应用Fukui函数探讨双苯基-取代的自由基闭环反应的区位选择性

应用概念密度泛函理论下的反应性指标Fukui函数,结合局域硬软酸碱(HSAB)原理,解释和预测双苯基-取代的自由基闭环反应的区位选择性,其中活性指标是通过ABEEMσπ模型获得的.通过研究得出,发生反应的反应中心的Fukui函数差的绝对值(Δf)能够预测出,5号碳原子更容易被自由基进攻,这与实验上的区位选择性是一致的.此外,主要产物的Δf值预测出的反应活性序列与实验上的速率常数有很好的关联一致性.

Fukui函数和局域软度应用于亲电加成反应的区位选择性的研究（英文）

Fukui函数、局域软度、广义Fukui函数以及广义软度通常被称为反应描述符。使用它们研究和探讨了HCl与不对称烯烃以及溴苯硒与不对称苯乙烯的亲电加成反应的区位选择性。在MP2/6-311++G(d,p)理论水平下,采用有限差分方法计算这些反应描述符,同时也使用ABEEMσπ方法进行了计算。ABEEMσπ模型下的局域软度和广义局域软度,分别结合局域硬-软酸碱(HSAB)原理,得出亲电试剂氯化氢与溴苯硒,更容易进攻不对称乙烯和苯乙烯中的马氏碳原子,符合马氏规则。而有限差分方法不能完全地解释该系列反应的区位选择性。此外,主要产物所对应的马氏碳原子的广义局域软度值,就能够预测出此类反应的活性序列,所得结果与速率常数有很好的关联。

蚯蚓血红蛋白载氧功能的Fukui函数

采用原子-键电负性均衡方法,计算蚯蚓血红蛋白活性中心原子的电荷分布及Fukui函数.在脱氧蚯蚓血红蛋白活性中心的两个铁离子中,即将结合氧分子的铁离子Fukui函数最大,表明该铁离子具有很高的活性,易与氧结合.在氧合蚯蚓血红蛋白中,结合氧分子后的铁离子Fukui函数小于结合氧分子中质子化的氧原子Fukui函数,同时该质子化的氧原子具有最大的Fukui函数,表明氧合蚯蚓血红蛋白的活性中心由铁离子转移到质子化的氧原子.应用该方法计算了脱氧蚯蚓血红蛋白活性中心与抑制剂中叠氮、氯等配体结合的Fukui函数.计算结果表明,活性中心铁离子的Fukui函数分别小于与其配位的氮和氯原子的Fukui函数,从而验证了蚯蚓血红蛋白的载氧功能被抑制或减弱.

钨/石墨烯/钨和钨/石墨烷/钨面向等离子体材料的 抗辐照和力学性能: 第一性原理计算

设计了钨/石墨烯/钨和钨/石墨烷/钨纳米层状复合材料作为热核聚变装置面向等离子体材料,利用第一性原理计算对氦原子填隙和钨空位形成能以及力学性质进行分析.计算结果表明,石墨烯和石墨烷能够捕获钨基金属中的氦填隙原子和钨空位结构缺陷,钨/石墨烯或钨/石墨烷界面可以提供钨自间隙原子与钨空位复合位点,两种纳米层状复合材料具有\自修复"性能.基于Fukui函数,可认为上述特性与钨/石墨烯或钨/石墨烷界面钨原子位点反应活性的变化有关.另外,石墨烯可以提高钨基金属的延展性,降低其各向异性.

含氢空位氢化金刚石2维原子晶体体系与硫酸吲哚酚和水分子相互作用的第一性原理计算

基于立方金刚石晶体结构构建了2种2维原子晶体:氢化立方金刚石(hydrogenated cubic diamond,HCD)和含氢空位氢化立方金刚石(hydrogen vacancy-HCD,Hv-HCD);将含氢空位氢化立方金刚石与单层六方氮化硼(h-BN)和石墨烯(graphene,G)组装构建了2种2维原子晶体范德华异质结构:h-BN/Hv-HCD和G/Hv-HCD.根据第一性原理,对含氢空位氢化立方金刚石2维原子晶体体系、硫酸吲哚酚和水分子的Fukui函数进行了计算.研究结果显示,含氢空位氢化立方金刚石2维原子晶体体系的氢空位碳原子具有较大的f+(r)和f-(r)值,表明氢空位碳原子的亲电和亲核反应趋势较为显著.有关能量效应的计算结果表明:水分子与含氢空位氢化立方金刚石2维原子晶体体系的氢空位碳原子形成氢键;硫酸吲哚酚分子在氢空位碳原子位点发生化学分解,生成3-吲哚酮和二氧化硫,原磺酸基羟基与氢空位碳原子结合形成醇羟基.该体系可以作为基于2维原子晶体研发生物活性分子、人体血液毒素分子吸附清除以及检测分析核心材料的参考依据.

2,4-二氯苯酚的电化学氧化降解反应研究

采用循环伏安法和原位红外光谱技术研究了2,4-二氯苯酚在Pt电极上的电化学氧化降解反应,结合Fukui函数值预测了2,4-二氯苯酚在电化学氧化过程中的反应位点.结果表明,Pt电极对2,4-二氯苯酚有良好的电催化活性,2,4-二氯苯酚在电极表面反应主要有3个途径:直接通过电化学反应脱去氯离子,生成苯酚;在·OH的进攻下,C—Cl键断裂,4位Cl较2位Cl先脱去,生成苯二酚,并可进一步氧化生成苯醌以及不饱和羧酸;在·OH的进攻下发生苯环开环反应,生成含氯不饱和羧酸.在1700 mV左右,2,4-二氯苯酚可经电化学氧化生成CO2.

应用原子-键电负性均衡方法预测超氧化物歧化酶催化反应的活性部位

应用原子-键电负性均衡方法计算了超氧化物歧化酶的电荷分布和Fukui函数.结果表明,超氧化物歧化酶活性中心与超氧阴离子自由基作用时,金属离子电荷转移在0.1e～0.3e之间,而配体原子等的电荷转移却很小;同时金属离子的Fukui函数大于配位原子的Fukui函数.超氧化物歧化酶活性中心与抑制剂作用失活后,金属离子的Fukui函数小于抑制剂中配位原子的Fukui函数.电荷转移和Fukui函数表明,Mn,Fe和Cu离子分别是含锰、铁和铜锌超氧化物歧化酶的活性中心部位,该预测不仅与量子化学理论计算一致,而且与实验现象相吻合.

β-丙内酯的反应性分析

利用原子键电负性均衡方法研究了β丙内酯与不同亲核试剂的反应性.研究表明,Fukui函数不是决定反应选择性的唯一因素,而局域意义的软硬酸碱原理可用来理解此类反应性.

FCC汽油噻吩类硫化物烷基化硫转移反应机理的量子化学

以各种甲基噻吩与2-甲基丁烯-2在催化剂作用下的烷基化反应为模型反应,对FCC汽油的噻吩类硫化物的定位效应和烷基化反应机理进行了从头算的量子化学研究。采用LST/QST/CG进行过渡态搜索,验证仲正碳离子进行重排转变为叔正碳离子的可行性和具体途径。结果表明,计算得到的叔正碳离子的能量低于仲正碳离子的,仲正碳离子重排为叔正碳离子是放热过程,该反应的能垒仅19.74kJ/mol。2-甲基噻吩的烷基化反应是典型的亲电取代反应,对中间体IM及产物P进行结构优化,以分子复合物R和IM为起点进行LST/QST/CG过渡态搜索,所得过渡态TS1经优化后的几何构型的能量为-2.072×106 kJ/mol,在132cm-1有唯一的虚频;以IM和P为起点进行LST/QST/CG过渡态搜索,所得过渡态TS2经优化后的能量为-2.071×106 kJ/mol,在128.9cm-1处有唯一虚频。

小分子配位对血红素活性影响的原子-键电负性均衡方法研究

应用原子-键电负性均衡方法,计算了血红素与小分子的配位络合物的电荷分布和Fukui函数.血红素与氧、水、一氧化碳和一氧化氮结合时,铁离子电荷转移到配体原子上.活性中心铁离子的Fukui函数均大于氧和水配体中的配位氧原子,而小于一氧化碳和一氧化氮配体中的配位碳和配位氮原子的Fukui函数.从Fukui函数可以得出,一氧化碳和一氧化氮很难从它们与活性中心血红素结合的配位络合物中解离出来,而氧和水易于从它们与血红素结合的配位络合物中解离出来,进而,血红素可以再与其它配体结合.血红素与KCN和NaN3抑制剂作用时,铁离子的Fukui函数均小于与其配位的碳和氮原子,表明在过氧化氢酶中血红素的活性作用减弱或被抑制.

ABEEM-σπ模型预测典型不对称烯烃加成反应的机制

根据ABEEM-σπ模型计算的Fukui函数、局域软度、全局硬度和电荷分布等物理量,应用硬软酸碱原理和最大硬度原理,合理地解释了典型不对称烯烃加成反应的机制.

苯乙烯磺酰氯的理论模拟及用于辐照接枝法制备质子交换膜

合成了用于辐照接枝制备质子交换膜的对苯乙烯磺酰氯单体,并采用红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1 H NMR)和核磁共振碳谱(13 C NMR)对其结构进行了表征分析,分析结果表明:成功得到了目标产物对苯乙烯磺酰氯。基于密度泛函的量子化学方法对合成的单体进行了理论模拟,结果表明该单体具有与苯乙烯一致的电荷分布,乙烯基α碳位易发生亲电反应,β碳位易发生亲核反应和自由基反应。采用辐射接枝聚合的方法,将对苯乙烯磺酰氯单体接枝到聚全氟乙丙烯薄膜基材上并通过后处理制备用于燃料电池的质子交换膜,结果表明膜的质子传导率与接枝率正相关,在20Gy·min^(-1)和40Gy·min^(-1)条件下膜的室温质子传导率分别为45.74mS·cm^(-1)和47.46mS·cm^(-1),20Gy·min^(-1)条件下制备的质子交换膜其传导率在75℃时可达84.56mS·cm^(-1)。

呋喃双取代物亲电取代反应位预报

采用计算材料软件Materials studio(MS4.0)中的Dmol3模块,对12种呋喃的二取代物环C原子的Fukui函数进行了计算,给出了一个直观的呋喃多取代亲电定位判断标准,取得了与实验及有机化学观念基本一致的结果.

MS软件在苯的亲电多取代反应位预报中的应用

采用Material studio4.0软件(MS)中的Dmol3模块,对12种二取代苯的环C原子的Fukui函数进行了计算化学实验模拟,取得了与实验及有机化学观念基本一致的结果.

应用ab initio方法和ABEEMσπ模型研究含铝金属酶

应用原子-键电负性均衡方法中的σπ模型(ABEEMσπ模型),通过大量量子化学计算,拟合确定了含铝金属酶体系的ABEEMσπ参数.将这些参数应用到含铝金属酶大分子体系的电荷分布及Fukui函数的计算,结果显示,ABEEMσπ模型计算得到的电荷分布及Fukui函数与从头算和实验结论均有很好的一致性.还进一步计算分析了1L3R酶与丝氨酸结合前后的分子各区域的电荷分布,结果表明,Al 3+是1L3R酶的活性中心,根据结合后分子的Fukui函数可以得出丝氨酸会使1L3R酶的活性降低.另外,通过比较两者结合前后Al 3+的广义Fukui函数,证明了广义Fukui函数可用于该体系分子间反应活性的比较,同时也说明利用ABEEMσπ模型来预测含铝金属酶的抑制剂是可行的.

菊糖同分异构体活性的密度泛函研究

采用密度泛函(DFT)中B3LYP方法,在6-311+G(d,p)基组水平上对葡萄糖、吡喃型果糖、呋喃型果糖、D-万寿菊糖进行了几何构型优化、频率分析、红外光谱、自然电荷布居、NBO分析、分子能量及前线轨道能级计算,推导出分子的稳定性顺序为:呋喃型果糖>吡喃型果糖>葡萄糖>菊糖.引入概念DFT活性指数分析表明菊糖分子的化学势μ数值大、化学硬度η小、亲电指数ω大,表明了它具有特殊的活性.Fukui指数扫描表明菊糖分子中C2原子具有较大的给电子能力,是整个分子的活性中心.抗氧化能力的EBDE数值计算表明2-H最容易断裂,其数值是为94.65 kcal·mol-1,远小于它的绝热电离势,这可为解释菊糖分子的抗氧化活性做合理的理论指导.

四唑及其衍生物的理论研究(9)——腈基四唑衍生物的ab initio和热力学计算

运用从头计算法对７个腈基四唑衍生物进行了ＨＦ／６３１Ｇ水平的几何构型全优化和ＭＰ２／６３１Ｇ∥ＨＦ／６３１Ｇ水平的ＳＣＦ计算．基于计算所得原子电荷用Ｆｕｋｕｉ函数讨论了腈基四唑负离子形成配合物时的配位方式．Ｃ取代物的总能量较Ｎ取代物低，５腈基四唑负离子在３个负离子中最稳定．此外，还首次报道和讨论了标题物的ＩＲ光谱和热力学性质．

5-氯四唑银配合物的 ab initio 研究

用ａｂｉｎｉｔｉｏＭＯ法计算了６种氯代四唑银的配合物模型，结果表明，π型配合物难以存在．在σ型配合物中银的配位使四唑环上单键增长、体系更不稳定．环Ｎ（２）（或Ｎ（３））原子较Ｎ（１）（或Ｎ（４））原子易于与金属成键；Ｎ（２）型配合物较Ｎ（１）型配合物稳定．预示５氯四唑银配合物将以２∶１（配体：金属原子）Ｎ（２）型为主．

含镍超氧化物歧化酶反应活性的原子-键电负性均衡方法预测研究

应用原子-键电负性均衡方法,计算了含镍超氧化物歧化酶活性中心原子的电荷分布和Fukui函数.结果表明,超氧化物歧化酶活性中心与超氧阴离子自由基作用时,金属离子电荷转移约为0.15 e,而配体原子的电荷转移却很小;同时金属离子的Fukui函数大于配位原子的Fukui函数.电荷转移和Fukui函数计算结果表明,金属离子是含镍超氧化物歧化酶活性中心,该预测与量子化学理论计算一致.

二取代苯环上亲电取代定位的计算化学模拟

采用Materials Studio软件中的DMol3模块,对18种苯的二取代物环上C原子的Fukui函数进行了计算实验模拟,取得了有机化学观念基本一致的结果。