皖浙花猪干腌火腿源血糖调节肽的分离纯化、鉴定及量子化学表征

为探究小肽抑制糖类消化的机理,制备皖浙花猪干腌火腿肌肉的水提物和胃胰酶消化产物,分离纯化出α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制活性较高的组分,鉴定、筛选其中的肽序列,采用量子化学方法计算分子前线轨道分布和能量、静电荷分布、键长等结构和电荷参数,推测活性位点。结果表明:1)酶解后火腿肌肉的粒径减小、降糖活性提高;2)水提物和胃胰酶消化产物经过葡聚糖凝胶分离后分别获得两个组分(S-Ⅰ、S-Ⅱ)和3个组分(WY-Ⅰ、WY-Ⅱ和WY-Ⅲ);3)利用质谱技术从高活性组分WY-Ⅱ中鉴定出104条长度8~24的肽序列,筛选出Peptide Ranker程序评分大于0.7的5条序列;4)前述序列的最高占据轨道多分布在精氨酸的胍基及氨基端附近基团,而最低未占轨道多分布在羧基端及附近基团;5)能级差ΔEL-H较低的序列GPMGPSGPR、LGFGGPSGPNAGR、APAPAPAPAPAPPK可能具有较高活性。根据库伦定律,其活性位点分别定位于精氨酸的C106H108、亮氨酸的C10H12和赖氨酸的C176H177,都位于C—H键。研究为探究肽的血糖调节机制,证明地方品种猪的营养价值提供了理论支撑。

量子化学课程思政建设:揭示事物普遍联系的几个教学案例

量子化学是物理化学专业研究生的学位课程,其教学内容蕴含丰富的思政元素。本文以唯物辩证法的联系观为线索,通过典型教学案例,揭示联系的普遍性、客观性和多样性。这些教学案例旨在引导学生树立正确的辩证唯物主义世界观和方法论,学会用联系的观点去分析和解决问题,提高其科学素养和综合素质。

基于SPOC翻转课堂教学模式在《量子化学》研究生课程中的应用探析

引入SPOC翻转课堂教学模式,学生们可以在课前参与预习活动,借助在线学习资源和概念讲解视频,来强化基础知识的学习。该模式提供了个性化的学习反馈和评估机制,使得教师可以为学生提供及时、有效的反馈和指导。通过这些措施,学生的学习体验得到提升,互动与合作能力增强,学习评估和反馈机制得到改进。本文以SPOC翻转课堂教学模式在《量子化学》研究生课程中的应用为例,进行了具体的分析论述。

案例教学法在研究生量子化学计算方法课程中的应用

在研究生课程量子化学计算方法中积极开展案例教学,以学生为中心进行教学改革与探索,提高了学生的学习兴趣,有利于研究生创新能力的培养。

4,4′-联吡啶桥联的钴配位聚合物的合成、表征及量子化学计算

本文通过溶剂热法以对甲基苯磺酸钠为主配体,4,4′-联吡啶为辅助配体制备了一种结构新颖的钴配位聚合物{[Co(4,4′-bipy)(H_(2)O)_(4)]·(p-CH_(3)C_(6)H_(4)SO_(3))_(2)}_(n)。通过红外光谱、X射线单晶衍射、热重分析、X射线粉末衍射等方法对钴配位聚合物进行了表征。结果表明,{[Co(4,4′-bipy)(H_(2)O)_(4)]·(p-CH_(3)C_(6)H_(4)SO_(3))_(2)}_(n)属于单斜晶系,P2_(1/c)空间群,晶胞参数为a=11.3191(14)Å,b=8.0626(11)Å,c=14.936(2)Å,α=90°,β=92.423(4)°,γ=90°,V=1361.9(3)Å^(3),Z=2。中心金属Co(Ⅱ)离子为六配位略有畸变的八面体构型,通过4,4′-联吡啶中的N原子桥联形成一维无限链状,层间通过配位水分子与对甲基苯磺酸之间的氢键作用进一步扩展成三维超分子结构。并运用Gaussian 09程序对钴配位聚合物中[Co(4,4′-bipy)_(2)(H_(2)O)_(4)]·(p-CH_(3)C_(6)H_(4)SO_(3))结构单元进行了量子化学计算,获得了优化构型。原子电荷分布及前沿占据轨道组成很好地佐证了晶体结构的配位环境。电化学阻抗测试结果证明该配位聚合物的电阻较小,导电性能良好,为其在电化学应用方面提供了一定的理论依据。

LaCu_(2)O_(n)^(-/0)(n=4,5)团簇的负离子光电子能谱和量子化学计算:氧单元与LaCu_(2)O_(3)六元环的相互作用

本文采用负离子光电子能谱实验与理论计算相结合对-铜氧化物团簇LaCu_(2)O_(n-/0)(n=4,5)进行研究,测得LaCu_(2)O_(4)^(-)和LaCu_(2)O_(5)^(-)电子垂直脱附能的实验值分别为3.70和3.79eV.理论计算表明,LaCu_(2)O_(4),5-团簇的基态最稳定结构均以一个LaCu_(2)O_(3)六元环结构为主体,再由一个额外的氧原子或超氧单元与其中的镧原子结合.在LaCu_(2)O_(4)^(-)团簇中,外接的氧原子与LaCu_(2)O_(3)六元环结构之间主要呈现出共价相互作用.而在LaCu_(2)O_(5)^(-)团簇中,超氧单元与LaCu_(2)O_(3)六元环之间存在以诱导力为主导的弱相互作用.

应用量子化学计算研究As_(4)S_(4)与H^(+)、OH^(-)相互作用的复合物

目的 应用量子化学计算方法研究As_(4)S_(4)与H^(+)、OH^(-)相互作用的复合物,探讨雄黄在酸性、碱性介质中可能存在的砷形态。方法 首先采用GaussianView软件设计As_(4)S_(4)异构体与H^(+)、OH^(-)相互作用形成的复合物;接着采用Gaussian 09软件,在HF/STO-3G、B3LYP/6-31G^(*)、B3LYP/6-311+G^(*)理论水平下,对可能形成的[As_(4)S_(4)-H]^(+)复合物进行几何优化和热力学计算;对可能形成的[As_(4)S_(4)-OH]^(-)复合物,则在HF/STO-3G、B3LYP/6-31+G^(*)、B3LYP/6-311+G^(*)理论水平上进行几何优化和热力学计算。然后分别在B3LYP/6-31G^(*)和B3LYP/6-31+G^(*)水平下对[As_(4)S_(4)-H]^(+)和[As_(4)S_(4)-OH]^(-)复合物进行自然键轨道分析。结果 雄黄的两种稳定的As_(4)S_(4)异构体与H^(+)、OH^(-)均可以形成1∶1比例的复合物,所形成的21种复合物均具有热力学稳定性。前线轨道能级和键级分析表明,[As_(4)S_(4)-H]+和[As_(4)S_(4)-OH]^(-)复合物的热力学稳定性较差。结论 雄黄在酸性介质和碱性介质中所形成的复合物可以作为短寿命的分子离子存在,这些分子离子可能是雄黄在酸性、碱性介质中的活性中间体。

量子化学在氧化锌矿浮选中的应用研究进展

锌矿资源的高效利用对于保障我国资源安全和高质量发展具有重要意义。随着优质硫化锌矿资源的开发殆尽,低品位的复杂氧化锌矿资源高效利用越来越受到重视。浮选是复杂氧化锌矿加工利用的重要方法。然而传统的浮选方式存在分离效率低且环境污染严重等问题,亟需从更精细化角度针对性开发新的理论和方法。量子化学是量子力学在电子、原子和分子层面研究化学问题的有效工具,能够从微观上深层次地解释浮选作用的本质,从而为高效浮选新技术的开发和高精度浮选新药剂的筛选设计提供有效的理论和方法支撑。本文主要介绍了近年来量子化学在氧化锌矿浮选中应用研究的发展情况,并总结了该领域的优势以及存在的挑战和未来发展的方向。

基于量子化学计算优化的氮掺杂碳量子点缓蚀剂制备及其缓蚀性能

[目的]氮掺杂碳量子点(N-CQDs)作为一种绿色高效的新型缓蚀剂,在腐蚀控制领域具有巨大的应用潜力。但由于其结构无法精确调控,很难对制备N-CQDs的众多前驱体进行筛选。[方法]依据密度泛函理论(DFT),通过Fukui指数计算各前驱体分子的优先反应活性位点,确定前驱体分子间一步脱水缩合反应产物的分子结构,并进行全局参量和局部参量的计算,分析了采用柠檬酸分别与乙二胺、尿素和氨基胍盐酸盐作为前驱体所合成的3种N-CQDs的缓蚀性能,再通过称重法对水热法合成的3种N-CQDs的缓蚀性能进行验证,优选出缓蚀性能最佳的缓蚀剂。采用紫外可见吸收光谱、荧光光谱和高分辨率场发射透射电镜表征优选缓蚀剂的荧光性能和表面形貌,并以电化学方法和表面分析方法研究此缓蚀剂对Q235碳钢在0.5 mol/L硫酸溶液中的缓蚀机理。[结果]以柠檬酸和氨基胍盐酸盐为前驱体制备的N-CQDs-3缓蚀性能最佳,且试验结果和理论计算结果一致。N-CQDs-3在紫外激发光下显示蓝绿光,平均粒径为(2.5±0.8)nm。该缓蚀剂是一种混合型缓蚀剂,主要通过物理和化学吸附同时抑制金属在酸溶液中腐蚀反应的发生,其对Q235碳钢在0.5 mol/L硫酸溶液中的缓蚀效率最高可达95.3%。[结论]通过量子化学计算方法对制备N-CQDs所用的前驱体进行筛选,提前预测其缓蚀性能,可提高试验效率。

量子化学计算在煤炭清洁高效转化微观机制的应用

为推进实现碳达峰、碳中和的目标,煤炭作为我国能源结构的基础原料,其利用的清洁化、高效化需要持续深化内涵。量子化学作为解释微观结构及作用机制的重要理论,目前已被广泛应用于煤化学领域,为煤炭研究提供更多微观信息,以促进煤炭清洁高效利用技术的发展。基于此,概述了量子化学计算在优化煤炭模型分子结构、探讨煤炭清洁高效转化反应机理和明确反应影响因素作用机制3方面的应用,重点对煤热解、燃烧、气化及液化过程中存在的微观问题进行分析、梳理,涉及煤的热解和燃烧过程中的氮元素迁移转化机理、煤基特征官能团与CO_(2)的气化特性、煤液化微观机理中的氢转移反应,以及气氛和催化剂等因素的作用机制等,最后就匹配煤炭变质程度的演变模型、煤炭反应过程中的多因素作用影响机制、完整转化机理、催化剂优化、创新集成工艺等问题,对量子化学在煤炭清洁高效转化领域中有待深入挖掘的科学问题进行了总结与展望,力图为煤炭清洁转化利用技术的研究和应用提供启示。

过渡金属离子促进煤自燃机理的量子化学计算

为研究低温氧化条件下典型过渡金属离子对煤自燃的影响,对褐煤(HM)、气煤(QM)、肥煤(FM)进行过渡金属离子的测定,选取过渡金属离子中含量较多且氧化性较强的Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅲ)和Cu(Ⅱ)为研究对象。采用量子化学计算方法,分析了电荷分布、前线轨道和拉普拉斯键级,证明了活性位点的存在。探究了有无过渡金属离子情况下,Ar—CH_(2)—CH_(3)到Ar—CO—CH_(3)的2种反应历程进行模型优化、过渡态计算和IRC验证,得到热力学相关参数。计算结果表明,无过渡金属离子参与的反应决速步的活化能垒为164.18 kJ/mol,有过渡金属离子反应决速步活化能垒为158.72 kJ/mol,过渡金属离子对总反应速度影响效果不显著。Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅲ)和Cu(Ⅱ)参与下,反应的总放热量分别为1535.52、1834.97、365.93 kJ/mol,其数值均大于氧气分子氧化脂肪烃所放出的热量(319.93 kJ/mol),氧化脂肪烃中C—H的自由能垒分别为42.79、4.30、117.29 kJ/mol,其值都小于氧气分子氧化C—H反应的活化能值(146.38 kJ/mol),过渡金属离子对C—H氧化能力从高到低的顺序为Mn(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)和Cu(Ⅱ),反应过程中伴随着·OH和H_(+)的生成,在后续反应中,会进一步与煤结构发生反应,加快煤自燃过程;为验证模拟结果的准确性,采用程序升温气相色谱联用仪对4种不同煤样的CO气体产物出现的时间和体积分数进行测定,发现4种煤样出现CO气体产物的温度点相近,添加锰离子的煤样在90℃时产生了CO,其余3种煤样在100℃出现CO气体产物,CO气体产物体积分数从大到小的顺序为Mn(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)和原煤样,这与计算得到的结果相一致,随着温度的升高,Mn(Ⅲ)对于提高CO生成速率效果逐渐减弱,铁离子和铜离子催化煤自燃效果逐渐显著,实验结果与模拟结果具有一定的相关性,相比于氧气分子,煤中过渡金属离子更容易与C—H发生氧化反应,不仅使自由基链式反应更早发生,还增加了反应的放热量和·OH和H_(+)的生成量,从而促进煤自燃。

氟喹诺酮类抗生素在PSNPs-NH_(2)上的吸附行为及量子化学分析

纳米塑料在环境中运输迁移后表面会产生氨基官能团,易与抗生素形成复合污染物。选取400 nm氨基官能化聚苯乙烯纳米塑料(PSNPs-NH_(2))与氟喹诺酮类抗生素培氟沙星(PEF)、依诺沙星(ENO)为研究对象,研究PEF、ENO在PSNPs-NH_(2)上的吸附行为,探讨环境条件对吸附的影响。结果表明,PSNPs-NH_(2)对PEF和ENO的最大吸附量分别为331.235 mg/g和345.065 mg/g,吸附动力学均符合拟二级动力学模型,吸附速率受外扩散和颗粒内扩散控制,吸附等温线符合langmuir模型。强酸强碱、盐度、Cu^(2+)、Zn^(2+)抑制PSNPs-NH_(2)吸附PEF和ENO,海藻酸钠抑制PSNPs-NH_(2)吸附PEF。量子化学计算结果表明,该吸附行为主要通过氢键和范德华力进行,范德华最大穿透距离为PEF-PSNPs-NH_(2)(1.19Å)、ENO-PSNPs-NH_(2)(1.20Å)。

量子化学在方铅矿浮选中的应用研究进展

铅作为国家战略资源,其赋存矿物方铅矿分离回收至关重要,浮选法是分离方铅矿最重要的方法。量子化学以其独特的微观视角,为方铅矿浮选分离研究提供了新思路。随着高性能计算和AI技术的飞速发展,量子化学已成为矿物浮选研究不可或缺的工具。本文深入探讨了量子化学在方铅矿浮选中的应用研究进展,通过矿物晶体化学、固体物理及配位化学等多维度分析,探讨了新型捕收剂与抑制剂在浮选分离中的应用效果,并展示了量子化学在浮选药剂设计、矿物表面特性研究及药剂-矿物界面作用机制方面的最新进展;指出了准确构建初始模型与科学设置计算参数在量子化学计算中的重要性。展望未来,随着AI技术的赋能,量子化学将在方铅矿浮选体系研究中发挥更加广泛而重要的作用。基于AI机器学习的低标度和线性标度量子化学方法的发展及应用,能够对更大的矿物-药剂体系进行准确的计算模拟;此外,结合机器学习能够进一步发展基于量子化学的高精度深度势分子动力学力场,能够对复杂溶液体系进行高精度的分子动力学模拟,从而更加准确描述药剂与方铅矿作用的动态过程,为铅矿资源的高效、清洁、精细化利用提供理论和方法支撑。

量子化学计算在化工专业教学中的实践与应用

量子化学计算在化工专业教学中占据重要地位,不仅能加深学生对化学基本原理的理解,也能提高他们的计算和分析能力,还能促进创新思维和科研能力的培养。文章通过探讨量子化学计算的基础知识、计算方法、计算软件及其在教学中的具体实践,包括基本原理讲解、软件使用演示、计算作业布置与教学效果评估,展示了量子化学计算在化工教育中的应用与重要性。研究发现,通过引入量子化学计算,学生能够更好地理解药物分子设计、催化过程、材料性质预测以及化学反应机理等领域中的复杂问题。量子化学计算教学的有效实施,不仅丰富了化工专业课程内容,也为学生提供了解决实际化工问题的新工具,为他们将来的学术或工业职业生涯奠定了坚实基础。

煤中侧链官能团与水分子间的量子化学模拟

煤中侧链官能团是影响煤分子亲疏水性的重要因素。为了揭示煤分子中侧链官能团与水分子的作用机理,基于密度泛函理论计算了24种煤分子侧链官能团和水分子之间的非共价键力。结果表明:侧链官能团与水分子主要通过氢键力作用,伴随范德华力,几乎没有排斥力;含氧官能团与水分子形成的总氢键能最弱为-10.91 kJ/mol,最强为-71.03 kJ/mol,其中小部分含氧官能团可以与2个及2个以上水分子结合;含氮官能团与水分子形成的总氢键能为-30.70~-6.44 k J/mol;含硫官能团与水分子形成的总氢键能稳定在-12.00 kJ/mol左右。侧链官能团亲水能力由强到弱依次为:羧基、羟基、碳基键、醛基、醚键及氨基、极性键。研究成果为表面活性剂或抑尘剂通过定向增强官能团亲水性,提高煤体亲水性,从而增强降尘效果提供了一种新思路。

气相中ScS^(+)+H_(2)S→ScS^(+)_(2)+H_(2)反应机理的量子化学研究——介绍一个计算化学实验

计算化学在很多研究领域发挥着重要的作用,越来越多的学校开设了面向高年级本科生的计算化学实验.借助气相中ScS^(+)+H_(2)S→ScS^(+)_(2)+H_(2)反应机理的研究,让学生初步掌握采用量子化学方法研究反应机理的基本过程.过渡态的搜索是反应机理研究中的重点和难点,通过实例详细介绍了搜索过渡态的一般方法和思路.

[Co^(Ⅲ)(DIEN)(N_(3))_(3)]配合物的合成、晶体结构及量子化学研究

采用配体占位策略和分子自组装原理,选用二亚乙基三胺(DIEN)为有机配体,Co^(3+)为中心金属离子,室温下,通过溶液法合成了一例单核钴配合物[Co^(Ⅲ)(DIEN)(N_(3))_(3)](1)单晶体,利用X射线单晶衍射方法、元素分析和量子化学计算对配合物进行了结构表征和电子结构分析。结构解析表明,该配合物单晶体属于三斜晶系,■空间群,晶胞参数为:a=0.825 3(2)nm,b=0.892 0(3)nm,c=0.898 7(3)nm,α=106.497(4)°,β=90.281(4)°,γ=113.861(4)°,V=0.574 7(3)nm^(3)。中心金属离子Co(Ⅲ)位于拉长八面体配位环境中,每个配合物分子由一个Co(Ⅲ)离子、3个叠氮阴离子和1个二亚乙基三胺组成,一个叠氮离子的两个N原子位置无序,占有率各为50%。单核结构之间通过N—H…N分子间氢键和π…π堆积组装成一维链状超分子结构。此外,以X射线衍射分析得到的晶体结构为计算模型,采用密度泛函理论(DFT)对配合物1的几何构型进行了全构型结构优化和振动频率计算,分析了配合物的单点能、原子电荷分布及前线分子轨道等性质。量子化学计算结果表明该配合物构型为稳定构型,且与实验结果相吻合。

糖熏色素5-(葡萄糖基-α-1-6-葡萄糖)-羟甲基糠醛形成机理的量子化学计算

为探究糖熏色素5-(葡萄糖基-α-1-6-葡萄糖)-羟甲基糠醛(5-(α-D-glucopyranosyl-(1-6)-α-D-glucopyranosyloxymenthyl)-2-furancarboxaldehyde,5-GGMF)的形成途径,采用量子化学计算对蔗糖的热分解反应位点、葡萄糖与5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural,5-HMF)及两分子葡萄糖间的脱水反应方式、5-HMF和5-GGMF的形成路径进行分析。结果表明:蔗糖热分解的初始位置为果糖基-氧键的裂解;葡萄糖与5-HMF或两分子葡萄糖间发生相互作用时,均是范德华力在复合物中起主导作用,且都会因为强氢键作用促进分子间脱水反应的发生;蔗糖形成5-HMF时,其热解后形成的葡萄糖部分比果糖部分生成5-HMF需要更大的活化能且反应速率更低,因此果糖部分更容易形成5-HMF,而在果糖部分形成5-HMF的两条路径中,路径5比路径4更容易发生,因为路径5在能量上和反应动力学上都表现出明显的优势;在蔗糖形成5-GGMF的途径中,转糖基化路径能垒总体较低,相较于二糖脱水路径和三糖脱水路径都更加有利,其中路径C2,即蔗糖热解生成果糖和葡萄糖,然后葡萄糖与5-HMF反应先生成5-葡萄糖氧甲基糠醛,后者再与一分子游离的葡萄糖生成5-GGMF,此路径最有利于5-GGMF的生成,无论是从能垒角度,还是动力学上的可行性。本研究结果可为今后控制和干预糖熏产品的色泽提供理论依据和参考。

应用量子化学和机器学习构建水分子势能面——介绍一个综合计算化学实验

当前机器学习在化学及其相关学科研究中的地位日渐提高,但是在本科化学实验中还未见涉及,现有的计算化学实验多侧重应用量子化学方法研究分子性质和化学反应。为了普及机器学习这一强大工具,本文将介绍一个综合计算化学实验,适用于高年级本科生或研究生。通过本实验,学生可以初步掌握机器学习的基本原理和操作流程,同时培养学生应用量子化学和机器学习解决化学问题的能力。

分子间相互作用理论研究——量子化学课题组

分子间相互作用(Molecular Interaction)通常也指非共价相互作用,是基团或分子间除去共价键、离子键及金属键等以外一切相互作用力的总称,如氢键、卤键、π…π堆积、σ…π、σ…hole、π…hole、色散作用等,是超分子理论的基础,分子依靠分子间相互作用结合在一起,组装成复杂的、有组织的聚集体。