标题中提到的“酰胺系列分子中振动力场校正因子及其可迁性研究”涉及化学和物理学中的几个关键概念,包括酰胺分子、振动力场、校正因子以及可迁性。酰胺是一类含有-C(=O)-NR2基团的有机化合物,在生物化学领域具有极其重要的作用,如蛋白质中的肽键就是一种酰胺键。
振动力场描述的是分子内部的振动模式,它可以被用于预测分子的红外和拉曼光谱。在量子力学中,振动频率是通过求解分子内部原子核运动的薛定谔方程得到的,而这个过程通常要通过计算原子之间的力常数。力常数是描述原子间相互作用力强度的一个参数,通常通过从头算(ab initio)量子化学计算得到。
然而,实际计算得到的振动频率往往与实验值存在偏差。为了解决这一问题,Pulay提出了校正因子的概念,即通过调整计算得到的力常数,使之与实验值相匹配。校正因子实际上是一个比例因子,通过最小二乘法来优化,以使计算频率与观测频率相一致。
描述中提到的N-甲基甲酰胺和乙酰胺是酰胺系列中的两种简单分子。研究者们针对这两种分子优化了振动力场的校正因子,并考察了这些校正因子在酰胺系列分子中的可迁性。可迁性是指从一个分子得到的校正因子能否用于预测或者计算其他分子的振动频率,这在理论化学中是一个重要的研究方向,因为它能够显著减少计算的工作量。
在研究过程中,研究者们发现,通过将N-甲基甲酰胺和乙酰胺中优化得到的校正因子迁移到N-甲基乙酰胺中,可以得到较为精确的振动频率预测。这一发现证明了在具有相似结构的分子之间,校正因子具有可迁性。当然,这种迁移的前提是计算时所用的基组必须相同,以保证计算精度的一致性。
文章的关键词“酰胺系列分子,振动力场校正因子,可迁性”进一步明确了文章的研究方向和重点。研究中的“最小二乘法”是一种数学优化技术,用于通过最小化误差的平方和来寻找数据的最佳函数匹配。研究者们利用这种方法来调整校正因子,以获得最接近观测频率的计算结果。
至于文章的部分内容,它详细说明了计算过程和结果。研究者们首先估算出一套校正因子,然后采用Wilson的GF矩阵方法计算振动频率,并将结果与实验观测值进行比较,通过最小二乘法进行拟合。他们还修改了岛内武彦编写的“多原子分子简正坐标分析程序组”,使得可以针对校正因子进行调整。这部分内容还涉及到具体的分子结构分析,例如N-甲基甲酰胺和乙酰胺的面内振动内坐标共计14个,而N-甲基乙酰胺则有19个。
在讨论部分,研究者们总结了他们的发现,即校正因子的迁移是合理且可行的,并且可以得到很好的结果。同时,他们也指出了在实际操作中会遇到的一些问题,比如随着分子大小的增加,计算量会显著增长,且力常数间的线性相关性增加,这会使得最小二乘法的调整工作变得更加困难。
这篇论文探讨了如何通过计算和实验手段校正酰胺系列分子的振动力场,并研究了校正因子在相似分子间的迁移性,这对于理论化学和分子光谱学的研究具有重要意义。通过这样的研究,可以更有效地利用量子力学计算来模拟和预测分子振动行为,为分子结构的鉴定和功能的研究提供了有力工具。