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1、牡丹江师范学院学士学位论文（设计）I氟虫腈的振动光谱密度泛函理论研究摘要振动光谱是研究分子结构的重要方法之一，本文使用密度泛函理论(DFT)对氟虫腈的红外光谱和拉曼光谱角度来进行研究。理论计算全部利用 Gaussian09程序运行，对氟虫腈分子振动光谱进行计算,计算时采用了 B3LYP 密度泛函方法在 B3LYP/6-31+G(d,p)水平下对氟虫腈进行几何构型优化和振动光谱的理论计算。利用 Gaussview 软件对计算结果中的简正振动模式进行可视化处理，并用Origin75 进行绘制图谱。本次实验主要介绍了氟虫腈的结构，性能。同时介绍了，近年来最新的研究和应用。例如，在生物化学，化学，其他
2、领域的应用。关键词关键词: : 密度泛函理论；红外光谱；拉曼光谱；氟虫腈牡丹江师范学院学士学位论文（设计）IIStudy on vibrational spectra of density functional theory FipronilAbstractVibrational spectroscopy is one of the important method for the study of molecular structure, this paper using the density functional theory (DFT) infrared spectra and Ram
3、an spectra of fipronil to study. Theoretical calculations using Gaussian09 program runs on all, vibration fipronil molecular spectra are calculated, when calculated using the B3LYP density functional method in B3LYP/6-31+G(D,P) calculated by geometry optimization and vibrational spectra of fipronil
4、theory. Using Gaussview software to calculation results in the normal vibration modes of visual processing, and map with Origin75. This experiment mainly introduces the structure of fipronil, research and application. For example, in biochemistry, chemistry, in other areas. Keywords: density functio
5、nal theory; infrared spectrum; Raman spectra牡丹江师范学院学士学位论文（设计）目录1 引言.11.1 氟虫腈的简介.11.2 密度泛函理论的简介 .11.3 红外光谱的简介 .21.4 拉曼光谱的简介 .22 基本原理 .42.1 密度泛函理论 .42.2 拉曼光谱理论.42.3 红外光谱理论.53 计算方法 .64 结果与讨论 .74.1 氟虫腈分子几何构型.74.2 光谱指认.74.2.1 氟虫腈在红外光谱上的指认 .114.2.2 氟虫腈在拉曼光谱上的指认 .115 结论 .13参考文献.14致谢.16牡丹江师范学院学士学位论文（设计）11 引
6、言1.1 氟虫腈的简介氟虫腈，英文通用名为fipronil，商品名Regent锐劲特，分子式：C12H4Cl2F6N4OS，(RS)-5-氨基-1-(2,6-二氯-4-三氟甲基苯 基)-4-三氟甲基，英文化学名：()-5-amino-1-(2,6-dichloro-a,a,a,-trifluoro-P-tolyl)-4-frifluoromethylsulfinylpyrazole-3-Carbonitrile，氟虫腈属于苯基吡唑类杀虫剂，杀虫范围广，胃毒作用为主触杀和一定的内吸作用为辅，它的杀虫机制在于切断昆虫 -氨基丁酸和谷氨酸介导的氯离子通道，从而导致昆虫中枢神经系统过度兴奋。因此对于蚜
7、虫、叶蝉、飞虱等幼虫、蝇类和鞘翅目等重要害虫有很高的毒性以及对作物无药害。该药可施用于土壤，也可以叶面喷雾。作用于土壤能有效地杀死玉米根叶甲、金针虫和地老虎。叶面喷洒时对小菜蛾、菜粉蝶、稻蓟马等均有高水平防治并且持效期长。本产品对于甲壳类生物有剧毒，在水稻上的安全间隔期长达两个月，使用时应注意远离水源地使用严禁污染水源。氟虫腈是GABA-氯离子通道抑制剂，与现有杀虫剂没有交互抗性，对有机磷、有机氯、拟除虫菊酯类杀虫剂已经产生抗性的或者敏感的害虫均有较好的防治效果。适宜的作物有水稻、玉米、棉花、香蕉、甜菜、马铃薯、花生等，推荐剂量下对作物无药害。同时对卫生害虫的蟑螂防治也有非凡的效果,如2%神农
8、灭蟑螂饵剂、1.1%海云灭蟑饵剂。目前氟虫腈工业化生产合成路线主要有两条，一是以2,6-二氯-4-三氟甲基苯胺为原料，经过重氮化得到重氮盐，再与2,3-二氰基丙酸乙酯反应得到；二是以2,6-二氯-4-三氟甲基苯肼为原料与富马腈反应，再氧化得到产品。1.2 密度泛函理论的简介研究氟虫腈振动光谱的密度泛函理论1对于进一步来研究其结构和性质有着很重要的意义。人们已经从实验上对氟虫腈的几何结构进行了分析与指认,密度泛函理论是一种研究多电子体系电子结构的方法,是计算化学领域最常用的方牡丹江师范学院学士学位论文（设计）2法之一,主要目标就是用电子密度取代波函数作为研究的基本量,从而用来计算激发态的性质,密
9、度泛函理论DFT的发展,使分子振动光谱(尤其是大分子的振动光谱的计算)获得了迅速的发展。DFT方法已被引入Gaussian程序,可处理数百个原子的分子体系,DFT在研究分子振动光谱方面无论是在计算效率方面还是在计算精度方面,都具有比较明显的优越性,尤其是在研究大分子振动光谱上,有更加明显的优势,所以至今90年代以来，在许多原子分子的振动光谱研究中应用密度泛函理论越来越普遍,尤其是近十年来随着软件效率的提高、方法改进以及计算速度的大幅度提高和计算机硬件的飞速发展,说明密度泛函理论在分子振动光谱2方面研究中起着更加重要的作用。1.3 红外光谱的简介分子振动光谱3的研究主要是针对于对红外光谱和拉曼光
10、谱的研究,红外光谱是用来研究表征分子结构的一种有效的研究手段，与物质分子的结构密切相关，它被认为是一种重要分析分子结构的工具。其主要应用在分子构型和构象研究、化学化工、材料、天文、遥感、气象、环境、地质、生物、物理、医学、药物、农业、能源、食品、法庭鉴定和工业过程控制等多方面的分析测定中都有十分广泛的应用。分子的结构和化学键都可以用红外光谱来研究，同时红外光谱也可以用来测定物质分子的键长和键角,由此分子的立体构型就可以被推测出来。由于物质分子中的某些基团或化学键在不同化合物中所对应的谱带波数大致基本上都是固定的或只是在小波段范围内逐渐变化,由此可以得出很多种有机官能团(比如甲基、羟基、羰基,氰
11、基，亚甲基，胺基等)在红外光谱中都有较明显的特征吸收，人们就可以通过红外光谱测定未知样品分子中存在哪类有机官能团,这就可以最终确定未知物化合物的化学结构。 1.4 拉曼光谱的简介拉曼光谱4是分子对入色光所产生的频率发生较大变化的一种散色现象,它的产生基于光子与分子的碰撞,当这种碰撞突然发生时,可能发生弹性碰撞和非弹性碰撞两种情况。其中,弹性碰撞只改变运动方向而能量并不会发生改变,拉牡丹江师范学院学士学位论文（设计）3曼光谱与红外吸收光谱类似,也可以通过对拉曼光谱的研究得到有关物质振动或转动的相关信息,是作为研究晶体中分子振动和晶格振动的一种重要手段。红外光谱与拉曼光谱是互为补充的,当一些物质的
12、电荷分布中心具有对称的化学键时,他们的拉曼散色很强,但红外吸收5很弱因此当红外光谱仪检测不到就可以用拉曼光谱图很好的将其展现出来。拉曼光谱分析法是基于拉曼散射效应,对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息,并应用于分子结构研究的一种分析方法。本文，我们研究了氟虫腈分子的红外光谱(IR),依据DFT理论计算结果，首次对氟虫腈分子的振动光谱给出全面而准确地分析与指认。这些理论性的计算对于理解结构的振动光谱和分子组成参数都很有价值。 牡丹江师范学院学士学位论文（设计）42 基本原理2.1 密度泛函理论密度泛函理论(DFT)6是一种量子力学方法用于研究多电子体系电子结构。它是在
13、玻恩-奥本海默和量子力学7绝热近似的从头算方法的基础上,和量子化学在分子轨道理论8发展而来的基础上，这一方法基于一个定理上：体系的基态决定于电子密度的分布(Hohenberg-Kohn定理)9这是唯一的,获得电子密度分布通过KS-SCF自洽迭代求解单电子多体薛定谔方程来获得电子密度分布,容易通过应用 HF 定理等方法,和分子动力学模拟的方法相结合,组成了从头算的分子动力学方法。尽管密度泛函理论10的概念来源于Thomas-Fermi模型,但是直到Hohenberg-Kohn定理提出之后才有了准确的理论依据。Hohenberg-Kohn第一定理提出体系的基态能量仅是电子密度的泛函11。Hohenberg-Kohn第二定理证明了用基态密度为变量得到基态能量只需要将体系能量最小化。使得密度泛函12提供了一个变分的原理。DFT13的方法挑战的是设计更为精确的泛函。密度泛函理论14提供了从头算和第一性原理的计算框架。在这个框架的作用下各式各样的能带计算方法就可以发展起来。2.2 拉曼光谱理论拉曼光谱15是分子和入射光子发生非弹性散射的结果，分子吸收频
