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对双（百草枯—对—苯撑）环二十八烷和冠醚类准轮烷开关的量子化学研究

作　者: 黄林春
导　师: 李炳瑞
学　校: 兰州大学
专　业: 物理化学
关键词: 分子开关兰州大学溶剂分子毕业论文分子机器超分子体系二十八烷氢键相互作用前线分子轨道百草枯
分类号: O621.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 75次
引　用: 1次
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内容摘要

由于分子机器在材料科学、信息科学和生命科学等学科领域具有极大的潜在应用价值,所以对它们的结构和性质的模拟研究具有重要意义。本论文以两种最新合成的分子开关为研究对象,用量子化学方法对其分子开关机理进行了模拟。具体研究内容及主要结果如下:第一部分用PM6半经验量子化学方法研究了一个由含吡咯单元的的悬臂和一个对双（百草枯-对-苯撑）环二十八烷大环(CBPQT⁴⁺)组成新型的自络合分子开关。计算结果表明在这个体系中,不仅在CBPQT⁴⁺大环和吡咯部分之间的存在着π-π相互作用,还可以观察到两个[C-H…O]氢键相互作用。而π-π相互作用比较弱,容易被破坏,在外界环境作用下,吡咯部分可以从大环中心移出形成解络态。这就是这个自络合分子开关可以进行开关活动的原因。计算结果表明溶剂的存在、电化学还原、竞争客体四硫富瓦烯（TTF）的加入都可以影响这个体系的状态。第二部分运用B3LYP/3-21g^*//PM6方法模拟了一个二苯并-24-冠-8醚与1,2-二（苯并咪唑）乙烷相互作用形成的双稳态准轮烷体系。计算结果表明PF₆^-阴离子的存在并不影响准轮烷的结构,为了简化研究模型,我们可以忽略阴离子的存在。由于溶剂分子和准轮烷可以形成氢键,为此我们在加入两个溶剂分子后再使用COSMO溶液模型对其进行了模拟。模拟的结果与实验上的结论一致。同时计算模拟了去质子化后准轮烷体系的结构,并分析了准轮烷形成分子开关的机理。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章文献综述及课题选择  8-12
  1.1 分子机器简介  8-9
  1.2 分子开关简介  9-10
    1.2.1 自络合分子开关  9-10
    1.2.2 准轮烷分子开关  10
  1.3 课题研究方案  10-12
    1.3.1 自络合分子开关的模拟  10
    1.3.2 准轮烷分子开关的模拟  10-12
第2章理论背景及计算方法和工具  12-19
  2.1 理论背景  12-17
    2.1.1 从头算法(ab initio)  12-13
    2.1.2 Hartree-Fock理论  13-14
    2.1.3 半经验方法  14-15
    2.1.4 密度泛函理论  15-17
  2.2 计算方法  17-19
    2.2.1 体系总能量  17
    2.2.2 分子平衡构型  17
    2.2.3 原子电荷  17
    2.2.4 前线分子轨道  17-19
第3章自络合分子开关的模拟  19-26
  3.1 结果与讨论  19-25
    3.1.1 超分子体系自络合状态的模拟  19-23
    3.1.2 超分子体系解络的模拟  23-25
  3.2 结论  25-26
第4章准轮烷分子开关的模拟  26-33
  4.1 结果与讨论  26-32
    4.1.1 准轮烷体系的模拟  26-29
    4.1.2 离子的存在对准轮烷产生的影响  29-30
    4.1.3 乙腈溶液与硝基甲烷溶液的比较  30-31
    4.1.4 酸碱调控的分子开关  31-32
  4.2 结论  32-33
参考文献  33-36
在学期间研究成果  36-37
致谢  37-38
附录  38-60

对双（百草枯—对—苯撑）环二十八烷和冠醚类准轮烷开关的量子化学研究

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