n(Mg)/n(Al)=3的水滑石层板结构及层间距的阴离子调控

利用密度泛函理论(DFT)的B3PW91方法在Lanl2dz水平上研究了镁铝摩尔比为3的水滑石层板分子簇模型[Mg30Al7(OH)72]9+的几何构型, 优化得到的结构参数和采用Reflex模块模拟得到的XRD图谱分别与实验观测结果相符, 由此确定了水滑石层板沿第三维方向的有序堆积, 该结构符合空间群R3m(166), 其晶胞参数a=1.2552 nm, c=2.3400 nm. 进一步构造了具有R3m空间群对称性的Mg-Al-CO32--LDH晶体结构模型, 选取其中的簇模型, 经优化得到了一种稳定构型, 脱除结晶水的水滑石层间距为0.7260 nm, 键参数的变化表明碳酸根离子与层板间存在较强的超分子作用.     

应用理论计算研究MCM-22分子筛相邻酸性位上乙烯和苯的吸附

应用ONIOM计算方法研究了MCM-22分子筛超笼12元环上存在两个酸性位时的酸强度及其与骨架铝之间距离的关系,并研究了乙烯和苯分子吸附的规律.计算采用52T簇模型和B3LYP/6-31G**/MNDO方法.结果表明,存在两个酸性位且两个骨架铝之间间隔1个骨架硅时,酸强度比孤立的酸性位明显降低;当间隔的硅原子数增加时,酸强度呈上升趋势,间隔3个以上骨架硅时,其酸强度与孤立的酸性位几乎没有差别.对于乙烯的吸附,当两个骨架铝之间间隔1~4个骨架硅时,其吸附能几乎没有差别(31~35 kJ/mol);对于苯的吸附,当两个骨架铝之间间隔1个骨架硅时,其吸附能有所提高,因为两个桥羟基同时对苯分子产生氢键吸附作用.当两个骨架铝之间的距离增大时,苯的吸附能几乎相同(21~29 kJ/mol).若两个乙烯分子或苯分子同时吸附在双酸性位上,其吸附能与单个分子在孤立酸性位吸附时几乎没有差别.应用自然键轨道计算分析了吸附配合物的电子结构,进一步探明了乙烯和苯在分子筛酸性位上吸附的本质.     

Geometries, Electronic Structures, and Electron Detachment Energies of Small Boron Sulfide Anions： A Density Functional Theory Investigation

A density functional theory investigation on the geometries, electronic structures, and electron detachment energies of BS, BS2, B（BS）2 and B（BS）3 has been performed in this work. The linear ground-state structures of BS （C∞v, ^1∑^＋） and BS2^- （O∞h, ^1∑g^＋） prove to be similar to the previously reported BO and BO2 with systematically lower electron detachment energies. Small boron sulfide clusters are found to favor the formation of -B=S groups which function basically as a-radicals and dominate the ground-state structures of the systems. The perfect linear B（BS）2^-（D∞h, ^3∑g） and beautiful equilateral triangle B（BS）3^- （D3h,^2A1”） turn out to be analogous to the well-known C2v BH2 and O3h BH3, respectively. The electron affinities of BS, BS2, B（BS）2 and B（BS）3 are predicted to be 2.3, 3.69, 3.00 and 3.45 eV, respectively. The electron detachment energies calculated for BS^-, BS2^-, B（BS）2^-, and B（BS）3^- may facilitate future photoelectron spectroscopy measurements to characterize the geometrical and electronic structures of these anions.     

密度泛函理论在分子磁学中的应用——混合价三核锰配合物磁性的理论研究

在对混合价化合物分类的基础上, 将双核耦合模型推广到三核磁耦合体系, 重点研究定域与离域两类混合价化合物的磁学性质. 以混合价三核锰为例, 应用密度泛函理论方法计算了定域与离域 [Mn3O(O2CH)6L3]z+(L=pyridine; z=0)化合物的电子结构, 得到与实验可比较的磁耦合常数J. 结果表明, 密度泛函理论(DFT)结合对称性破损(BS)方法可用于此三核混合价体系; 对于完全离域的混合价Mn3Ⅱ,Ⅲ,Ⅲ体系, 必须考虑电子的离域作用对磁耦合的影响, 其Hamiltonian量应该包含双交换参数B. 为便于比较, 同时计算了等价三核锰化合物[Mn3O(O2CH)6L3]z+(L=pyridine; z=1)的磁学性质.     

L1 β-Lactamase催化反应机理研究

用混合量子力学和分子力学(QM/MM)方法和密度泛函理论讨论了L1 β-Lactamase催化Nitrocefin水解的过程, 研究结果表明, 反应为多步反应: 第一步亲核进攻反应为反应的决速步骤, 并且伴随着酰胺键的断裂, 第二步反应为质子迁移反应. 同时讨论了金属锌在反应中的作用.     

硫代乙酰胺光化学反应机理的理论研究

用B3LYP, MP2和CASSCF方法, 采用cc-pVDZ和6-31++G**基组, 研究了硫代乙酰胺在基态和最低三态上消除硫化氢以及其它光解离反应, 并考虑了单个溶剂分子参与反应对质子迁移反应的影响, 得到了消除硫化氢反应的反应机理, 计算结果可以很好地解释实验结果. 进而用CASSCF方法计算了第一激发单态上的各驻点, 以及各交叉点. 计算结果表明, 在S1和T1态上发生除分子内转动以外的化学反应的可能性比较小, 当分子被激发到S2态上时, 将通过S2/S1交叉点到S1态, 在S1态上的分子有两条途径去活化, 通过S1/S0交叉点到热基态, 通过S1/T1交叉点系间窜越到T1态. 因而得出CH3CSNH2发生光解离反应的可能性不大. 基于此, 可将硫代酰胺结构引入蛋白或多肽中, 有望在不破坏分子整体结构的情况下对其进行光化学研究.     

2-(2-甲基烯丙基)-3-(3-甲基-1,2-丁二烯基)环己-2-烯酮重排生成八元环化合物反应机理的理论研究

采用密度泛函理论B3LYP/6-31G(d,p)方法研究了2-(2-甲基丙烯基)-3-(3-甲基-1,2-丁二烯基)环己-2-烯酮重排生成八元环化合物在气相中的反应机理. 考虑了两条可能的反应途径: 途径1包含5个过程, 途径2包含两个过程. 从能量上看, 两条途径的决定速度步均是[1,5]氢迁移. 采用自洽反应场极化连续模型(PCM模型)和极化导体模型(CPCM模型)研究了反应体系在甲苯溶液中的溶剂效应. 结果表明, 气相和溶液中途径2均是较优途径, 并且甲苯对该反应的溶剂化效应不明显. 理论研究结果与实验观察结果一致, 并很好地解释了有关实验现象.     

非血红素配合物[FeⅣ(O)(TMC)(NCMe)]2+与[FeⅣ(O)(TMCS)]+的几何结构、电子结构、成键性和反应活性比较

采用密度泛函理论计算了[FeⅣ(O)(TMC)(NCMe)]2+ 和[FeⅣ(O)(TMCS)]+的电子结构、反应活性和Fe—O的成键性. 几何构型的优化采用非限制性的B3LYP混合密度泛函方法, 重原子Fe的优化采用是LanL2dZ基组, C, H, O, N和S的优化采用TZV基组, 理论计算结果与实验结果相符. 通过对轨道系数和键级的分析发现, TMC配位基对Fe—O的π键几乎没有影响. 由于竖直方向的硫甲基配位基的轨道与Fe的3d轨道具有较强的重迭, 而乙腈配位基作为轴向配体时, 这种重迭则小得多, 导致了两种配合物在电子结构和反应活性上存在一定的差别.     

添加硼砂助熔剂煤灰熔融性的量子化学与实验研究

将硼砂按不同比例分别掺入四种高灰熔点煤灰中,对混合灰样熔融特性进行实验研究。 采用密度泛函理论对熔融过程中作为反应物的莫来石反应活性进行计算。莫来石属于正交晶系Pbam空间群。计算结果表明,莫来石很容易与电子接受体结合,不容易与电子给予体结合。当莫来石与电子给予体结合时,Si原子的活性高于Al。因此,向莫来石中加入助熔剂硼砂时,硼砂中的Na＋作为电子接受体,非常容易进入莫来石的晶格中,促使莫来石转变为霞石,降低了灰熔融温度。在还原性气氛下,煤灰熔融特性实验证实了理论计算结果。     

稳定直线型硝酮加-O-·2 合物的构型因素解析

对生命体系中的氧自由基, Spin trapping-ESR方法是公认的特征分析手段[1].然而, 对超氧阴离子自由基(O-·2)而言, 其自由基加合物稳定性差.对此,人们通过改变硝酮的取代基团, 设计出更为有效的O-·2捕获探针[2,3].