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几种杂环小分子电子结构和性质的理论研究

王会萍  
【摘要】: 近年来核酸嘧啶系列衍生物中的卤素取代尿嘧啶作为潜在的抗肿瘤剂、抗菌和抗病毒试剂而受到了广泛关注,在量子化学层面探索其性质特征将对了解其药学作用机理提供有力参考;咔唑及其衍生物近来亦被广泛研究,基于其良好的空穴传输和发光性质可用于形式各异的光电领域材料.主链为咔唑类的聚合物可以通过改变主体连接方式来达到调整HOMO,LUMO能量和激发态能量.本文采用理论方法研究了如下几种杂环小分子的电子结构和性质,包括三方面内容: 1.用5种密度泛函方法(DFT)理论研究了5-和6-卤素取代尿嘧啶的结构和电子亲合能.所用基组为DZP++基组.分别用5种密度泛函方法对其中性及阴离子构型进行了全优化,并报道了三种中性-阴离子的电子亲合能EA_((A)),EA_((V))和IP_((V)).研究了卤素取代和未取代尿嘧啶分子的电荷分布差别,并讨论了其卤化后形成氢键的能力.研究结果表明DFT/DZP++方法可作为具有相似结构分子的可靠的理论计算方法. 2.采用密度泛函方法(DFT)和单激发组态相互作用(CIS)方法,在6-31G(d,p)基组水平下优化了5个吲哚咔唑分子的基态和激发态结构,在此结构的基础上,用含时密度范函(TD-DFT)方法在相同基组水平下计算了模型分子的吸收和发射光谱.这几个吲哚咔唑异构体的发射光谱有明显的差别,如5有较大的振子强度,但是相对于其他异构体,其发射能量最小;4的发射能最大;2的振子强度最小.这主要是由于分子激发态几何变化和轨道能级的不同导致的.此外还考察了这类分子的非线性光学响应:5个分子极化率在同一水平上,但是静态超极化率(β_0)有了明显差别,2的β_0值最大. 3.利用密度泛函方法(DFT)和单激发组态相互作用(CIS)方法,在6-31G(d,p)基组水平下优化了咔唑分子和14种双咔唑结构异构体的基态和激发态结构,在此结构的基础上,用含时密度范函(TD-DFT)方法在相同基组水平下计算了模型分子的吸收和发射波长及电荷跃迁性质.本文详细讨论了双咔唑构型的变化带来的性质上的变化,与已有的实验值相比得到了精确的计算结果.通过双咔唑的前线轨道能量值、电离能和亲合势、重组能的变化,全面研究了不同构型的应用,为实验上的制备与合成提供了思路.


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