联环和稠环共轭体系,直至“二维晶体”(如石墨、六方氮化硼)的分子轨道计算统一起来,且得出AO系数和能谱分布简单的一般表示式。 本文还研究了共轭链的几何性质和共轭链变形的方法,并提出一个分子轨道向量模型。根据共轭链的这些几何性质,简化了分子轨道计算,又找到不同分子之间分子轨道法的相互联系。     

CH2(X3B1)+O2→CH2O+O(3P)自由基反应机理理论研究

采用相关能校正自洽场分子轨道MP2/6-311G**从头计算法,结合能量梯度法研究了CH2(X3B1)+O2→CH2O+O的反应机理,优化了反应势能面上反应物、过渡态、中间体和产物的几何构型,并采用内禀反应坐标理论(IRC)计算了该反应的反应途径,得出该反应为一历经中间体的分步反应,支持了实验工作者提出的机理.     

色氨酰酪氨酸缩聚二肽体系的电子转移研究

在过渡态理论框架下,用经典轨迹方法、两态模型近似,采用AM1半经验方法及从头算方法探讨了色氨酰酪氨酸缩聚二肽体系的电子转移过程.对于包含桥体的二肽体系的分子内电子转移过程,采用UHF/6-31G水平上电子给体、受体优化结果,和分子轨道电荷定域初始猜测诱导SCF技巧,在UHF/6-31G水平上用线性反应坐标构造出给体、受体分子间电子转移的双势阱,得到两透热势能面交叉处的反应坐标R约为-0.217,表明气相反应发生在反转区.生物体系电子转移反应的研究对探讨某些生命或生理机制具有十分重要的意义.     

顺式环氧琥珀酸的结构和性质的理论研究

采用DMol3程序对顺式环氧琥珀酸(ESA)的结构和相关性质(振动频率、热力学性质、反应活性及稳定性)进行了理论研究.得到了分子的几何优化构型和各原子上的电荷分布以及前线分子轨道能级.计算结果表明:ESA分子容易得到电子,且环氧基上氧原子是亲电反应的作用点.     

苯及其氮取代体系的电子结构和性质比较

采用量子化学计算方法讨论了苯及其吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪 5个分子的几何构型、稳定性和前线分子轨道。得到氮取代使前线分子轨道组成发生变化 ,轨道能级差减小 ,反应活性增加的结果。     

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 .     

MINDO/3级别上的最大重迭对称性分子轨道

建立了MINDO/3级别上的最大重迭对称性分子轨道计算方案 (MOSMO).并采用通常的半经验分子轨道方法MINDO/3级别中完全相同的参数方案,计算了各种分子的几何参数、电离能、能级等,所得结果与实验值及MINDO/3半经验分子轨道方法计算结果相符,说明提出的计算方案是可行的.同时,由于提出的计算方案过程简单,更易推广使用到从头算方法难以解决的大分子体系和超分子体系的结构和性质研究.     

推/拉型螺烯的前线分子轨道和电子光谱研究

采用密度泛函理论B3LYP方法在6-31G(d,p)水平对一类推/拉型螺烯分子进行了几何结构优化,在得到稳定的分子构型后,用ZINDO/SCI方法计算了它们的前线分子轨道和电子光谱.结果表明,不同取代基和取代基的不同位置对分子的空间几何构型有一定的影响,HOMOs和LUMOs的分布特点说明该类分子有明显的电荷转移特征,通过优化设计不但可以提高非线性光学系数还可以增强这类分子的透明性.     

衣康酸酐的结构和性质的理论研究

采用DMol3程序对衣康酸酐的结构和相关性质(振动频率、热力学性质、反应活性及稳定性)进行了理论研究,得到了分子的几何优化构型和各原子上的电荷分布以及前线分子轨道能级。计算结果表明:衣康酸酐分子容易得到电子,且酸酐氧基上氧原子是亲电反应的作用点。     

枝状共轭烯烃分子的能级与分子轨道

(一) 我们曾经指出具有周期结构的共轭分子,其LCAOMO的系数可以劈分为两个因子的乘积,一个为反映原子在分子中的几何位置的相位因子,一个为反映原子的结构特征的物理因子,利用此二因子可以使HMO的计算简化,在本文中,我们利用相位因子计算不具有周期结构的枝状共轭烯烃分子的能级与分子轨道。计算的结果表明,没有周期对称的枝状共轭烯烃分子的分子轨道系数也可以劈分为两个因子,一个为反应原子从端点数起的几何位置的相位因子,一个为反映支链的长短或结构特征的物理因子。分     

双水作用Met过渡态电子激发特性的图解分析

采用密度泛函理论(DFT)中的B3 LYP方法,在6-311+G(2df)基组水平上优化气相条件下甲硫氨酸(Met)分子的几何构型,分析Met+2 H 2 O分子体系手性转变过程中各基元反应物的特征,并在M06-2X/def2-TZVP下,用含时密度泛函理论(TDDFT)方法给出隐式溶剂甲醇下Met+2 H2 O分子体...     

2—溴羧酸气相热消除反应及其取代基效应的理论研究

用半经验分子轨道方法ＡＭ１对２－溴－丙酸与２－溴－３－甲基－丁酸的气相热消除反应的微观机理进行了细致的讨论，同时研究了不同取代基对α－溴代酸气相热消除反应的影响。研究结果表明：α－溴代酸气相热消除反应的机理均为２步反应，具有五元环过渡态的第一步过程是整个反应的速控步骤，这与实验工作者的预测一致，计算的取代基效应与有机电子论的预测相一致。     

气相苯丙氨酸手性转变基元反应过渡态的电子激发特征

用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法, 在6-311+G(2df)基组水平上优化气相条件下苯丙氨酸(Phe)分子的几何构型, 分析Phe分子体系手性转变过程中各基元反应中间体和过渡态的特征, 在PBE0/def2-TZVP下, 用含时密度泛函理论(TDDFT)方法得到气相条件下Phe分子体系手性转变过程中某过渡态在电子激发过程中的激发态特性. 结果表明： 根据Δr指数和空穴-电子指数的电子激发特征判据, 可有效指认较明显的激发态特征, 并直接给出基元反应中过渡态分子体系激发特征的判断结果.     

分子轨道定域化变换酉矩阵的作用

讨论了分子轨道定域化酉矩阵的性质,揭示了其物理意义和统计性质。利用酉矩阵的性质对一系列化合物进行分析,得出了分子轨道的分类特点。     

气相苯丙氨酸手性转变基元反应过渡态的电子激发特征

用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法, 在6-311+G(2df)基组水平上优化气相条件下苯丙氨酸(Phe)分子的几何构型, 分析Phe分子体系手性转变过程中各基元反应中间体和过渡态的特征, 在PBE0/def2-TZVP下, 用含时密度泛函理论(TDDFT)方法得到气相条件下Phe分子体系手性转变过程中某过渡态在电子激发过程中的激发态特性. 结果表明： 根据Δr指数和空穴-电子指数的电子激发特征判据, 可有效指认较明显的激发态特征, 并直接给出基元反应中过渡态分子体系激发特征的判断结果.     

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.     

含磷、硅、锗原子的三元环化合物的几何构型及电子结构(英文)

我们用GAUSSLAN 92从头算程序计算了含碳、硅、锗原子的三元环化合物的几何构型及电子结构,不管它们有怎详的几何构型及电子结构,都有能量高的占据轨道和能量低的空轨道。它们的NOMO-LUMO能隙很接近,各化合物低能量空轨道间的能隙都很小。     

4-氨基安替比林电子光谱及溶剂效应理论研究

采用含时密度泛函理论方法(TD-PBE0)研究了4-氨基安替比林(4-AAP)在水和乙醇溶液环境中的电子光谱特性,通过电子跃迁轨道分析归属了4-AAP电子光谱谱带的跃迁轨道贡献并探究了其电子跃迁特征。研究结果表明,4-AAP在乙醇溶液中理论吸收谱带与实验谱带吻合较好,但其在水溶液中计算所得吸收谱带波长与实验所得相应值相差较大,溶剂水分子可与4-AAP通过氢键强烈相互作用形成复合物,诱导电子跃迁吸收谱带发生明显移动,氢键结合位点对其电子光谱中的最强吸收峰位置亦有影响,呈现显著的溶剂化效应。分子动力学模拟获得了水溶液中4-AAP溶剂团簇模型4-AAP-(H_2O)_3,基于此模型所得的理论电子光谱吸收谱带与实验光谱特征谱带波长相吻合,并从分子水平上对团簇结构吸收谱带的电子跃迁贡献进行了分析和归属。     

螺环[2,3]己烷氢解反应机理的理论研究

在ＨＦ／６－３１Ｇ＊＊水平上（并用ＭＰ２法进行了相关能校正）,应用从头算子分子轨道法和能量梯度技术,研究了螺环〔２,３〕己烷氢解反应的机理。结果表明,该反应主要的２个途径为：（１）螺环〔２,３〕己烷氢解经四元环过渡态生成乙基环丁烷;（２）螺环〔２,３〕己烷氢解经四元环过渡生成生成１,１－二甲基环丁烷。计算结果２个途径活化能均过大,表明在催化剂条件下,反应难以进行。     

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．