“无机化学”中“化学键与分子结构”一章的教学探讨

针对“无机化学”课程特点和新生的实际情况,从“力”与“形”两个方面对“无机化学”中“化学键与分子结构”一章的教学难点进行了深层次的梳理与辨析。运用一图十表对知识的难点和重点进行归纳、对比和总结,帮助学生更有效地掌握教学知识。

紫外老化对沥青化学组成与分子结构的影响

为研究紫外老化对沥青微观结构的影响,通过对4种沥青分别进行4组分、红外光谱和核磁共振等试验,研究紫外老化下沥青的4组分、特征峰、官能团等化学组成指标和氢谱图、碳谱图、氢原子含量、分子结构参数等分子结构指标的变化,并通过分子结构指标对化学组成指标的表征,分析分子结构变化对沥青化学组成变化的影响。结果表明:紫外老化后沥青更趋于形成沥青质分子,而沥青质的转化来源主要为芳香分,且含量越高老化后的损失率越高;同时羰基和亚砜基会随着老化的时间增加先快速增加之后趋于平缓,其中羰基指数可表征沥青老化的产生,而亚砜基指数可评价沥青抗老化的能力。紫外老化下沥青芳香环会发生缩合程度增大、环烷基取代基增加以及氢的取代、结构异化等反应;同时高紫外光子能量也会使脂肪碳发生断键,断键的脂肪碳连接到芳香环上提高了化学稳定性。由表征分析可见,沥青的化学组成主要受芳香结构、支化度和芳香环系缩合指数的影响较大。

脂肪酸捕收剂分子结构与性能的密度泛函理论研究

这是一篇矿物加工工程领域的论文。脂肪酸类捕收剂广泛应用于浮选氧化矿,其分子结构是影响浮选性能的重要因素,为了从微观角度揭示脂肪酸捕收剂结构变化对其反应活性的影响,采用密度泛函理论研究了脂肪酸电子结构与性能的关系。研究结果表明:油酸分子和油酸根离子中氧原子有很强的反应活性,氧原子是油酸与氧化矿物表面作用的键合原子;油酸根离子的两个氧原子具有相近的化学活性,且在费米能级处的态密度大于油酸分子,使得油酸根离子的活性明显强于油酸分子;碳链长度和烃基不饱和度几乎不影响脂肪酸中氧原子的态密度,其对脂肪酸性能的影响不是通过羧基作用的;脂肪酸与常见金属阳离子的相互作用能与其溶度积常数降低的规律一致,两者存在较好的对应关系;研究对了解脂肪酸捕收剂结构与性能的关系及开发新型脂肪酸类捕收剂有一定的理论意义和参考价值。

强化抗菌药物分子结构信息教学的研究探讨

以β-内酰胺类抗生素和喹诺酮类抗菌药物的课程教学为例,以药物分子结构信息为核心,通过小组讨论和课堂展示等翻转课堂教学形式,对以青霉素和头孢类为代表的药物分子结构信息和药理作用的教学策略进行探讨。同时,基于逆合成分析策略切断酰胺化学键,以苯甘氨酸为原料,经过与6-APA或7-ADCA缩合反应制备氨苄西林和头孢氨苄,并对以苯甘氨酸为原料制备氨苄西林的合成工艺进行探讨。实践证明,通过用药案例构建药物分子结构和临床应用知识网格,有助于提升学生的临床意识和药学综合技能。

共轭高聚物双分子结构中激子电致解离的动力学研究

通过绝热动力学方法,研究了共轭高聚物双分子结构中激子对外加电场的响应.当外电场强度超过某个临界值时,激子会被解离成一对自由的电子与空穴.对于双分子结构中的激子,其临界解离电场除了受电子与电子相互作用以及电声相互作用影响之外,还受分子间相互作用的影响.由动力学演化的计算得到,激子临界解离电场强度随分子间相互作用强度的增大而呈非线性降低;随电子与电子相互作用强度的增大呈非线性减小的变化;但是,随电声耦合强度的增大却呈现出线性增大的变化.

聚苯乙烯分子结构及热变性研究

采用中红外(MIR)光谱(包括:一维MIR光谱及二阶导数MIR光谱)研究聚苯乙烯分子结构.实验发现,聚苯乙烯分子结构红外吸收模式主要包括:ν_(C)-H,ν_(asCH2),ν_(sCH2),ν_(C)=C,β_(C-H),γR=CH2和γC-H.采用二维MIR光谱进一步研究聚苯乙烯分子热变性.研究发现,聚苯乙烯分子主要官能团(ν_(C)-H,ν_(asCH2),ν_(sCH2),ν_(C)=C,β_(C-H),γ_(R)=CH2和γ_(C-H))热敏感程度及变化快慢顺序都存在着较大的差异性,并对相关机理展开研究,拓展了三级MIR光谱在重要的食品包装及机械材料(聚苯乙烯)分子结构及热变性的研究范围.

蒸汽压片对玉米的淀粉特性、养分含量、康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系组分、体外产气参数和分子结构的影响

本试验旨在研究蒸汽压片对玉米的营养特性、体外瘤胃发酵和分子结构的影响。试验采用完全随机设计,分为2个处理,分别为未处理玉米(UC)和蒸汽压片玉米(SFC),每个处理3个重复。测定未处理玉米和蒸汽压片玉米的淀粉特性、养分含量、康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系(CNCPS)组分、体外产气参数和分子结构,并对玉米分子结构与CNCPS组分和体外产气参数进行相关分析。结果表明:1)蒸汽压片玉米的淀粉含量、淀粉糊化度、直链淀粉含量及总碳水化合物、中速降解碳水化合物(CB1)、中速降解蛋白(PB2)、慢速降解蛋白(PB3)、不可降解蛋白(PC)含量显著高于未处理玉米(P<0.05),淀粉相对结晶度及粗脂肪(EE)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、粗蛋白质(CP)、快速降解碳水化合物(CA)、慢速降解碳水化合物(CB2)、非蛋白氮(PA)、快速降解蛋白(PB1)含量低于未处理玉米(P<0.05)。2)蒸汽压片玉米的1~4 h产气量显著高于未处理玉米(P<0.05),而缓慢产气部分(b)和潜在产气量(a+b)显著低于未处理玉米(P<0.05)。3)蒸汽压片玉米的总碳水化合物面积及碳水化合物第3峰高度和面积显著高于未处理玉米(P<0.05),酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ高度和面积及α-螺旋、β-折叠显著低于未处理玉米(P<0.05)。4)玉米中蛋白质分子结构酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ高度和面积以及α-螺旋、β-折叠与CA、PA、PB1含量呈显著正相关(P<0.05),与CB1、PB2、PC含量呈显著负相关(P<0.05)。由此可见,蒸汽压片有利于增加玉米的总碳水化合物面积及碳水化合物第3峰高度和面积,降低蛋白质结构的高度和面积,从而提高碳水化合物含量,促进玉米在瘤胃的前期发酵和养分利用。玉米的分子结构与CNCPS组分及体外产气参数相关。

田菁不同部位营养价值、分子结构特性和体外瘤胃降解率研究

本试验旨在研究田菁不同部位(包括叶、茎、根及全株)的营养价值、分子结构特征及体外瘤胃降解率,为反刍动物优质粗饲料资源的开发提供基础数据。试验按照概略养分分析法和康奈尔净碳水化合物和蛋白质体系(CNCPS)分析田菁叶、茎、根及全株的营养成分含量,同时利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)技术对田菁不同部位的分子结构进行分析,最后进行体外瘤胃模拟发酵,分析田菁不同部位在瘤胃内的降解率以及产气量。结果表明:1)田菁不同部位间的蛋白质组成和二级结构光谱参数存在显著差异(P<0.05)。其中,叶的蛋白质成分含量较高,根的较低;叶的酰胺Ⅰ区和酰胺Ⅱ区的峰高和峰面积以及β-折叠峰面积较高,茎的酰胺Ⅰ区峰高和峰面积较低。2)田菁不同部位间的碳水化合物组成和分子结构光谱参数存在显著差异(P<0.05)。其中,根的中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)和酸性洗涤木质素(ADL)含量较高,叶的较低;根的总碳水化合物峰高和峰面积较高。此外,田菁的蛋白质和碳水化合物组成与分子结构之间存在一定的相关性。3)田菁叶的体外发酵粗蛋白质和干物质降解率最高,显著高于全株、茎和根(P<0.05);叶的48 h总产气量显著高于茎和根(P<0.05)。由此可见,田菁不同部位的营养价值与分子结构之间具有一定的相关性;其中,叶和茎的营养价值及利用率相对较高,而根的营养价值及利用率较低。

甲壳类水产食物致敏原及其分子结构的研究进展

甲壳类水产品是亚洲地区最主要的致敏食物。食物过敏主要由摄入的食品致敏原引起,而食物致敏原的结构不仅与抗原表位的形成有关,也决定了其在食品加工和体内消化过程的稳定性。本文针对甲壳类水产品,首先阐述了甲壳类水产食物过敏及致敏原的研究进展;进一步对甲壳类水产食物致敏原的分子结构及其与致敏性的构效关系展开论述,并基于此提出了致敏原脱敏策略。目前已鉴定的甲壳类水产食物致敏原大部分属于肌动蛋白结合蛋白、磷酸原激酶和EF手型钙离子结合蛋白3个家族。针对不同蛋白质家族致敏原的结构特点,通过食品加工技术消减致敏性或利用分子生物学手段获得低致敏性衍生物都是防控食物过敏的重要途径。但甲壳类水产食物致敏原的结构信息有待完善,其与致敏性的构效关系也仍是未来致敏原研究的重要方向。本文综合阐述了甲壳类水产食物致敏原结构特性及其与致敏性的构效关系,以期为甲壳类水产食物致敏原的系统研究和食品脱敏方法的建立提供思路。

Cu(Ⅱ)结合对3种黄酮醇分子结构与抗氧化活性影响的理论分析

为揭示黄酮醇与Cu(Ⅱ)之间的相互作用机制,进而提升黄酮醇-Cu(Ⅱ)配位化合物的抗氧化活性,采用密度泛函理论B3LYP方法,分析了羟基去质子化及结合Cu(Ⅱ)对水溶液中3种林源膳食黄酮醇山奈酚、槲皮素、杨梅素分子结构与抗氧化活性的影响。结果表明:羟基去质子化后,黄酮醇分子内其他O—H键键长减小、苯环结构二面角发生改变、分子偶极矩增加、最高占有分子轨道(HOMO)与最低未占有分子轨道(LUMO)能级差(ΔE)减小、分子内其他羟基氢原子正电荷数减小;结合Cu(Ⅱ)后,黄酮醇分子内其他O—H键键长增加、二面角与偶极矩改变、ΔE减小、氢原子正电荷数增大。研究还发现:去质子化后的黄酮醇主要通过改变分子结构和减小ΔE提升离子活性,于去质子化位点形成较高负电势,从而通过静电相互作用与Cu(Ⅱ)发生配位;结合Cu(Ⅱ)后的黄酮醇主要通过增加键长、改变分子结构、增加氢原子正电荷数促进与自由基结合,减小ΔE提升分子活性,增强其抗氧化能力。

聚酰亚胺膜材料分子结构设计强化CO_(2)渗透性研究进展

膜技术基于渗透性差异实现天然气无相变脱碳,节能优势显著,此外膜装置的模块化制造可以灵活应对非常规天然气开采规模的大幅变化。聚酰亚胺(PI)是一种广泛研究的玻璃态聚合物膜材料,脱碳选择性较高、化学稳定性好,近年来在天然气脱碳领域已实现工业应用。尽管如此,通过分子结构设计提升聚酰亚胺膜的渗透性,从而大幅降低膜装置建设成本和占地面积,仍是未来的重要研究方向。从气体在玻璃态聚合物膜中的渗透传质机制出发,归纳总结了芳香族聚酰亚胺在链段构型与柔顺性、大位阻侧基、主链轴节结构等方面的设计进展以及膜材料自由体积分数和气体渗透系数随之发生变化的内在规律,对聚酰亚胺膜材料分子结构设计的未来发展方向进行了展望,兼顾考虑自由体积分数和自由体积空穴尺寸分布范围是同时提高渗透性和选择性的重要途径。

沥青质、胶质分子结构构型推测分析工具SSxAA

对稠油沥青质、胶质化学结构的预测和分析有助于石油的炼制和加工。笔者通过Microsoft Visual Studio 2022软件开发的沥青质推测结构工具(SSxAA,Structure speculation and analysis of asphaltenes)是一套可以自动预测稠油沥青质、胶质分子构型的软件。SSxAA借助已有的Brown-Ladner方法,通过软件中设定的结构参数计算、分子构型生成以及合适构型筛选3部分,可以实现仅需输入实验数据便可得到与实验数据相符的稠油沥青质、胶质分子结构构型,再通过分子动力学模拟计算对筛选的结果进行分析,可获得最佳的分子结构。SSxAA已应用于稠油沥青质和胶质平均分子构型的推测,并有望通过后续的更新应用到其他合适的结构分析中。

“分子结构与物质的性质”项目式复习教学——探秘非遗湿拓画

以“探秘非遗湿拓画”为项目主题,学生通过完成四个项目任务——制备并检验画液性能、探究牛磺酸在颜料配制中的作用、分析颜料在液面上的扩散现象以及解释拓印图案的原理,深入分析特定的分子结构特征,推测分子间的相互作用以及解释物质的性质,加强对“分子结构-分子间作用力-物质性质”内在联系的理解,发展宏观辨识、微观探析、科学探究和证据推理等化学学科核心素养。

外电场作用下苯酚的分子结构与解离特性

为了探究苯酚分子在电场作用下的稳定结构和微观性质,本文利用密度泛函理论,在B3LYP/6-311++G(d,p)水平下研究不同强度外电场(0~0.025 a.u.)作用下苯酚分子的总能量、偶极矩、几何结构、NBO电荷分布、前线轨道能级、红外光谱和解离特性等微观结构性质。结果表明,随外电场强度增加,分子的总能量、O—H键长、间位和对位C原子的电负性、HOMO-LUMO能隙逐渐减小,而分子的偶极矩、C—C键长、C—O键长、O原子和邻位C原子的电负性逐渐增强;分子红外光谱的部分特征振动峰发生不同程度的红移;当外电场强度为0.052 a.u.时,C—O键的解离势垒消失,分子发生解离。本研究为苯酚污染物分子的外电场降解提供一定的理论参考依据。

反应条件对PCEs分子结构和分散性的影响及机理

采用水溶液自由基共聚法,将乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚与丙烯酸共聚合成了聚羧酸系减水剂(PCEs),深入研究了反应温度、滴加时间和链转移剂用量3个主要因素对PCEs分子结构和分散性的影响及机理.结果表明,反应温度和链转移剂用量对乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚的转化率、PCEs的相对分子质量及其分布影响较大,导致PCEs在水泥净浆中的分散性和分散保持性有明显的区别,而滴加时间的影响相对较小.

丙烯酰胺类聚合物稠化剂的分子结构及应用性能

综述了四类丙烯酰胺类聚合物稠化剂:阴离子聚合物、阳离子聚合物、两性离子聚合物和非离子聚合物的分子结构及应用性能,并对耐高温酸液稠化剂的开发提出建议,可望为我国深层高温、低渗透特低渗非常规油气田的开发利用提供参考。

加工工艺对天然橡胶分子结构和性能的影响

研究加工工艺对天然橡胶(NR)分子结构和性能的影响。采用2种新的加工工艺制备NR,即采用酶辅助微生物凝固+造粒+低温干燥工艺制备NR(HJ)和采用酶辅助微生物凝固+造粒+双螺杆机挤出干燥工艺制备NR(JC)。试验表明,与传统加工工艺NR(SCRWF和SCR20)相比,HJ的杂质质量分数和灰分质量分数最小,氮质量分数最大,HJ胶料的塑性保持率最大,HJ硫化胶的炭黑分散性最佳,拉伸强度最大,耐热空气老化性能最好,HJ的橡胶分子结构和性能优于SCRWF和SCR20。

木质素熔融沉积式3D打印的分子结构-流变学响应关系研究进展

木质素作为自然界储量最大的可再生芳香族生物质资源,开发其高值化加工利用技术是林业生物质产业转型升级的重要途径。近年来,基于3D打印技术制备高性能木质素基复合材料的研究发展迅速。木质素的3D打印可快速、高效构建具有特定功能特性的复合材料,且可灵活调控木质素基复合材料的宏观、微观结构,以使其满足能量传输、药物递送和个性化医疗等需求。然而,由于木质素分子结构复杂多变、分子量分布宽、脆性大等特点,木质素的分子结构-流变学响应关系仍缺乏系统研究,限制了木质素基复合材料的进一步开发和应用。本文基于近年来木质素熔融沉积式3D打印的发展现状,系统总结了木质素分子结构与其熔融流变学的响应关系。首先介绍了木质素的分子结构特性和熔融沉积式3D打印技术,然后重点对比分析了不同木质素分子结构、木质素与热塑性高聚物的共混对其熔融流变学特性和打印性的影响,最后总结了木质素熔融沉积式3D打印面临的挑战,并对木质素熔融沉积式3D打印的发展方向进行了展望,通过更好地理解木质素熔融流变学的构-效关系,促进木质素的高值化利用。

页岩干酪根平均分子结构模型的构建方法

页岩中的主要有机成分是干酪根。一个真实的干酪根分子结构模型是利用分子动力学研究页岩有机质微观性质的基础。前人多建立二维干酪根模型,对三维干酪根结构模型的建立较少。因此,很有必要介绍一种建立页岩干酪根的三维分子结构模型的详细步骤。笔者等基于构建出的南堡页岩干酪根的二维分子结构模型,利用分子动力学模拟的手段,根据干酪根的密度.

不同分子结构的黄原胶对冷冻面团及面包特性的影响

为研究不同分子结构的黄原胶对冷冻面团品质和面包烘焙特性的影响,该研究将3种不同分子结构的黄原胶分别添加至面粉中制作面团,经冷冻贮藏后进行面包焙烤,测定面团发酵速率、流变学特性、热稳定性及面包比容、硬度、弹性等。结果显示:随着冻藏时间的延长,面团品质及面包烘焙特性均受到影响,添加黄原胶显著降低面团劣变程度、改善面包品质。流变学结果表明,添加黄原胶增加面团黏弹性,抑制淀粉糊化;质构结果表明,黄原胶的添加显著增加面包的弹性,降低面包硬度(P<0.05);比容结果显示,黄原胶的添加可以显著增加冷冻面团面包的比容(P<0.05);低分子量黄原胶对面包品质改善效果较好。综上,在冷冻面团中添加黄原胶,可以得到品质较好的冷冻面团面包,且较低分子量黄原胶(1400 kDa)不仅能改善面包焙烤特性,还可以降低实际生产应用过程中的时间成本。