苯氧羧酸类农药分子、酰胺分子与高岭石团簇模型相互作用的理论研究

摘要

本文分别构建了针对苯氧羧酸类农药分子与高岭石相互作用的铝氧八面体层表面模型Al13O48H57(K(o))和硅氧四面体层表面模型Si13O37H22(K(t))，以及针对酰胺分子与同晶置换后的高岭石相互作用的团簇模型，分别表示为铝氧八面体层表面模型((Al5CaO24H30)-)(K(os))，硅氧四面体层表面模型((Si5AlO18H12)-)(K(ts))和层间结构团簇模型((Al6Si5CaO42H42)2-)(Ks)。采用 B3LYP(Becke, three-parameter, Lee-Yang-Parr exchange-correlation functional)计算方法，以及6-31G(d,p)和6-31G(d)基组，对2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)、2,4-二氯苯氧丙酸（2,4-DP）、2,4-二氯苯氧丁酸（2,4-DB）、2-甲基-4-氯苯氧乙酸（MCPA）、2-甲基-4-氯苯氧丙酸（MCPP）和2-甲基-4-氯苯氧丁酸（MCPB）六种苯氧羧酸类农药分子和甲酰胺（FA）、乙酰胺（AA）、顺-N-甲基甲酰胺（cis-NMFA）、反-N-甲基甲酰胺(trans-NMFA）、顺-N-甲基乙酰胺(cis-NMA）、反-N-甲基乙酰胺（trans-NMA）六种酰胺分子（下文中将用简称代表每种要研究的分子）分别与高岭石相互作用后的性质进行了研究，包括优化的几何构型、结构参数、相互作用能、NBO电荷等。
　　苯氧羧酸类农药分子与高岭石团簇模型相互作用的研究表明，与含有乙酸基侧链的农药分子相比，由于丙酸基侧链和丁酸基侧链具有更多的吸附位点使相应的农药分子吸附能力较强。综合各分子在两个表面的吸附情况，发现MCPP的吸附能力优于MCPA。与实验所得MCPA的吸附性低于2,4-D的结论相结合，可以推断出2,4-D与MCPA更易于同高岭石的硅氧四面体层表面吸附。因此，在选择农药时，应将各农药分子的活性以及农药分子与高岭石的相互作用强弱考虑在内，确保淋洗对去除农药在土壤中残留的可行性。研究酰胺分子与同晶置换后的高岭石团簇模型的相互作用，容易发现同晶置换后的高岭石的硅氧层的吸附能力明显增强，而同晶置换铝氧层的吸附能力却减弱，复合物的稳定性顺序为Ks/amides>K(ts)/amides>K(os)/amides。总体来说，酰胺与同晶置换高岭石形成的复合物比与中性的高岭石相互作用形成的复合物更稳定。同时可以得到以下推论，通过控制高岭石中离子的取代或许能够控制客体分子在高岭石中的吸附与脱附。

目录

声明

符 号 说 明

1 前言

1.1高岭石

1.2氢键

1.2.1氢键简介

1.2.2氢键类型与特点

1.3高岭石和客体分子相互作用的研究现状

1.3.1高岭石与苯氧羧酸类农药分子的相互作用的研究现状

1.3.2高岭石与酰胺分子的相互作用的研究现状

2 理论基础及计算方法

2.1量子力学基本原理

2.2 密度泛函理论基础

2.2.1基组的选择

2.2.2 Gaussian 程序

2.2.3本文所用计算方法与模型

3 结果与分析

3.1苯氧羧酸类农药与高岭石表面吸附的理论研究

3.1.1模型与方法

3.1.2农药分子在高岭石铝氧八面体层表面的吸附

3.1.3农药分子在高岭石硅氧四面体层表面的吸附

3.2 甲酰胺与同晶置换高岭石的吸附与插层作用

3.2.1模型与方法

3.2.2 各优化构型的结构参数及相互作用能

3.2.3 B3LYP/6-31G(d)水平下的各稳定结构的性质

3.3 酰胺与同晶置换高岭石的相互作用

3.3.1 模型与方法

3.3.2高岭石-酰胺分子复合物的相互作用能、几何构型与结构参数

3.3.3 B3LYP/6-31G(d)方法计算得到的相对稳定结构的性质

4讨论

4.1苯氧羧酸类农药与高岭石表面吸附的理论研究

4.1.1农药分子在高岭石铝氧八面体及硅氧四面体表面吸附的比较

4.1.2小结

4.2酰胺与同晶置换高岭石团簇模型的相互作用

4.2.1比较酰胺与同晶置换高岭石的相互作用和酰胺与中性高岭石体系的相互作用

4.2.2小结

5 结论

6 创新之处

参考文献

致谢

9 攻读硕士学位期间发表论文情况