溶剂效应的量子化学研究

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本论文围绕溶质—溶剂相互作用这一主题,采用量子化学方法并结合一些有机分子和水合离子性质开展了一些研究。本文内容分为五部分。 第一部分概述了研究溶剂效应的意义和到目前为止溶剂效应的研究进展。 第二部分详细介绍了什么是溶剂化过程和描述溶剂效应的一些参数,以及几种重要的溶剂化模型,并分别介绍了基于不同的模型而发展的两种不同的理论计算方法,一种是严格的量子化学计算方法(自洽反应场方法),另一种是采用经典力场的动力学模拟方法,两种方法各有特色和优缺点。 第三部分,用基于极化连续介质模型(PCM)的自洽反应场方法对40种有机分子的水溶液体系进行了研究。并运用不同的基组在DFT(B3LYP,B3P86)和MP4水平上系统地计算了这些溶质在水中的溶剂化自由能(△Gsol),以及它们分别在真空中和水中的偶极矩,把这些计算结果和实验值以及分子动力学结果相比较,我们发现通过DFT方法得到的△Gsol值和实验值符合的最好,尤其用B3LYP/6-31+G*方法得到的△Gsol和偶极矩不仅精确而且计算效率高。此外,溶剂效应对分子的偶极矩也有一定的影响,这些有机分子在水中的偶极矩比在真空中的偶极矩大。所以,我们认为DFT-PCM方法配以合适的基组比较适合于研究中、小分子的溶剂化自由能和偶极矩。随后,我们便应用DFT-PCM方法预测了五种磺胺类药物在水、乙醇、丙酮、二氯乙烷不同溶剂中的一些性质,我们发现磺胺类药物在水中的溶剂化自由能是最大的,相比而言,它们较容易溶解在水中。此外,还得到了这些磺胺类药物分别在真空和在这些溶剂中的偶极矩,并得到随着溶质所处的环境的电介质常数的增大,这五种磺胺药物的偶极矩也会增大。 第四部分,利用Moldy分子动力学模拟并结合分子内相互作用势MCY来
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