钒氧阴离子团簇与小分子碳氢化合物反应的实验和理论研究(英文)

为了在分子层次上揭示相关催化反应的机理,人们对过渡金属氧化物团簇与碳氢化合物分子反应进行了大量研究.相比于过渡金属氧化物团簇阳离子,阴离子对一些碳氢化合物的活性弱得多,因此研究还很少.在本工作中,我们通过激光溅射产生钒氧团簇阴离子VxOy-,产生的团簇在接近热碰撞条件下与烷烃(C2H6和C4H10)以及烯烃(C2H4和C3H6)在一个快速流动反应管中进行反应,飞行时间质谱用来检测反应前后的团簇分布.在VxOy-与烷烃的反应中,生成了产物V2O6H-和V4O11H-;在与烯烃的反应中,产生了相应的吸附产物V4O11X-(X=C2H4或C3H6).密度泛函理论计算表明:V2O6-和V4O1-1可以活化烷烃(C2H6和C4H10)的C-H键,也可以与烯烃(C2H4和C3H6)发生3+2环化加成反应形成一个五元环结构(-V-O-C-C-O-),C-H键活化与环加成反应都需经历可以克服的反应能垒.理论计算与实验观测结果相符合.V2O6-和V4O1-1团簇都具有氧原子自由基(O·或O-)的成键特征,活性O-物种也经常出现在钒氧催化剂表面,因而本研究在分子水平上,揭示了表面活性氧物种与碳氢化合物反应的机理.

银离子促进神经传导素分子内氢原子转移和C-C键解离反应

色氨酸、酪氨酸和组氨酸是三种基本的氨基酸,也是大脑营养代谢中重要神经传导素的前驱体。本文利用自制的反射式时间飞行质谱仪结合磁控溅射束源和下联管式反应器,在气相条件下研究了这三个氨基酸与银离子的相互作用,揭示了这些有机小分子在银离子的存在下容易解离并产生碎片和产物重组的现象,并利用密度泛函理论计算,阐明了其中的反应机制。研究发现,银离子能促进氢原子转移,进而影响竞争性的C_(α)-C_(β)和C_(β)-C_(γ)键解离反应。本研究丰富了对这类神经传导素分子基本规律与性质的精准认识,从而有助于深入理解生物体内类似生理过程的化学机制。

金属氢化物中质子耦合电子转移反应的理论研究

金属-氢配合物在多种催化反应中起着重要作用最近的研究表明,与吡啶基团共价连接的钨氢配合物可以发生协同的质子耦合电子转移反应.本文使用密度泛函理论和非绝热速率理论研究了该类弱氢键体系中的协同质子耦合电子转移反应.首先通过密度泛函理论构建了金属-氢配合物质子自由度的二维势能面.然后求解薛定方程得到了波函数和振动能级,并用于分析各对振动态之间的跃迁速率和总的速率常数.结果表明,由于质子给体-受体之间距离的热涨落,即使在质子给体和受体之间仅存在弱氢键的情况下,协同质子耦合电子转移反应和总反应速率常数也可以得到显著增强.

七叶一枝花中薯蓣皂苷的分离及结构鉴定研究

本文利用高效液相色谱-串联质谱联用方法研究了七叶一枝花中的薯蓣皂苷。实验采用高效液相色谱分离了七叶一枝花中的3种薯蓣皂苷;通过与电喷雾质谱联用获得了这几种化合物的分子量信息;再用MS/MS获得了这几种化合物进一步的结构信息。采用此方法可快速分析鉴定从七叶一枝花中分离得到的薯蓣皂苷。

HL-LH2中色素分子间的单重激发态能量传递

采用飞秒时间分辨吸收光谱手段观测了在500和800nm激发下高光培养的紫色光合细菌Rhodopseu—domonas（Rps）．palustris外周捕光天线LH2（HL—LH2）中不同共轭链长类胡萝卜素（Carotenoid，简称Car）和细菌叶绿素α（Bacteriachlorophyll α，简称BChl α）的特征吸收光谱，光谱动力学分析结果表明，HL—LH2中不同Car分子间可能存在复杂的单重激发态能量平衡过程，Car分子同时向BChl α分子发生多途径的单重激发态能量传递，B800主要接受来自Car的S2和S1态能量；B850则主要接受来自长共轭链Car（共轭双键数目n=13）的S1态和B800的激发态能量，整个能量传递过程在3～5ps内完成．

DFT能量分解和氮苄叉基苯胺分子π电子离域能的研究

为了探索密度泛函理论(DFT)方法中氮苄叉基苯胺分子π电子离域的本质,介绍了将非平面分子氮苄叉基苯胺分子的DFT能量分成π和σ的方法,并将π和σ电子能量分成单电子能部分:动能ΔEKπ(θ),ΔEKσ(θ)和位能ΔEPπ(θ),ΔEPσ(θ);双电子相互作用部分:库仑作用ΔEπJπ(θ),ΔEσJσ(θ),ΔEπJσ(θ)和交换相关作用ΔEπXπC(θ),ΔEσXCσ(Δ)以及ΔEπXCσ(θ),分析了垂直离域能ΔEV的稳定性及π电子离域对π和σ体系的影响.在B3LYP/6-31G*,6-311G*,6-31G(2d),6-311G(2d)水平下的计算结果表明,与经典观点不同,π电子的离域是失稳定的,且平面时失稳定性最强;分析各个能量分量表明,在π电子的离域过程中,π和σ体系均对基组较敏感,π体系本身单电子能的影响大于σ体系,π电子离域对双电子部分作用的影响主要体现在π-σ的耦合作用上.

X射线荧光光谱研究粮食中生命有机碳与碳化学循环

采用X射线荧光光谱(XRF)方法测定六种粮食:稻谷(大米)、小麦(面粉)、黄豆、小米、高粱和玉米中生命有机碳含量和化学元素组成,建立一种新方法测定它们的蛋白质含量。粮食中生命有机碳平均含量约为44%。黄豆中的蛋白质含量最高(42.74%),小米蛋白质含量28.56%,麦子蛋白质含量27.57%,玉米蛋白质含量24.99%,高粱蛋白质含量22.21%,而大米蛋白质含量只有20.31%。基于文中新定义的碳化学循环,结合相关研究数据,我们发现2009年人类使用生命有机碳作为生命体内所需排放CO2只占总排放量的1.00%,使用有机碳排放CO2占总排放量的10.73%。碳循环清晰的轨迹与不同类型碳源释放CO2量的数据将促进研究碳化学循环和大气CO2"温室效应"。研究工作还发现地球大气CO2循环一次时间是8年,表明大气CO2循环动态平衡具有敏感性,但是没有实验数据证明地球大气存在着破坏性的CO2"温室效应"。

AlL＿3－L′及AlL＿3－AlL＿3′（L＝噻吩甲酰三氟丙酮，L′＝乙酰丙酮）体系分子间配体交换的￣（19）FNMR研究

本文用￣（１９）ＦＮＭＲ研究了Ａｌ（Ｔｔｆａｃ）＿３－ａｅａｃ、Ａｌ（Ｔｔｆａｃ）＿３－Ａｌ（ａｅａｃ）＿３体系分子间配体交换反应，其中Ｔｔｆａｃ为非对称二齿配体噻吩甲酰三氟丙酮，ａｃａｃ为对称二齿配体乙酰丙酮（ＣＨ＿３－Ｃ－ＣＨ＿２－Ｃ－ＣＨ＿３）．实验结果证实了新物种的产生，求得了交换反应的平衡常数、自由能，发现这一非对称二齿配体金属络合物与对称二齿配体金属络合物体系的配体交换反应平衡时各物种的摩尔分数服从随机统计分布，并讨论了结构与能量及交换反应平衡程度的关系。

黄腐酸对菁染料超分子组装及手性调控研究

利用菁染料超分子作为分子探针对黄腐酸进行标记,检测黄腐酸和药效机制,对于生命科学和药物化学领域的发展具有重要意义。采用紫外-可见吸收光谱和圆二色谱研究黄腐酸作为模板对不同结构菁染料超分子的组装及手性调控。结果表明:黄腐酸能诱导三种菁染料J-聚集体解聚为单体并伴有体系表观颜色的变化,并与菁染料单体之间具有很高亲和力。黄腐酸作为模板不仅可以诱导MTC形成具有一定手性的H-聚集体,而且能使MTC的H-聚集体的手性出现两次反转;还可以诱导ETC的J-聚集体发生分子间的重排,最终形成具有左手螺旋性的J-聚集体。除此之外,黄腐酸还对PTC的J-聚集体圆二色谱信号有显著的影响。同时,菁染料中位取代基影响到相互作用的能力:中位取代基越小,菁染料聚集体与黄腐酸的作用越强。菁染料与黄腐酸的结合能力大小为MTC>ETC>PTC。菁染料超分子可作为一类优良的分子探针对黄腐酸进行特异性识别并可达到可视化的检测效果。

ICl_3电离能的实验和理论研究

结合紫外光电子能谱实验和量子化学计算方法研究了三氯化碘的电离能 .实验得到的ICl3 的紫外光电子能谱是一氯化碘和氯气的混合能谱 ,这表明ICl3 分解为ICl和Cl2 .采用B3LYP方法在 6 3 11++G(df)基组水平上得到了ICl3 分解的过渡态 .计算表明ICl3 分解吸收少量热量 ,反应的活化能为 168.4kJ/mol.采用HF方法和外壳层格林函数方法 (OVGF)预测了ICl3不同轨道的电离能 ,OVGF方法得到的ICl3 第一垂直电离能为 10 .3 72eV .

金属络合物分子间交换反应的核磁共振研究Ⅲ．噻吩甲酰三氟丙酮铝与苯甲酰丙酮铝体系分子间配体交换的￣（19）FNMR研究

用￣（１９）ＦＮＭＲ研究了噻吩甲酰三氟丙酮铝与苯甲酰丙酮铝体系分子间的团体交换反应，求得了交换反应的平衡常数及自由能，结果表明交换反应有利于混合配体络合物生成，平衡时混和溶液中各组分分布偏离统计分布。

阿魏酸丙三酯的分子内协同抗氧化作用研究

A glyceride containing three ferulic groups was first synthesized in order to investigate intermolecular synergistic antioxidant activity. The antioxidant activity was evaluated via a radical-scavenging reaction of DPPH˙ radical. Although the scavenging capacities of both antioxidants, ferulic acid and glyceride tri-ferulate, were roughly equal, the apparent activation energy(Ea) of 19.50 kJ/mol for glyceride tri-ferulate is obviously lower than that of 28.80 kJ/mol for ferulic acid. The synergistic effect on Ea was further explained by a parallel π-π-stacking interaction.

单重态激子裂分的研究进展

单重态激子裂分指的是在有机分子中一个单重态激子与相邻的基态发色团相互作用形成两个三重态激子的过程。利用这种多激子效应制成的光伏器件有望突破肖克利-奎瑟限制,使光电转换的理论效率由30%提高到44.4%。近年来各国科学家在裂分材料的设计合成和器件化应用方面取得了一定的进展,但是对于激子裂分物理本质的认知仍然存在争议和分歧。本文较为系统地介绍了激子裂分材料的最新进展和本研究组的相关工作。简要回顾了激子裂分的发展历史,从概念、裂分的发生条件和作用机制三方面介绍了激子裂分过程,综述了具有分子间和分子内裂分性质的材料的最新研究成果。在系统归纳激子裂分研究现状的基础上对单重态激子裂分的发展趋势和应用探索指出了可能的方向。

二苯基-2-吡唑啉等分子内电子转移的研究

对2-吡唑啉、二苯基-2-吡唑啉及其硝基取代衍生物的基态和第一单重激发态的分子构型及电子结构进行了计算．结果表明，基态时由于N1原子上孤对电子的存在使吡唑啉母体环上诸原子不在同一个平面上，1位和3位取代苯环与母体环非共平面；激发态时，1，o-DPP的1位苯环和3，o-DPP的3位苯环分别与母体环互相垂直．其余分子在激发态时取代苯环与母体环均接近于共平面.电子受激发时，从N1原子转移到苯环上．对于1，o-DPP和3，o-DPP，弛豫后电子不发生再转移．对于其它体系，弛豫后电子再转移到N2－C3之间．

α-生育酚与自由基DPPH^.的反应机理研究

通过NMR产物分析方法确认α-生育酚与DPPH·在DMSO中的反应最终产物结构为醌式.此外,对该反应过程的ESR实验证实α-生育酚与DPPH·反应的计量比为1∶2.由此可以进一步推断:α-生育酚与DPPH·反应的分子机制为两步过程.

复方壁虎藤梨根对肝癌细胞的抑制作用研究

目的:观察复方壁虎藤梨根对肝癌细胞的抑制作用。方法:采用体外抗肿瘤药物筛选的SRB法,考察壁虎粉、藤梨根及其复方对肝癌细胞的抑制作用。结果:在体外试验中,壁虎粉、藤梨根及复方壁虎藤梨根均对肝癌细胞表现出一定的生长抑制作用,在相同的条件下,复方壁虎藤梨根的抑制效果均要优于单独的壁虎粉和藤梨根。在体内的抗肿瘤药效评价中,复方壁虎藤梨根能有效抑制肿瘤生长,瘤重与肿瘤对照组比较明显降低(P<0.05),肿瘤抑制率可达37.9%,且对荷瘤小鼠体重无任何影响。结论:复方壁虎藤梨根在体外及体内的抗肝癌实验中均表现出明显的抑瘤作用。

单细胞光合生物莱茵衣藻光系统Ⅱ产生超氧阴离子自由基的ESR研究

强光辐照下高等植物光系统Ⅱ(PSⅡ)会产生超氧阴离子自由基(O2·),该过程中产生的O2·在高等植物光合作用活性氧自由基代谢中具有重要作用.莱茵衣藻光系统结构与高等植物非常相近.应用新型高特异性自旋捕获-ESR方法及四唑氮蓝还原法,首次在莱茵衣藻的类囊体膜和PSⅡ中检测到O·2的生成,通过与有关菠菜的ESR实验结果对比发现两者的O2·产生分子机制可能极为相似.相比高等植物,单细胞莱茵衣藻具有结构简单、遗传背景清晰与基因组测序工作完备等诸多特点.因而,针对莱茵衣藻的O·2分析可能为深入研究高等植物光合系统中的活性氧代谢机制提供新的契机.

用于瞬变物种和自由基原位研究的紫外光电子能谱-飞行时间质谱仪

在经过改造的用于瞬变物种和自由基研究的瞬态紫外光电子能谱仪基础上,研制了新的紫外光电子能谱-飞行时间质谱仪(UPSTOFMS)。飞行时间质谱部分安装在紫外光电子能谱仪电离室一侧,质谱分辨率优于400。用新仪器对稳定化合物丙酮、苯、碘甲烷、碘和微波放电过程中产生的瞬变物种进行了初步实验研究,获得的质谱结果与能谱对应相当好。紫外光电子能谱-飞行时间质谱仪进一步提高了瞬变物种和自由基原位产生和原位探测的研究能力。

半菁染料作为染料敏化太阳能电池吸光材料的理论研究（英文）

采用第一性原理研究了半菁-二氧化钛团簇形成的配合物(hemicyanine-(Ti O2)n)的光电子转移过程,这里n分别取5,9,15.配合物基态构型采用密度泛函理论方法进行优化,而激发态采用含时密度泛函理论进行计算.采用长程相关校正的密度泛函CAM-B3LYP和ωB97X-D计算的激发能与实验值吻合得很好.依据广义Mulliken-Hush(GMH)公式,基于密度泛函理论得到的波函数被用来计算电荷转移积分,进而可根据Marcus理论计算出电荷分离速率常数(kCS)和电荷回传速率常数(kCR).计算结果表明电子从染料到(Ti O2)n团簇的传递有多条通道,这使得kCS具有更大值,相反,只具有单通道的电荷回传降低了kCR值,与kCS相比甚至可以忽略,这表明在所研究的体系中电荷回传是不利的.

甲基紫精与醇类间的光诱导电子转移及光催化反应的ESR研究

用ESR方法研究了甲基紫精（MV++）与甲醇，乙醇及苄醇等之间的光诱导电子转移和光反应过程．结果发现，甲基紫精存在条件下，某些很稳定的醇类也可以发生光催化分解和光催化氧化的反应，甲基紫精在反应过程中起的是催化剂的作用在无氧条件下，MV++／C2H5OH体系经UV光照10min后即可观察到很强的MV+离子基的信号，表明甲基紫精与乙醇分子之间发生了电子转移；当进行较长时间光辐照，则MV+离子基逐步消失而生成H原子和碳中心自由基。在通氧条件下进行光照时，则无MV+基信号而产生OOH基和碳中心自由基的信号．当体系中有一定量的水存在时，OOH基减弱而产生·OH基，且随着水量的增加，·OOH基的强度更为减弱直至消失，而同时羟基浓度则大大增加．另一个有趣而重要的现象是，对于MV++／苄醇体系，在通氧条件下辐照时可给出很强的超氧阴离子基O2-的信号，而MV++／甲醇体系可产生较弱的O2-信号.但是在无氧时甲基紫精的存在进行光辐照甲醇并不发生反应，而苄醇却可被甲基紫精光催化分解产生很强的苄氧基，羟甲基等自由基．本文详细地研究和讨论了甲基紫精与几种醇之间的光诱导电子转移和相应的均相光催化反应过程的机理．