运用密度泛函活性理论的信息论方法研究苯并富烯衍生物的芳香性（英文）

文献中已有越来越多的芳香性体系被发现,同时也有越来越多的芳香性指标被提出来,但是如何解释芳香化合物稳定性的起源以及理解芳香性的本质仍然是当今理论化学中一个悬而未决的难题。运用我们新近提出的密度泛函活性理论信息论方法,不久前我们曾对一系列富烯衍生物进行了系统研究并得到了一个全新的认识。本文进一步探讨苯并富烯衍生物的芳香性行为,目的在于考察一个或多个苯环与富烯连接之后其芳香性发生变化的情况。运用香农熵,费舍尔信息,Ghosh-Berkowitz-Parr熵,Onicescu信息能,信息增益,以及相对Rényi熵六个信息量,和四种芳香指标,ASE,HOMA,FLU和NICS,我们系统地研究了信息量和芳香性指标在单、双、三苯并富烯衍生物中的相关性。我们发现,不管是否有苯环与富烯相连,芳香指标和信息量的交叉相关性都是一样的。这表明,虽然苯环本身具有芳香性,但苯环与富烯相连并不能改变富烯的芳香性与反芳香性本质。苯并富烯衍生物与富烯衍生物的芳香性和反芳香性一致。苯并富烯衍生物的芳香性和反芳香性完全取决于富烯本身的芳香性和反芳香性。这些结果为认识和理解复杂体系芳香性和反芳香性起源和本质将提供有益的启示。

化学键的量子化学研究(一)

阐述了化学键研究所涉及的几个基本量子化学概念。通过量子化学计算,进行分子轨道和电子密度差分析,从Hellman-Feynman静电定理的视角,考察了化学键之一共价键的本质,共价键是在核(或基团)之间共享成键区电子所引起的结合力。

化学键的量子化学研究(二)

阐述了化学键研究所涉及的几个基本量子化学概念。通过量子化学计算,进行分子轨道和电子密度差分析,从Hellman-Feynman静电定理的视角,考察了化学键之一离子键的本质,并研究了由离子键所构成的离子晶体的内在电子结构特征。离子键是在核(或基团)之间共享成键区电子所引起的结合力。

化学键的量子化学研究(三)

通过量子化学计算,进行分子轨道和电子密度差分析,从Hellman-Feynman静电定理的视角,严格定义了多中心键。多中心键也是原子之间共享电子引起的结合力。讨论了一些形式上的多中心键。

氢键的量子化学研究(一)

本文通过耦合簇CCSD等量子化学方法,对各种类型氢键选择有代表性分子进行了计算,还包括锂键、钠键和卤键,观察了形成氢键前后的MO和Δρ,认为它们有着共同的机制、本质,需要建立新的氢键概念。氢键新概念总的可表述为:氢键是分子内、分子间处于能级较高部位的电子(HOMO),在轨道对称性相符时,向能级较低部位(LUMO)偏移部分电子,形成了双方共享电子能量降低的较稳定静电作用体系。量子化学计算描述了这种现象和事实。用计算实例介绍了这种电子偏移的基本情况和氢键新概念具体细节。

化学键的量子化学研究(四)

通过量子化学计算,进行分子轨道和电子密度差分析,从Hellman-Feynman静电定理的视角,发现所有化学键以及化学作用的本质是统一的:都是电子在核之间共享引起的结合力。包含金属键(金属晶体),也包含氢键、范德华作用等。

氢键的量子化学研究(二)

本文通过MP4(SDQ)等量子化学方法和6-311++G**基组,对各种类型氢键选择有代表性分子进行了计算,观察了形成氢键前后的MO和Δρ。用氢键新概念研究了蓝移氢键的形成机理。提出了分子中隐性相互作用的多种形式。讨论了氢键新概念对以往氢键研究的继承、包容和发展。

密度泛函活性理论中的Rényi熵,Tsallis熵和Onicescu信息能（英文）

根据密度泛函理论,分子的电子密度确定了该体系基态下的所有性质,其中包括结构和反应活性.如何运用电子密度泛函有效地预测分子反应活性仍然是一个有待解决的难题.密度泛函活性理论(DFRT)倾力打造这样一个理论和概念架构,使得运用电子密度以及相关变量准确地预测分子的反应特性成为可能.信息理论方法的香农熵和费舍尔信息就是这样的密度泛函,研究表明,它们均可作为反应活性的有效描述符.本文将在DFRT框架中介绍和引进三个密切相关的描述符,Rényi熵、Tsallis熵和Onicescu信息能.我们准确地计算了它们在一些中性原子和分子中的数值并讨论了它们随电子数量和电子总能量的变化规律.此外,以第二阶Onicescu信息能为例,在分子和分子中的原子两个层面上,系统地考察了其随乙烷二面角旋转的变化模式.这些新慨念的引入将为我们深入洞察和预测分子的结构和反应活性提供额外的描述工具.

用Hirshfeld电荷定量标度亲电性和亲核性:含氮体系(英文)

准确预测化学过程中分子内各原子提供或接受电子的能力以及化学反应可能的位点,即定量确定亲电性、亲核性和区域选择性,是一个十分重要却仍然亟待解决的课题.此前,基于我们新近提出的信息守恒原理,曾建议使用Hirshfeld电荷和信息增益作为两个等价的描述符用于此目的.我们的这个想法已经被成功地应用于两个系列的分子体系,且其有效性得到了充分的验证.然而,先前我们只考察了碳元素的这些性质,所以其结论的普遍性仍存在疑问.我们尚不清楚它是否适用于其他元素,而且对于同一元素的不同价态该结论是否适用也不清楚.为此,本文将考察含氮体系.对5个不同类别的含氮体系共计40个分子进行了研究,其中包括重氮苯、偶氮、重氮、一级和二级胺体系.结果表明,对所有五个含氮体系其Hirshfeld电荷与实验得到的亲电性和亲核性标度之间仍然存在着较强的线性关联.然而,这些相关性却依赖于氮元素的化合价类型和键合环境.该线性关系只能在同一类型中成立.我们对其可能的原因进行了讨论.

通过价层电子密度分析展现分子电子结构（英文）

迄今已有众多实空间函数被提出用来揭示化学上感兴趣的分子电子结构特征,例如化学键、孤对电子和多中心电子共轭。在这些分析方法中,电子定域化函数(ELF)、电子密度的拉普拉斯(▽~2p)和变形密度(rdef)被广泛用于实际研究。众所周知,分析分子的总电子密度无法像以上提及的方法那样展现出与分子电子结构有关的丰富的信息。但是,在本文中,通过数个实例以及通过与ELF、▽~2p和rdef的对比,我们指出若只关注价层电子密度分布,分子电子结构特征也是可能被探究的。我们发现对大多数情况,对非常简单的价层电子密度的分析也可以给出与ELF、▽~2p和rdef分析类似的信息,并且这种分析具有计算复杂度更低的额外优点。我们希望本文的工作可以使得化学家们关注长期被忽视的价层电子密度所具有的重要价值。也值得注意的是,价层电子密度分析并非完全没有缺点,当这种方法无法提供丰富信息的时候,研究者仍需借助于其它类型的分析手段。

广义化的电荷分解分析(GCDA)方法

电荷分解分析(CDA)是一种重要的深入研究电荷转移问题的方法。本文对CDA进行了介绍,阐述了计算中需要注意的问题,并提出了一种新的CDA形式,称为广义化的电荷分解分析(GCDA)。在HF、DFT级别GCDA与CDA等价,但GCDA能更好地用于后HF计算,而且还明确考虑了开壳层时的计算形式。通过以OC-BH3和顺式二氯二胺合铂体系作为测试实例,我们发现各种理论级别下GCDA的结果都较为合理且定性相符,但在定量上有所区别,特别是d项存在大体趋势:低HF成份的泛函 >高HF成份的泛函 >HF ≥MP2 >CCSD。文中还对GCDA计算时基组的选择进行了讨论。

预测亲核反应位点方法的比较

预测分子不同位点发生亲核取代反应的活性具有重要的理论和实际意义.目前已提出了许多基于反应物自身电子结构特点的预测方法.本文将碳基化合物、芳香族化合物和吡啶衍生物这3类分子作为测试体系,对14种预测方法的可靠性进行了详细的比较分析.结果表明,体现局部电子软度的方法能很好地预测反应位点,如简缩双描述符方法,但表现静电效应的预测方法,如原子电荷分析和静电势分析,整体表现很差.对于本文中所用的分子体系来讲,简缩双描述符和Hirshfeld电荷分析方法对分子反应位点预测最准确.