有机凝聚态的计算机模拟:化合物多晶形性与高分子单链塌陷

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首先,在1-萘基-琥珀酰亚胺(NaS)合成工作的基础上,以溶液单晶数据为基础,首次采用Materials studio软件中不同的交换-相关势能函数对NaS进行密度泛函理论计算,通过与文献报道的B3LYP/6-311G常规计算方法进行比较,以及MP2/6-311G方法进行单点能计算,确认所采用方法计算NaS分子最低能量构象更接近整个势能面的全局最小点;振动频率理论分析结果与NaS化合物羰基振动双重分裂的红外光谱特征相吻合,表明红外光谱可以作为琥珀酰亚胺类化合物的重要表征方法;根据对NaS、萘和萘胺的轨道分布和电荷密度进行理论分析,解释了NaS化合物溶液的紫外和荧光的光谱特征,并进而可推断NaS分子在溶液中的构象和理论计算得到的真空中最低能量构象相同,其二面角为94.995°。 其次,我们通过对淬冷成核法生长的NaS单晶数据进行分析,发现淬冷单晶中75%的NaS分子具有最低能量构象;对不同几何构型NaS分子的NMR氢谱进行了理论计算结果证明溶液中NaS分子的优势构象和理论计算得到真空下的最低能量构象相同;同时对熔融态和多晶熔融淬冷后玻璃态NaS进行分子动力学模拟,给出的优势构象和萘环分子间相互作用结果表明认为熔融状态、淬冷玻璃态和溶液中的NaS分子具有相同的优势构象,进而从理论上对淬冷单晶的形成机理进行推断,并对多晶形性化合物NaS不同晶体结构形成过程中构象的变化进行了理论计算研究。同时,首次NaS多晶粉末的X—ray衍射数据进行衍射峰指标化、晶胞参数优化和空间群搜索等理论计算,可以确定晶体结构所属的晶系和空间群,并初步给出和多晶粉末衍射数据相近的晶胞参数;在已确定空间群范围内,以密度泛函理论计算得到的最低能量构象作为初始分子结构对NaS进行晶体结构理论预测,给出一系列假定晶胞参数,从中可以找到和对多晶粉末X—ray衍射数据进行计算给出的晶胞参数一致的晶体结构:对其进行晶胞参数优化后,晶体结构具有和多晶粉末X—ray衍射数据相近的衍射曲线,并与。NaS化合物的溶液单晶数据相吻合。 再次,我们对平均每个链上只有2个萘基团的聚甲基丙烯酸酯(PNMMA)高分子单链塌陷过程进行了分子动力学模拟,在分子水平上研究了高分子链上少量的萘环对高分子单链塌陷过程中的动力学阶段以及相应聚集态结构的影响,认为可以通过模拟温度的变化实现对高分子单链塌陷速度的控制,得到包含萘环聚集体的高分子单链塌陷结构,对实验室进行单链塌陷粒子的研究具有理论指导意义。最后,在等规聚丙烯高分子单链塌陷分子动力学模拟基础上,我们对链长为100的接枝等规聚丙烯高分子链单链塌陷过程进行了理论计算,研究了接枝位置对高分子单链塌陷过程的影响;通过升高温实现对高分子单链塌陷速度的控制,在局部塌陷形成的局部缠结还没将萘环包围前,使位于高分子链段中部的萘环随着整体塌陷过程形成了萘环聚集体。因此对不同温度下N-(1-萘基)马来酰亚胺接枝等规聚丙烯的高分子单链塌陷过程中萘环之间的相互作用情况进行了理论计算研究,这是首次从理论计算上在如此低含量生色团的高分子单链塌陷过程中证实萘环的聚集体,还有待于进一步进行系统研究。
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