Ni~(2+)催化甘氨酸质子迁移机理的理论研究

采用B3LYP/6-31++G(d,p)方法研究Ni~(2+)催化甘氨酸质子迁移机理.优化得到了7个中性配合物和1个两性配合物;两性的最稳定,结合能为-927.3 k J/mol.分子内单键旋转和羧基H在2个羧基O原子间的迁移导致中性构型转化,C-C键旋转的能垒低于21.9 k J/mol,C-O键旋转的能垒在23.1-46.4 k J/mol范围内,羧基H在O原子间迁移的正逆反应能垒分别为175.0和108.3 k J/mol.羧基H迁移到氨基生成两性构型,能垒为19.3k J/mol.Ni~(2+)导致氨基N原子负电荷减少0.48,削弱了N原子对羧基H原子的库仑吸引,钝化了共价键B_(O3–H6),动力学上不利于羧基H迁移;但是羧基H迁移后,形成的两性构型却是热力学最稳定体系.最稳定中性构型N1转化为最稳定两性构型Z1的路径为:N1→N1-N7→N7→N3-N7→N3→N3-N5→N5→N5-Z1→Z1,该路径的最高能垒为124.8 k J/mol.     

基于氨基作为质子迁移桥梁的蛋氨酸分子旋光异构机理

采用密度泛函理论的B3LYP方法和微扰理论的MP2方法,研究两种最稳定构型的蛋氨酸分子(Met)基于氨基作为质子迁移桥梁的旋光异构反应.结果表明:基于氨基作为质子迁移桥梁的蛋氨酸分子旋光异构反应有2条通道a和b;构型1的主反应通道为通道a,决速步骤为第1基元反应,自由能垒为264.2kJ/mol,由质子从手性C直接向氨基N迁移的过渡态产生;构型2的主反应通道也为通道a,决速步骤为第2基元反应,自由能垒为266.1kJ/mol,由羧基异构后质子从手性C向氨基N迁移的过渡态产生;两种构型的Met分子旋光异构速控步骤的反应速率常数分别为3.04×10~(-34),1.41×10~(-34) s~(-1).     

取代基效应对水分子催化甘氨酸质子迁移反应的影响

采用MP2/6-31++G**∥B3LYP/6-31++G**方法,研究5种取代基(甲基、异丙基、巯甲基、羟甲基和苯甲基)效应对水分子催化甘氨酸质子迁移反应的影响.主要结论为:1)各取代基都是给电子基,都增加了水合甘氨酸复合体的结合能,有利于体系的稳定性;2)苯甲基和羟甲基取代效应导致"甘氨酸质子迁移所需的最少水分子数由2降至1",其他取代基不能;3)各取代基效应都降低了甘氨酸质子迁移反应的吸热值(增强了产物的相对稳定性),也都降低了反应的能垒,在热力学和动力学上都利于质子迁移;4)5种取代基对"水分子催化甘氨酸质子迁移反应"的贡献由大到小的顺序为:苯甲基羟甲基甲基异丙基巯甲基.     

纳米TiO2光催化氧化甘氨酸及其氧化机理的研究

研究了纳米TiO2对甘氨酸的光催化氧化性能及其氧化机理．结果表明,在实验浓度范围内,甘氨酸的光催化氧化符合准一级动力学反应．纳米TiO2的用量和溶液pH值都影响光催化反应．外加无机氧化物,能有效地捕获光致电子,增加溶液中羟基自由基的浓度,提高甘氨酸的光催化氧化能力．     

质子交换膜中质子传递机理的分子模拟研究进展

利用分子模拟手段来解析质子交换膜中质子的传递规律,对于深化质子传递机理研究,指导高效质子交换膜的开发工作,从根本上提升燃料电池性能有着重要的意义。根据质子载体的不同类型,介绍了质子传递机理的分子模拟研究现状,指出了适用于分析Vehicle机理和Grotthuss机理的常用模拟方法,通过各模拟方法的比较,阐述了单一方法在模拟尺度和计算量方面的局限性,认为多尺度模拟法能够有效地解析影响质子传递的多重因素。在此基础上,指出开发高效、适用面广的多尺度模拟法是今后全面深入研究质子传递机理的有效途径。     

基于氨基做质子迁移桥梁的苯丙氨酸分子旋光异构反应机理

采用密度泛函理论的B3LYP方法和微扰理论的MP2方法,对苯丙氨酸分子的3种最稳定构型基于氨基做质子迁移桥梁的旋光异构进行研究.反应通道研究发现:标题反应有3条通道a、b和c.对于构型1和3,a是羧基异构后手性碳上的质子再以氨基为桥迁移,b是手性碳上的质子直接以氨基为桥迁移,c是手性碳上的质子以羧基和氨基联合为桥迁移.对于构型2,3条通道分别是质子只以氨基、顺次以羰基与氨基和顺次以羧基和氨基为桥迁移;势能面计算表明:构型1,3的主反应通道都是a,决速步是第2基元反应,活化吉布斯自由能垒分别为256.7kJ·mol~(-1)和263.4kJ·mol~(-1),由羧基异构后质子从手性碳向氨基氮迁移的过渡态产生.构型2的主反应通道也是a,决速步是第1基元反应,活化吉布斯自由能垒为256.5kJ·mol~(-1),由质子从手性碳向氨基氮迁移的过渡态产生;3种构型的苯丙氨酸分子旋光异构速控步骤的反应速率常数分别为6.27×10-33 s~(-1),6.79×10-33s~(-1)和4.20×10-34s~(-1).     

Mg~(2+)诱导丙氨酸质子迁移机理的理论研究

采用M06/6-31++G**方法研究了Mg~(2+)诱导丙氨酸质子迁移机理,得到8个稳定构型和7个过渡态.最稳定构型Ⅰ是两性的,结合能为-687.0kJ·mol-1;其余7个是中性的.分子内单键旋转和羧基O原子间的质子迁移导致中性构型间的转化.C—C键旋转的能垒低于16.0kJ·mol-1;C—O键旋转的能垒低于60.0kJ·mol-1;质子在羧基O原子间迁移能垒高于105.6kJ·mol-1.质子从羧基迁移到氨基导致中性构型转化为两性构型,能垒为0.2kJ·mol-1.最稳定中性构型Ⅱ转化为两性构型Ⅰ的路径为:Ⅱ→Ⅱ-Ⅲ→Ⅲ→Ⅲ-Ⅶ→Ⅶ→Ⅵ-Ⅶ→Ⅵ→Ⅵ-Ⅷ→Ⅷ→Ⅴ-Ⅷ→Ⅴ→Ⅰ-Ⅴ→Ⅰ.     

基于氨基做质子迁移桥梁水环境下蛋氨酸分子的旋光异构

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种稳定构型蛋氨酸分子的标题反应。反应历程研究发现:构型1旋光异构经历2个基元反应,构型2旋光异构经历5个基元反应。势能面计算表明:构型1和2的决速步骤分别是第1和第2基元反应。水气相环境下决速步能垒分别是124.4和128.7 kJ·mol~(-1),液相环境下决速步能垒分别是104.9和105.2 kJ·mol~(-1),远低于裸环境的决速步能垒264.2和266.1 kJ·mol~(-1)。气相环境下表观活化能分别是140.8和155.0 kJ·mol~(-1),液相环境下表观活化能分别是97.9和98.9 kJ·mol~(-1)。结果表明:水分子和水溶剂对蛋氨酸旋光异构反应的质子迁移过程具有较好的催化和助催化作用。水汽环境下蛋氨酸会损伤,蛋氨酸的旋光异构可以在水液相环境下缓慢实现。     

质子导电机理研究进展

质子由于体积小、无电荷等优点使其在电化学、生物、清洁能源等的传递过程中有特殊的优势,然而质子在物质中的转移过程一直不为人所知,增加对质子的迁移过程的认识对研发新产品、了解生命体的运行和开发清洁能源技术有着极其重要的作用.质子因体积小,可穿过不同的结构而导电,此外质子本身不带电子,易溶剂化形成氢键,也可借助氢键传递而导电.关于对质子传输过程的认识,已形成vehicle机理(载体传输传导机理),hopping机理(跳跃-旋转机制)和溶剂化-扩散机理,但是用这些理论来解释质子的迁移过程还存在一些不足.本文中着重介绍了质子经氧空穴、载体、氢键等途径的传送过程,以及常用的质子传递研究方法.     

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.     

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机制

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-(H_2O)_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.     

论质子迁移与pH的相关性

本文讨论的质子迁移现象,是酸碱反应的普遍规律。在两性化合物中,也存在着质子自递现象。不同的物质具有非常小的,然而又是差异较大的自递常数。因此,这种两性溶剂在滴定分析中找到了更为广阔的应用领域。     

烃类液相自动氧化的准双分子引发机理

有机物的低溫(100—150℃)氧化时自由基是怎么产生的,假说紛云。四十年代,Hinshelwood等把气相引发机理推广到液相,即双分子引发RH+O_2→R·+HO_2·; (1)六十年代,假設引发是三分子的,即RH+O_3+RH→H_2O_2+2R·; (2)1977年,提出器壁异相引发新假設;1979年,Benson等提出均相离子引发假設,即     

竹红菌素分子内氢转移反应的机理

用AMI方法全优化结构,然后再作高水平单点能计算,对大分子光敏剂竹红菌素分子内氢转移反应的机理进行了系统的研究．研究发现：该反应为单质子(氢)传递过程,两个氢转移的势垒有显著差别,反式异构体向顺式转化的势垒更低,猜测实验观察到的可能是反式异构体向顺式转化的活化能．结构相似的HA与HB分子内氢转移的机理相似,反应势垒前者较后者稍高．     

Zn2+诱导甘氨酸α-H和羧基H迁移的机理

采用B3LYP/6-31++G(d,p)方法研究Zn2+对甘氨酸的作用机理.优化得到了8个中性复合体和3个两性复合体;最稳定的是两性的,结合能为863.28kJ/mol.分子内单键旋转导致中性构型转化;C—C和C—O键旋转的能垒范围分别为2.43～24.56和24.94～60.21kJ/mol.Zn2+导致甘氨酸的电子云向Zn2+偏移,活化了迁移质子所在的化学键.Zn2+既能诱导羧基H原子迁移到氨基上形成两性离子,又能诱导α-H迁移到Zn2+上形成两性离子,两过程都是无垒的.α-H迁移后甘氨酸形成离域π键,并且α-C带0.20正电荷,体系既可以发生加成反应,又可以发生亲核取代反应,甘氨酸的生物化学性质发生了重大变化;这一发现对生理学和病理学具有指导意义.最稳定中性构型Ⅱ转化为最稳定两性构型Ⅰ的路径为:Ⅱ→Ⅱ-Ⅳ→Ⅳ→Ⅳ-Ⅷ→Ⅷ→Ⅶ-Ⅷ→Ⅶ→Ⅰ-Ⅶ→Ⅰ,该路径最高能垒为213.84kJ/mol.     

关于质子淌度的机理

本文从质子淌度反常现象出发,着重讨论了水溶液中质子淌度的三种机理:经典质子传递机理,质子传递的隧道效应机理,水分子场助再定向——隧道效应机理。通过比较,我们认为第三种机理是目前解释水溶液中质子淌度的较好的一种机理。     

具有分子内单氢键的气相丝氨酸分子的旋光异构机理

采用基于密度泛函理论的B3LYP-D3方法和从头算的MP2方法,在MP2/6-311++G(2df,2pd)∥B3LYP-D3/6-31+G(d,p)双水平下对气相丝氨酸分子的旋光异构进行研究.对反应通道的研究表明:气相丝氨酸分子的旋光异构反应有a、b、c、d、e和f 6个通道,a和b通道是羧羟基旋转接着羧基内质子转移后(b通道还要经过R-基上的羟基旋转异构)α-氢以氨基氮为桥梁转移,c和e通道是羧羟基旋转后α-氢分别以氨基氮和羰基氧为桥梁转移,d通道是α-氢直接以氨基氮为桥梁转移,f通道是α-氢以羰基氧和氨基氮联合为桥梁转移.对势能面的计算显示:a和b通道具有优势,这2个通道的决速步能垒分别是247.37和249.29kJ/mol.结果表明孤立的丝氨酸分子很难旋光异构.     

PAN大分子预氧化结构形成及演变机理

将聚丙烯腈（PAN）纤维在空气气氛中于130～190 ℃范围内进行热处理,通过傅里叶红外光谱（FT-IR）、凝胶渗透色谱（GPC）和元素分析（EA）等方法研究了PAN纤维预氧化初期的结构演变。结果表明：PAN大分子链中的羧酸共聚组分在130 ℃左右时引发分子内环化和分子间交联反应,生成酯羰基结构;随着热处理温度升高,PAN大分子进一步发生环化和脱氢反应,生成—C＝N—C＝N—共轭结构和—C＝C—C＝C—共轭结构;当温度高于190 ℃时,PAN大分子开始发生剧烈的环化脱氢反应,生成不饱和芳环结构。     

极化质子内部分子的自旋分布

本文讨论了极化质子内部分子自旋对质子自旋的贡献,与自旋相关的质子结构函数g(?)的一次矩及xg(?)的函数分布。假定极化质子内部分子的自旋分布与非极化质子内部分子分布是关联的,本文构造了关联函数把它们联系了起来。同时把胶子的反常贡献和部分子的轨道角动量的贡献都考虑在内,计算结果与实验数据符合很好。     

胶粘剂迁移的影响因素及迁移机理

涂布加工过程中胶粘剂的迁移对涂布纸的质量有关重要的影响，掌握胶粘剂迁移的影响因素及迁移机理有助于对其进行有效的控制。本文评述了国内外对影响胶粘剂迁移的因素以及迁移机理的研究现状，并对今后的研究方向提出了建议。