计算模拟金属离子配位作用对磺胺嘧啶结构和吸收光谱的影响

论文摘要

抗生素滥用严重且与重金属离子共存,导致水体复合污染日益突出。表层水体中,光化学降解是抗生素的主要转化方式之一。金属离子可以与抗生素的O、N、S等杂原子发生配位作用,从而影响其环境光化学行为。研究抗生素金属配合物的结构和光吸收性质,对于了解复合污染水体中抗生素的环境光化学行为具有重要价值。本文以磺胺嘧啶为模型化合物,基于量子化学密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TD-DFT）方法,通过结构优化及相互作用能的计算,预测了Mg2+与磺胺嘧啶形成配合物的结构和光吸收性质。结果表明,Mg2+可以与磺胺嘧啶形成1：1配合物；磺酰胺基的N和O原子参与配位反应配位,同时结合一个水分子；配位前后磺酰胺基的键长、键角和二面角发生明显变化。Mg2+的配位作用影响磺胺嘧啶分子前线轨道分布和能级,配位后体系吸收光谱发生红移,实验验证与计算结果基本一致。为进一步验证该预测方法的可靠性,揭示配位作用的影响规律,计算模拟了Ca2+和Zn2+与磺胺嘧啶的配位作用及其对磺胺嘧啶结构和吸收光谱的影响。结果表明,Mg2+、Ca2+和Zn2+均与磺胺嘧啶形成双齿配合物。结合一个水分子时,配合物稳定性最强,符合如下规律：Zn2+>Mg2+>Ca2+；配体类型和配位水分子的氢键作用是影响配合物稳定性的主要因素。SDZ-分子中的磺酰胺基是主要的配位基团,配位前后几何结构变化明显。三种金属离子的配位作用影响SDZ-前线分了轨道分布和能级。配位后,体系吸收光谱红移,且配位作用越强,吸收光谱红移越明显,有利于磺胺嘧啶吸收长波太阳光。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 研究背景及本论文选题依据
• 1.1 抗生素的环境水平和环境行为
• 1.1.1 抗生素的环境水平和生态效应
• 1.1.2 抗生素的环境行为
• 1.2 配位作用基本原理
• 1.2.1 配合物的简介
• 1.2.2 配位作用的主要反应
• 1.2.3 配位作用的环境意义
• 1.3 抗生素-金属配合物的研究进展
• 1.3.1 配位作用影响抗生素光化学行为的实验研究进展
• 1.3.2 计算模拟抗生素-金属配合物的研究进展
• 1.3.3 计算模拟抗生素-金属配合物的重要性
• 1.4 密度泛函理论
• 1.4.1 基本原理
• 1.4.2 交换相关能泛函
• 1.4.3 含时密度泛函理论
• 1.4.4 Gaussian软件简介
• 1.5 本论文的研究内容与意义
• 1.5.1 本论文的研究内容
• 1.5.2 本论文的研究意义
• 2+配位作用对磺胺嘧啶结构和吸收光谱的影响'>2 计算模拟Mg²⁺配位作用对磺胺嘧啶结构和吸收光谱的影响
• 2.1 研究方法
• 2.1.1 计算模型的选取
• 2.1.2 计算方法
• 2.1.3 实验方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 1:1配合物构型的预测
• 2.2.2 配位前后配体几何结构的变化
• 2.2.3 配位作用对电子光谱和前线分子轨道的影响
• 2.2.4 实验测定配合物的配位比及吸收光谱
• 2.3 小结
• 3 不同金属离子配位作用对磺胺嘧啶结构和吸收光谱的影响
• 2+和Zn²⁺配位作用对磺胺嘧啶结构和吸收光谱的影响'>3.1 计算模拟Ca²⁺和Zn²⁺配位作用对磺胺嘧啶结构和吸收光谱的影响
• 3.1.1 1:1配合物的预测构型
• 3.1.2 配位前后配体几何结构的变化
• 3.1.3 配位作用对电子光谱和前线分子轨道的影响
• 2+、Ca²⁺和Zn²⁺配位作用的比较'>3.2 Mg²⁺、Ca²⁺和Zn²⁺配位作用的比较
• 3.2.1 金属配合物的构型
• 3.2.2 金属配合物的几何参数
• 3.2.3 金属配合物的电子光谱和前线分子轨道
• 3.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢