共轭性取代对咔唑类衍生物结构和光谱性质影响的理论研究

用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD。DFT)对咔唑的6种共轭基团取代衍生物的电子结构和吸收光谱性质进行了比较研究。对衍生物的基态分子结构运用B3LYP/6-31G(d)水平进行全优化,分析了电荷的分布和前线分子轨道等性质。结果表明,与母体咔唑相比,各衍生物均形成了分子内氢键,共轭体系的π键成分增大,能级差减小,激发能降低,分子的最大吸收波长向长波方向移动,即发生红移。前线分子轨道分析表明该类化合物吸收光谱主要对应分子中的HOMO→LUMO电子跃迁,且为π-π~*跃迁。共轭性基团的引入扩大了分子结构的共轭范围,增强了分子内电子的转移,改善了咔唑类化合物的光电性能。本文为新型含咔唑基团的光电功能材料的设计合成提供了理论参考。     

2-(4-取代苯基)乙烯基吡啶电子光谱的理论研究

对2-(4-取代苯基)乙烯基吡啶系列用密度泛函法(DFT),在B3LYP/6-31+G**冰平上全优化几何构型,探讨苯环对位上不同取代基对分子电荷的转移、前线轨道能量等性质的影响规律.结果,电子由苯环向乙烯链移动,并通过乙烯链再向吡啶环移动;前线轨道能量随着取代基吸电子能力的增加而降低,随着供电子能力的增强而升高.在此基础上采用含时密度泛函(TD-DFT)计算分子第一激发态的电子跃迁能,得到最大吸收波长λmax.计算结果,6个化合物的最强跃迁都由于基态到单重激发态分子的HOMO→LUMO跃迁,由轨道对称性可知为π→π*跃迁.引入上述5种取代基,均导致最大吸收波长红移.     

插烯系硫靛发色体电子光谱的含时密度泛函理论研究

在密度泛函理论的B3LYP/6-31 G~*水平上对硫靛染料发色体及其插烯系化合物的几何构型进行优化计算;在获得基态稳定结构的基础上,应用含时密度泛函理论在相同水平下计算其电子吸收光谱,探讨了发色体的延伸对电子吸收光谱的影响,得到了与实验值基本一致的变化规律。结果表明,发色体的纵向延伸使光谱产生轻微的红移。通过对前线轨道组成进行自然布居分析,揭示了硫靛染料的发光均源自分子中HOMO-LUMO(π→π~(?))电子跃迁。     

L-Thr-TPPMg电子结构及光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论方法在B3LYP和混合基组(C、H原子采用6-31G(d);Mg、N、O采用6-311++G(2d,p))水平对含L-苏氨酸侧链的四苯基卟啉镁衍生物L-Thr-TPPMg的基态几何构型进行了优化,获得了稳定的分子构型。以获得的稳定构型为基础,在相同基组水平进行了红外吸收光谱研究;采用含时密度泛函理论方法,在相同基组水平进行了紫外吸收光谱和电子圆二色谱研究。理论研究发现:(1)L-苏氨酸的羧基氧原子与镁原子之间存在配位作用。(2)氮镁配位键、氧镁配位键的伸缩振动在IR谱中的1022 cm~(-1)、278 cm~(1)处呈现特征吸收峰。(3)理论UV谱存在Soret带和Q带吸收。Q带吸收峰主要由HOMO→LUMO的荷移跃迁贡献;Sorer带的吸收峰主要由HOMO-1→LUMO的荷移跃迁贡献。(4)Sorct区表现出分裂的ECD谱。第1 Cotton效应主要来源于分子由HOMO-1→LUMO的荷移跃迁;第2 Cotton效应主要由HOMO-1→LUMO+1的荷移跃迁贡献。上述跃迁均为π→π~*的荷移跃迁。     

广藿香酮电子结构及紫外光谱性质

采用量子化学密度泛函理论在B3LYP/6-311++G**水平上对广藿香酮在甲醇溶液中可能存在的异构体电子结构和紫外光谱性质进行了理论研究。结果表明:(1)广藿香酮可能稳定存在的酮式、单醇式、双醇式3类异构体共计10个;其中Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ分别为上述3类异构体中的相对稳定构型。在所有异构体中,单醇式异构体Ⅴ为最稳定构型,为天然存在的广藿香酮的分子结构,与实验结论一致。(2)计算获得了异构体Ⅴ在甲醇溶液中的紫外吸收数据,与实验值吻合较好。296nm处的吸收峰来源于分子中的HOMO→LUMO的π–π*电子跃迁(占100%);223nm处的吸收峰主要来源于分子中的HOMO→LUMO+1的π–π*电子跃迁(占74%)     

中药常山中的常山碱其电子结构和光谱性质的理论研究

用ZINDO、从头算、密度泛函和含时密度泛函理论法,研究常山碱的电子结构和光谱性质.模拟α-常山碱和β-常山碱的吸收光谱和荧光光谱成功,利用电荷密度差(CDD)和前线分子轨道(FMO)的组成,分析电子跃迁的特征,将每个吸收光谱和荧光光谱峰归属,发现α-常山碱和β-常山碱的吸收光谱均发生在母核4-喹唑酮上,而其荧光光谱则与母核4-喹唑酮和N3连接的基团有关.量子化学计算法可用来研究这类化合物的定性和定量.     

白芷香豆素分子电子结构及光谱性质的理论研究

采用量子化学密度泛函理论在B3LYP/6-31+G**水平上对白芷中的5种香豆素类化合物分子几何构型进行全优化:用含时密度泛函理论在相同水平对上述化合物分子进行电子吸收光谱研究.为模拟真实条件,采用PCM模型,以甲醇为溶剂,计算其对分子电子结构和光谱性质的影响.计算结果表明:标题化合物分子母环发生共轭形成大π键,为刚性...     

酚类抗氧化剂结构-活性的ab initio研究

采用ab initio方法,在HF/6-31G水平上对4种酚类抗氧剂的平衡几何构型、净电荷及前线轨道组成和能级等进行了理论计算研究,探讨了这些化合物的结构特征、抗氧化活性和取代基效应。研究表明,这些抗氧化剂HOMO和LUMO均为π-分子轨道。由共轭大π-键的离域性和HOMO与LUMO的性质表明,不饱和的共轭体系不仅能与自由基结合,还因共轭体系的孤对电子更易转移而与金属形成配位键和化学吸附膜,添加剂的电子结构性质决定了抗氧作用。研究还表明酚类化合物的抗氧化活性与其释放活泼氢生成苯氧自由基的能力有关,活性大小与O-H间的Mulliken集居数、净电荷差、前线轨道能级和反应终态能量下降量有关。4种酚类化合物的抗氧化活性:化合物Ⅰ>Ⅳ>Ⅱ>Ⅲ,与实验结果一致。     

边缘氢化石墨烯片层结构和光谱性质的密度泛函理论研究

以并3-6苯环为氢化石墨烯片层模型,采用量子化学密度泛函理论方法(DFT)在B3LYP/6-31G(d,p)水平上进行了几何结构全优化,讨论了分子结构、能量、前线分子轨道等性质的变化规律。在得到化合物基态稳定构型的基础上,运用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算了电子吸收光谱的性质。计算结果显示边缘氢化石墨烯片层均为平面结构,线型扶手椅型结构能量最低,结构最稳定。随着石墨烯片层环数的增加HOMO轨道能量增加,LUMO轨道能量降低,能隙能量降低,最大吸收波长明显红移。     

五味子丙素立体异构体ECD谱的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法和极化连续介质模型(PCM),在B3LYP/6-311++G**水平上对五味子丙素的一个立体异构体的基态几何构型进行了优化;以优化得到的稳定构型为基础,采用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法,在相同基组水平进行了电子圆二色谱(ECD)研究,根据计算获得的电子跃迁吸收波长(λ)和电子旋转强度(R)拟合得到了理论ECD谱。理论研究发现:甲醇溶液中,2个苯环之间扭曲形成的二面角∠C(2)-C(1)-C(8)-C(7)约为64°;计算获得的理论ECD谱吸收峰略红移,各谱带形状与实验谱吻合较好。通过对相关跃迁性质的分析发现,理论ECD谱的吸收峰1主要由自于HOMO-2→LUMO和HOMO-2→LUMO+1的电子跃迁贡献;吸收峰2的吸收主要由HOMO→LUMO的电子跃迁贡献。这些结论对深入理解五味子丙素异构体的电子结构和手征光学性质具有一定的科学意义。