卟啉類化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的密度泛函理論研究.pdf

1、卟啉是由四個吡咯環(huán)在α位以不飽和次甲基橋連接而成的高度共軛的大環(huán)化合物，卟啉，金屬卟啉及其衍生物在生物體中發(fā)揮關(guān)鍵作用，例如，存在于血液中的鐵卟啉和銅卟啉，葉綠素中的鎂卟啉，維生素B12中的鈷卟啉化合物，它們都是金屬卟啉的衍生物。卟啉杰出的電磁性質(zhì)，獨(dú)特的電子性質(zhì)以及極好的穩(wěn)定性使得它們可以應(yīng)用在許多領(lǐng)域，如酶催化、分子識別、發(fā)光裝置、傳感器、太陽能轉(zhuǎn)換電池、光動力學(xué)治療和非線性光學(xué)。此外，卟啉還可以作為抗癌藥物，生物顯色試劑等，卟啉在

2、材料方面也有廣泛的應(yīng)用。密度泛函理論（(Density Functional Theory，DFT）是一種用電子密度分布ρ(r)作為基本變量，研究多粒子體系基態(tài)性質(zhì)的新理論，是量子化學(xué)計(jì)算理論研究化學(xué)問題的重要方法之一。經(jīng)過幾十年的修正與完善，密度泛函理論及其數(shù)值實(shí)現(xiàn)方法已被廣泛地應(yīng)用在化學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)和生物學(xué)等領(lǐng)域。采用 DFT可以研究分子的結(jié)構(gòu)參數(shù)，原子的自然電荷和Mulliken電荷，分子軌道以及電荷密度等信息，從這些信息中可

3、以得到分子的化學(xué)性質(zhì)及其變化規(guī)律，從而可以為實(shí)驗(yàn)提供有力的理論依據(jù)或者解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也可以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此，用密度泛函理論來研究卟啉化合物，探尋其取代基或中心金屬離子與卟啉性質(zhì)之間的關(guān)系，對驗(yàn)證和預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果有重大意義。
　　本研究分為四個部分：第一章緒論。詳述了卟啉化合物的存在、應(yīng)用以及研究方法；論述了量子化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展，薛定諤方程的演變；敘述了密度泛函理論的產(chǎn)生、發(fā)展與應(yīng)用，尤其是密度泛函理論在研究卟啉化合物方面的應(yīng)用。第

4、二章不同個數(shù)β-烯胺酮和不同金屬取代的四氨基苯基卟啉結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的理論研究。本章采用密度泛函理論，優(yōu)化六種用不同數(shù)目β-烯胺酮基取代的卟啉和六種用不同金屬離子取代的金屬卟啉，研究它們的結(jié)構(gòu)參數(shù)、前線軌道能量、電荷密度分布等。并用自然鍵軌道理論（Natural Bond Orbital，NBO）分析了這些卟啉的自然電荷和二階微擾穩(wěn)定化能，得到了各個相關(guān)量的變化規(guī)律。第三章系列稠環(huán)芳烴取代卟啉的理論研究。研究用不同種類的稠環(huán)芳烴在中位取代鋅卟