[发明专利]不同金属原子取代的四羧基苯基卟啉催化性质的预测方法

说明书

技术领域

本发明属于量子化学计算技术领域，涉及一种利用密度泛函理论（DFT）预测不同金属原子取代的四羧基苯基卟啉催化性质的方法。

背景技术

卟啉在生命体新陈代谢过程中发挥着重要的作用，在化学反应中金属卟啉类化合物也常被用来作为催化剂并具有较好的活性。因此，研究卟啉的结构、反应和功能之间的关系，已经成为当前十分活跃的课题之一。近年来，实验中只是选取其中一种金属卟啉作为催化剂进行研究，并没有文章进行系统的比较，所以我们的研究数据可以为新型的高效的催化剂的设计与改进提供理论指导，并且能够节省大量的实验时间以及人力物力资源。

发明内容

本发明的目的是提供一种准确率高、简单易行的不同金属卟啉催化性质的预测方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种不同金属原子取代的四羧基苯基卟啉催化性质的预测方法，具体按以下步骤进行：

1）选择需要预测催化性质的金属卟啉分子；并用GaussView5.0程序画出所选金属卟啉分子的分子结构；

2）采用密度泛函理论中的B3LYP方法对所选金属卟啉分子进行结构优化；结构优化时，金属原子选择极化基组，其它原子采用6-3I+G*基组；

3）从计算的xx.log输出文件中提取出键长、键角、总能量的信息，再从xx.chk输出文件中提取前线轨道的信息；该信息从已收敛结果的数据中提取；

4）根据步骤3）中提取的信息，从计算结果中找出键长、键角、能量和前线分子轨道的信息，列表比较不同金属原子取代的四羧基苯基卟啉的键长、键角、能量和前线分子轨道的变化规律；

5）利用步骤2）计算得到的信息比较不同金属原子对于卟啉轨道能级的影响：前线分子轨道即最高占据轨道、最低空轨道。金属卟啉分子的最高占据轨道与氧化电位有关，分子的最低空轨道与分子的还原电位有关，金属卟啉分子的催化活性由分子的最高占据轨道与分子的最低空轨道之间的差值∆E_L-H（∆E_L-H=分子的最低空轨道LUMO值-最高占据轨道HOMO值）决定，金属卟啉的∆E_L-H值越小，最高占据轨道HOMO值越低，金属卟啉的催化活性越高。

本发明预测方法有效地利用密度泛函理论（DFT）中 # B3LYP/gen opt pseudo=read对不同金属原子取代的卟啉体系模型进行结构优化。相比实验能够更快捷更准确地得到键长、键角、体系和最低能量的输出信息，不受其它物质的干扰，有效避免了其它因素的干扰。而且可以得到不同金属原子取代的卟啉轨道能级值，再依据理论值预测出金属卟啉催化性质的强弱。通过计算方法预测出这些结论更为准确，在减少时耗的同时节约了经费开支，得出不同金属卟啉催化活性强弱的理论数据，可以为实验提供理论依据，为实验选择合适的催化剂做预测，具有很大的优越性，对未来指导科学实验及材料研发方面起到了举足轻重的作用。

附图说明

图1是GaussView5.0程序画出的FeTCPP的结构示意图。

图2是本发明预测方法中选用的六种金属卟啉分子的结构式。

图3是本发明预测方法中选用的六种金属卟啉分子的前线分子轨道能级图。

图4是本发明预测方法中选用的六种金属卟啉的电子云密度分布图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

为了能更好的阐述金属卟啉分子的催化性质，本发明预测方法采用密度泛函理论，量化计算研究金属卟啉分子，计算选用 B3LYP 方法，对金属卟啉分子进行几何优化和频率分析，从分子结构角度研究其电荷密度、前线分子轨道（HOMO，LUMO，）的电子密度分布和轨道能量，为研究卟啉分子的催化性质提供理论支撑，总结出不同金属原子对于卟啉轨道能级的影响，前线分子轨道即最高占据轨道（HOMO）和最低空轨道（LUMO），前线分子轨道与分子的氧化还原电位密切相关。分子的最高占据轨道与氧化电位有关，分子的最低空轨道与分子的还原电位有关，另外，分子的最高占据轨道（HOMO）与分子的最低空轨道（LUMO）之间的差值∆E_L-H（∆E_L-H=分子的最低空轨道LUMO值-最高占据轨道HOMO值）与分子的催化能力有关，从而利用差值可以预测卟啉催化性质。

本发明预测方法具体按以下步骤进行：

1）物质的选择：选择以下金属卟啉分子

A：MnTCPP,B：FeTCPP,C：CoTCPP,