ADF Highlight:元结异构体(Agostic Isomers)-不同的颜色和结构(Angew. Chem. Int. Ed.,2013)

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参考文献: E. F. van der Eide, P. Yang, and R. M. Bullock, Isolation of Two Agostic Isomers of an Organometallic Cation: Different Structures and Colors,Angew. Chem. Int. Ed. 52, 10190-10194 (2013) 本文第一次分离、表征出两个元结构异构体(agostomers)。Mo阳离子钢琴凳化合物异构体是一种加氢催化的重要中间物,通过结晶析分离,并能通过溶解互相转化。[CpMo(CO)2(PiPr3)]+ h的γ-元结异构体颜色是蓝色,β-元结异构体是橙色。 ADF计算确认这两种元结异构体能量非常接近,计算得到的VIS/NIR谱与实验数据非常一致。两种异构体的前线轨道也非常相似,β-元结异构体的LUMO比γ-元结异构体能量高0.64eV。这导致吸收峰能量更高。 β-元结异构体吸收可见光中较短波长,导致β-元结异构体的颜色是橙色,γ-元结异构体为蓝色。 使用ADF功能:ZORA, TDDFT, VIS/NIR, chemical bonding analysis

ADF Highlight:使用QUILD模拟Ditopic离子对受体(2009, Angew. Chem. Int. Ed.)

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参考文献: T. van.der.Wijst, C. Fonseca Guerra, M. Swart, F. M. Bickelhaupt and B. Lippert, A Ditopic Ion-Pair Receptor Based on Stacked Nucleobase Quartets. Angewandte Chemie International Edition 48 (18), 3285 (2009).   阳离子与A4 (A = adenine)通过tetrastrandedRNA分子中四个环外氨基团结合,这种性质令人困惑,由此带来一个可能性:纳阳离子可能实际上是阴离子。 从计算结果来看,鸟嘌呤和4个腺嘌呤堆叠形成化合物G4A4,成为稳定的盐NaCl的水溶液中的ditopic受体。除了生物化学(结构和DNA端粒的稳定性),潜在的相关科技(从水中提取盐)之外,在计算/技术方面也是亮点:水中,8个DNA碱基+NaCl(150原子),通过氢键、π堆叠以及供体-受体键。 本文采用ADF进行计算,使用色散修正泛函DFT-D(处理堆叠的相互作用),QUILD模块用来进行结构优化。 关键词:dispersion-corrected DFT (DFT-D), solvent effects (COSMO), geometry optimization (with QUILD)

ADF Highlight:与Ti2C2@C78、M3N@C78、C78的Diels-Alder反应(JACS,2012; Chem. Eur. J.,2012; JACS,2008)

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参考文献: F.-F. Li, A. Rodriguez-Fortea, P. Peng, G. A. Campos Chavez, J. M. Poblet, L. Echegoyen,Electrosynthesis of a Sc3N@I-h-C-80 Methano Derivative from Trianionic Sc3N@I-h-C-80 J. Am. Chem. Soc., 134, 7480-7487 (2012). M. Garcia-Borràs, S. Osuna, J. M. Luis, M. Swart, and M. Solà, The Exohedral Diels-Alder Reactivity of the Titanium Carbide Endohedral Metallofullerene Ti2C2@D3h-C78: Comparison […]

ADF Highlight:f区元素成键相互作用:新奇的铀化合物(Nature Chem.,2013;Angew. Chem. Int. Ed.,2011;JACS,2012等)

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参考文献: D. M. King, F. Tuna, E. J. L. McInnes, J. McMaster, W. Lewis, A. J. Blake, and S. T. Liddle, Isolation and characterisation of a uranium(VI)-nitride triple bond, Nature Chem. 5, 482-488 (2013) D. P. Mills, O. J. Cooper, F. Tuna, E. J. L. McInnes, E. S. Davies, J. McMaster, F. Moro, W. Lewis, […]

ADF Highlight:BINAS取代硫醇化金纳米颗粒的CD谱(Nanoscale,2013)

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参考文献: B. Molina, A. Sánchez-Castillo, S. Knoppe, I. L. Garzón, T. Bürgi, and A. Tlahuice-Flores, Structures and chiroptical properties of the BINAS-monosubstituted Au38(SCH3)24 cluster, Nanoscale, 5, 10956-10962 (2013) 本文使用scalar-relativistic TDDFT研究了BINAS取代A-Au38(SCH3)24的结构、电子和旋光特性。R-BINAS优先通过桥连两个邻位二聚物SCH3-Au-SCH3-Au-SCH3吸附,这几乎不影响中心的Au23核,也不会强烈影响原先的硫醇化金纳米颗粒圆二色谱。理论计算的结果与实验一致。 这解决了一个观察到到的有限的关于烃硫基Au38团簇与双硫醇配体交换反应的争议。 用到的ADF功能:TDDFT, ZORA, Circular Dichroism

ADF Highlight:催化选择性-最弱者胜出(Nature Chem.,2010)

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参考文献: J. Wassenaar, E. Jansen, W.-J. van Zeist, F. M. Bickelhaupt, M. A. Siegler, A. L. Spek, and J. N. H. Reek Catalyst selection based on intermediate stability measured by mass spectrometry. Nature Chem. 2, 417 (2010) ADF支持质谱方法用于从实验-理论研究结合的组合库里面筛选出最优的催化剂。 钯催化烯丙基烷烃化的决速步是钯-烯丙基中间体上亲核进攻。破坏了中间体的稳定性,从而降低了活化能垒,改善了催化剂。因此,钯-烯丙基作为ESI-MS谱中,最弱的化合物,却是最具活性的催化剂:“最弱者胜出”。 DFT理论计算的结果和实验是一致的:弯折度越大,空间位阻就越大,因此钯的形变,破坏了diphosphino-Pd-allyl化合物的稳定性,导致MS更低,TOF更高。 关键词:Transition States, activation strain model, structure & reactivity

ADF Highlight:稳定的GaX2、InX2、TlX2自由基(Nature Chem.,2014)

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参考文献: A. V. Protchenko, D. Dange, J. R. Harmer, C. Y. Tang, A. D. Schwarz, M. J. Kelly, N. Phillips, R. Tirfoin, K. H. Birjkumar, C. Jones, N. Kaltsoyannis, P. Mountford, and S. Aldridge, Stable GaX2, InX2 and TlX2 radicals, Nature Chem., 6, 315-319 (2014) 13M(II)族非常稀有且不稳定,还可以作为重要的电子转移中间体。本文报道了通过增加大堆的硼烷基配体制化,第一次得到热力学稳定的M(boryl)2 化合物(M=Ga,In,Tl)。DFT计算有助于理解自由基的性质,并且得到这些稳定自由基的,与实验一致的结构信息和光谱性质。 EPR谱和DFT计算揭示出M(II)原子核未配对电子的强烈局域化特征,并建议M(II)配合物金属中心存在但电子转移过程。 M[B(NDippCH)2]2 三种金属中心的几何结构并不一样。当M=Tl的时候,B-M-B几乎是直线,但对Ga和In弯曲度就大得多。不过未配对电子都很局域化。弯折程度排序:Tl<Ga<In。这可以解释为:金属s与p价电子能级差减小,导致倾向于杂化。 关键词:EPR, spin density, spin-orbit coupling

ADF Highlight:应变促进叠氮-炔环加成反应的高度加速(Nature Comm.,2014)

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参考文献: J. Dommerholt, O, van Rooijen, Annika Borrmann, C. Fonseca Guerra, F. M.Bickelhaupt and F. L. van Delft, Highly accelerated inverse electron-demand cycloaddition of electron-deficient azides with aliphatic cyclooctynes, Nature Comm. 5, 5378 (2014) 本文报道了通过实验与DFT计算相结合研究叠氮-环炔高度加速的工作。还用了单锅三组分蛋白标记反应来展现这种“Click”反应。这对未来多组分反应的进一步应用提供了有力保证。 ADF计算表明,缺电子叠氮与扭曲环辛炔的反应是采用异步反转电子需求路径,也就是在过渡态时,炔的HOMO贡献第一个电子到叠氮的LUMO。预测的活化能垒按A、D、E、F、G的顺序降低,这与这些叠氮的实验反应速率是一致的。活化-应变的结合能分析表明,异步过渡态的轨道相互作用(有利)被应变带来的Pauli排斥(空间效应)平衡掉了。 关键字:Reactivity, MO analysis 相关功能参考中文手册: 如何进行片段分析、键能、键解离能、结合能计算 文献重现:氢键强度、轨道作用、电荷分析

ADF Highlight:小笼金属富勒烯的生长机理(Chem. Sci.,2015; Nature Comm.,2014)

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参考文献: M. Mulet-Gas, L. Abella, P. W. Dunk, A. Rodriguez-Fortea, H. W. Kroto, and J. P. Poblet, Small endohedral metallofullerenes: exploration of the structure and growth mechanism in the Ti@C2n (2n = 26–50) family, Chem. Sci., 6, 675-686 (2015) P. W. Dunk, M. Mulet-Gas, Y. Nakanishi, N. K. Kaiser, A. Rodriguez-Fortea, H. Shinohara,  J. P. Poblet, A. G. Marshall, and H. W. […]

使用SOC-TDDFT理解OLED的磷光(Inorg. Chem.,2012)

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参考文献: A. R. G. Smith, M. J. Riley, P. L. Burn, I. R. Gentle, S.-C. Lo, and B. J. PowellEffects of Fluorination on Iridium(III) Complex Phosphorescence: Magnetic Circular Dichroism and Relativistic Time-Dependent Density Functional Theory Inorg. Chem., 51, 2821-2831 (2012). 本文中,使用相对论含时密度泛函,考虑自旋轨道耦合,研究了蓝磷光铱三价化合物。研究了fac-tris(1-methyl-5-phenyl-3-n-propyl-[1,2,4]triazolyl)iridium(III)的ortho和para两种氟化对磷光辐射速率和电子激发能的影响。 发现磷光辐射速率kr与T1-S3激发能差成正比。para位氟化比ortho位对能差的增大更明显,而且para位氟化还增大苯基和三唑基的电子密度差,扭曲原有的八面体构形,增大HOMO和HOMO-1的能级差。这些结果有助于理解磷光金属化合物的一般性设计原则和设计策略。para位氟化,对于=Ir(III)化合物的辐射速率影响更大。 关键词:spin-orbit coupling TDDFT, magnetic circular dichroism

 
  • 突破传统:单离子源策略实现铁(I)配合物的温和高效合成研究背景 寻找对现有试剂的低成本、低毒的替代品,一直是均相催化领域的核心诉求。近年来,利用地壳富含的铁元素构建催化剂来取代昂贵且不可持续的贵金属元素,已成为该领域的研究热点。其中,一价铁(Fe(I))分子配合物更是在诸多工业催化反应中展现出优异的催化性能。然而,性能优势的背后暗藏不可忽视的瓶颈。与第9、10族贵金属催化剂不同,低价铁面临着一个致命缺陷——缺乏化学性质稳定的起始物料。传统合成方法只能高度依赖钾石墨(KC8)或格氏试剂(RMgX)等强还原剂,对二价或三价铁前驱体进行原位还原。这不仅导致催化体系结构不明确,还极大地限制了反应的官能团兼容性。尽管此前学界曾尝试通过氧化铁羰基化合物或高价铁化合物还原法制备双夹心铁芳烃配合物,但往往因发生歧化反应难以分离得到纯净产物,最终功亏一篑。针对这一痛点,Oliver P. E. Townrow 等人在国际顶尖化学期刊 JACS 上给出了破局之法,课题组成功开发出一种在固态下对空气稳定的单核一价铁夹心配合物 [Fe(durene)2]+(durene = [...]
  • 基于密度泛函的磷酸钠化学蓄热材料失效机理研究研究背景 磷酸钠水合物是建筑环境中极具前景的蓄热材料。在蓄热过程中,该材料可能发生水解反应,导致材料变性,从而限制其工程应用。基于复合改性的循环实验室探究,本团队已经突破了材料的百次循环可用性,但依旧存在少部分磷酸钠活性组分水解失效的发生。了解并限制磷酸钠水合物的水解反应成为了工业应用研究的重点。然而,在跨季节蓄热系统的工作条件下,关于水解反应的可能性及其与脱水反应的竞争关系,在蓄热系统中的相关信息仍不明晰。因此,通过理论计算,可从本质上解释磷酸钠蓄热材料在跨季节蓄热领域下随温度,压力工况变化的水解/脱水反应偏好行为。 研究内容 中国科学院广州能源研究所黄宏宇研究员和新加坡南洋理工大学 Fei Duan 教授课题组合作,采用密度泛函计算结合热力学分析的方法,系统研究了不同水合数(n=0-12)的磷酸钠水合物的分子结构,以确定其稳定构型。此外,计算了磷酸钠及其水合物的频率谱,进而用于计算蓄热过程中吉布斯自由能变,以获得脱水反应和水解反应的 P-T 图,并最终明确了磷酸钠水合物的微观失效机理。该研究结果为可为预防和消除磷酸钠热化学蓄热材料在跨季节蓄热领域应用中的失效问题提供了有利的理论依据。 图1. [...]
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