運用信息理論發展密度泛函活性理論

《運用信息理論發展密度泛函活性理論》是依託湖南師範大學，由榮春英擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：運用信息理論發展密度泛函活性理論
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：榮春英
• 依託單位：湖南師範大學

項目摘要

密度泛函活性理論(DFRT)，又稱為概念密度泛函理論，運用只與電子密度及其梯度等相關的變數定量地描述和預測分子的結構和反應活性。DFRT雖取得了長足進展並日益被廣泛套用，但其目前框架僅局限於體系總能量對電子數和外勢泰勒展開得到的一階或多階微商。本項目主張擴大其理論範疇，推廣其套用領域，提出將信息理論納入DFRT的框架之中，因為香農熵、費舍爾信息及信息增益量等信息理論變數均只與電子密度及其梯度有關。為此，在過去兩年間我們已經取得了初步成果，發表了一系列論文證明了其可行性和可靠性。本項目將繼續系統地研究信息理論變數在揭示分子穩定性和反應活性中的作用，探討不同鍵合和化學過程中它們的變化規律。同時，研究它們與DFRT中其他活性指標，特別是親電親核活性的關聯，以及在預測區域選擇性和立體選擇性中的套用。本項目的順利完成將為DFRT的發展提供新的思路，也將為DFRT的最終成熟和完善做出我們的貢獻。

結題摘要

密度泛函活性理論(DFRT)，又稱為概念密度泛函理論，運用只與電子密度及其梯度等相關 的變數定量地描述和預測分子的結構和反應活性。本項目主張擴大DFRT理論範疇，推廣其套用領域，將信息理論（ITA）納入DFRT的框架之中。項目研究中，把各信息理論物理量引入DFRT中作為化學活性的定性定量描述符，同時提出描述強共價相互作用的指數（SCI）和描述立體效應的電子力（Fe）、空間力（Fs）、空間電荷（qe）新的化學概念定量描述參量等。這既豐富了ITA-DFRT的理論體系，也提高了其對化學活性定量描述的能力。實現了用ITA方法對分子體系的總能量、能量分量等電子性質的準確擬合。在對分子性質和反應活性套用方面，已經公開發表的相關研究成果包括有：SN2反應能壘、酸鹼性、異端效應、芳香性、立體效應、協同性、富勒烯異構化能、強共價相互作用等。與傳統的片段加合法和基團加和法等定量結構性能關係相比，ITA-DFRT不僅實現了直接用電子密度對這些理化性質的定量描述，而且對這些性質提供了新的認識。如在芳香性的研究中發現基態的Hückel規則（4n+2和4nπ電子分別對應芳香性和反芳香性）和激發態的Baird規則（4n+2和4nπ電子分別對應反芳香性和芳香性）具有相同的理論本質。本項目資助主要成員劉述斌成功主辦第七屆海峽兩岸理論與計算化學會議，首屆理論與計算中的化學概念國際研討會，客座編輯《物理化學學報》特刊《密度泛函理論中的化學概念特刊》。項目資助舉辦的本領域學術會議、項目參與人參與學術會議、邀請專家學術講座人次、發表論文數量、培養學生人數都超過預期。已順利完成項目預定的各項目標。