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静电势是中国的一个科技名词。

语言一发即逝,不留痕迹。当人类意识到需要把说出的话记下来时,就发明了文字[1]。在世界范围内,曾经独立形成的古老文字除我们的汉字外,还有埃及的圣书字、两河流域的楔形文字、古印度的印章文字以及中美洲的玛雅文[2]。后来,这些古老文字的命运各不相同,或因某种历史原因而消亡,如玛雅文;或因文字的根本变革而遭废弃,如楔形文、圣书字,只汉字沿用至今,而且古今传承的脉络清晰可见,成了中华民族文化的良好载体。

名词解释

将单位正电荷从无穷远处移到分子周围空间某点处所做的功。

通常定义为:VA(k)=∫ DA(r1-Ra)/∣r1-rk∣dτ1,其中DA(r1-Ra)为体系A包括核电荷的一级电荷密度函数。在量子化学自洽场计算中,这两项分别相当于核电荷和电子对静电势的贡献。

静电势的计算比较复杂,对于特大分子,已经发展了一种电极矩展开近似法。静电势常用于生物分子、药物分子和其他大分子间相互作用的研究。

富勒烯分子静电势的比较

分别在H artree-Fock 和密度泛函 B3LYP理论下,研究了C60和C70分子的静电势,比较了这方法计算得到上述分子静电势值的大小,静电势图形和静电势差值曲线,分析了富勒烯的电子相关效应。

富勒烯分子静电势的大小

C60和C70分子的球内全部为正电势。B3LYP计算得到:C60除了球半径r在0.148~0.498nm范围的核区域是正常的强正电势外,r在0~0.148nm范围内的电势梯度很小,静电势值约在48.07~54.48kJ/mol之间,球心处的静电势值是球内的极小值,球内静电势呈单调上升趋势;C70除了球半径r在0.150~0.548nm范围的核区域是正常的强正电势外,r在0~0.150nm范围内的电势梯度很小,静电势值约在36.36~40.92kJ/mol之间,球心处的静电势值不是球内的极小值,球内静电势的弱极小值出现于r为0.589nm附近。HF计算得到:C60除了球半径r在0.228~0.478nm范围的核区域是正常的强正电势外,r在0~0.228nm范围内的电势梯度很小,静电势值约在22.97~31.88kJ/mol之间,球心处的静电势值是球内的极小值,球内静电势仍呈单调上升趋势;C70除了球半径r在0.180~0.548nm范围的核区域是正常的强正电势外,r在0~0.180nm范围内的电势梯度很小,静电势值约在23.81~32.84kJ/mol之间,球心处的静电势值不是球内的极小值。

富勒烯分子的静电势图

密度泛函(B3LYP)方法及HF计算得到的C60和C70分子的3个正交平面XY,XZ和YZ上的平面静电势图,分子静电势差值曲线图中可以看出,C60和C70静电势的分布有一定的规律:球内全部为正电势,球外C60和C70既有正电势又有负电势。DFT/B3LYP方法画出分子静电势图与HF方法画出分子静电势图的基本轮廓很相似。它们之间的主要区别出现于球外,在球外HF与B3LYP相比通常计算得到较为分散的电子密度。B3LYP计算得到的静电势增加(向正方向移动),HF计算得到的静电势更负一点(向负方向移动)。这还能够通过C60和C70的分子静电势差值曲线图来说明:相对于B3LYP方法HF方法过高估计了球内接近核区域的电势,同时,它过低估算了核外一定区域和球心附近的电势。

对于C60和C70分子,分子静电势的最 大差值分别为13.128和10.502kJ/mol。最小差值分别为- 26.255和 - 52.510kJ/mol。

性质

从C60和C70分子的静电势图中可以看出,电子相关对分子静电势的影响,首先,在富勒烯球心和球外部分,静电势增加(向正方向移动),电子密度减小,这可理解为两电子自旋方向相反。在Hartree-Fo ck近似下,某一瞬间是可以同时出现于平均势场中某空间的同一点,它过高地估计了电子密度,当校正了这种电子瞬时相关后,原子周围的这种电子的密度自然会降低,静电势值向正电势方向移动。第二,除富勒烯球心部分以外,在富勒烯分子球内其他区域,电子相关使静电势减小,向负方向移动,说明各原子之间电子密度有所增加,从而增强另外分子的稳定性,使整个体系能量降低。

分子表面静电势应用

对持久性有机污染物多溴联苯醚(PBDEs)209 个分子进行HF 6-31G*水平上的结构优化,并在优化结构基础上进行了分子静电势及其导出参数的计算。应用多元线性回归方法对PBDEs的色谱保留时间(RRT)、正辛醇空气分配系数(lgKOA)和298K超冷流体蒸气压(lgpL)3 种理化性质与分子结构参数进行了关联。结果表明,分子表面静电势参数结合苯环上溴原子取代个数比结合分子体积,可以更好地表达PBDEs的理化性质与其分子结构间的定量关系,所建立的3个QSPR模型的交叉验证相关系数(Rcv)分别为0.9819、0.9911和0.9963,标准偏差(SD)分别为0.0424、0.1384和0.1020,说明3个模型均具有较强的稳健性和预测能力,同时也证明了分子静电势参数在PBDE类化合物的QSPR研究中的适用性 。

参考文献