Fonksyon Fukui ak Deskriptè Doub Eksplike: Yon Analiz Syantifik Avanse

Fonksyon Fukui fonksyone kòm deskriptè debaz nan teyori fonksyonèl dansite konseptyèl ekspresyon DFT ki baze sou, ki montre kouman elektwon distribye nan molekil. Kapasite prediksyon lè l sèvi avèk fonksyon sa yo revele bay elektwon oswa aksepte potansyèl molekil nan sit atomik espesifik pou detèmine karakteristik elektwofil oswa nukleofil.

Deskriptè a doub amelyore analiz fonksyon Fukui pa fè distenksyon ant pwopriyete nukleofil ak elektwofil nan sit molekilè ki amelyore presizyon nan evalyasyon reyaksyon chimik. Nou te jwenn ke pifò chèchè yo ap fè fas a defi nan kalkile deskriptè enpòtan sa yo pou yon analiz syantifik avanse. Isit la, nou te fèt yon kòd Python senp pou senplifye kalkil la.

Atik la bay enfòmasyon detaye sou fonksyon Fukui, ansanm ak fondasyon teyorik yo, ansanm ak pwosedi nimerik ak aplikasyon Python ki itilize rezilta analiz de popilasyon natirèl (NPA) yo jwenn nan lojisyèl Gaussian.

📥Fonksyon Fukui ak Entèpretasyon Fizik yo

Fonksyon Fukui 𝑓(𝑟) mezire repons dansite elèktron ρ(r) lè kantite elektwon nan yon sistèm chanje yon ti kras.

Matematikman, li defini kòm:

Kote N se kantite total elektwon, ak v(r) se potansyèl ekstèn lan. Fonksyon sa a ka apwoksimasyon nimerikman lè l sèvi avèk diferans fini:

Ki kote:

• 𝑞 𝑟 ( 𝑁 ) → chaj atomik yon sit patikilye nan yon molekil net.
• 𝑞 𝑟 ( 𝑁 + 1 ) → chaj la apre yo fin ajoute yon elèktron (anyon).
• 𝑞 𝑟 ( 𝑁 − 1 ) → chaj la apre yo fin retire yon elèktron (katasyon).

De fonksyon yo evalye sansiblite dansite elèktron pou chanje kondisyon yo pou ede predi modèl reyaksyon chimik yo.

📥Doub Deskriptè (Δ𝑓(𝑟)) ak Entèpretasyon Chimik

Deskriptè doub Δ 𝑓 ( 𝑟 ) rafine analiz fonksyon Fukui nan fè diferans ant sit reyaktif elektwofil ak nukleofil:

📥Entèpretasyon Δ𝑓( 𝑟 ):

• Δ 𝑓 ( 𝑟 ) → Rejyon an favorize atak nukleofil .
• Δ 𝑓 ( 𝑟 ) < 0 → Rejyon an favorize atak elektwofil .
• Δ 𝑓 ( 𝑟 )=0 → Rejyon chimikman inaktif .

Lè yo sèvi ak Δ 𝑓 ( 𝑟 ), chèchè yo ka byen detèmine sit molekilè reyaktif yo epi predi chemen reyaksyon òganik yo.

📥Natirèl Popilasyon Analiz (NPA) nan Gaussian

Chimi enfòmatik itilize NPA anpil pou divize dansite elèktron atravè atòm molekil la. Lojisyèl Gaussian jenere chaj NPA atravè mo kle nan dosye antre Pop=NPA . Chaj sa yo bay baz pou fè kalkil fonksyon Fukui.

Egzanp Antre Gaussiyen pou Kalkil NPA:

 %chk=mol.chk # B3LYP/6-31G(d,p) Pop=NPA Title: NPA Charge Calculation 0 1 C 0.000 0.000 0.000 H 0.000 0.000 1.090 H 1.026 0.000 -0.363 H -0.513 -0.889 -0.363 H -0.513 0.889 -0.363

Seksyon pwodiksyon an nan kalkil Gaussian an bay chaj NPA anba tit " Analiz Popilasyon Natirèl " . Chaj yo ekstrè yo fòma nan yon tablo:

Yo itilize valè sa yo nan script Python pou kalkile fonksyon Fukui ak deskriptè doub la.

📥Python Kòd pou Kalkil Fonksyon Fukui

Chèchè yo sèvi ak valè yo kalkile pou konprann mekanis chimik pandan reyaksyon pandan y ap devlope molekil ki posede pwopriyete fonksyonèl patikilye ki gen ladan katalis ak kandida dwòg.

👉 Script Python:

 import pandas as pd # Load the data from the Excel file in the same directory as the script file_path = 'FUKUI.xlsx' df = pd.read_excel(file_path) # Calculate Fukui Functions and Dual Descriptor with 5 decimal places df['fr+'] = (df['Anion(N+1)'] - df['Neutral(N)']).apply(lambda x: f"{x:.5f}") df['fr-'] = (df['Neutral(N)'] - df['Cation(N-1)']).apply(lambda x: f"{x:.5f}") df['fr0'] = ((df['Anion(N+1)'] - df['Cation(N-1)']) / 2).apply(lambda x: f"{x:.5f}") df['∆f'] = (df['fr+'].astype(float) - df['fr-'].astype(float)).apply(lambda x: f"{x:.5f}") # Save the calculated data to a new Excel file in the same directory output_file = 'fukui_functions_output.xlsx' df.to_excel(output_file, index=False) # Display the DataFrame (optional) print(df)

👉Kod eksplikasyon:

Chaje done:

Li chaj NPA nan yon fichye Excel ( FUKUI.xlsx ).

👉Fukui Kalkil Fonksyon:

• Endèks 𝑓+( 𝑟) a soti nan diferans ki genyen ant valè chaj anyonik ak net.
• Endèks sa a 𝑓-( 𝑟 ) rezilta nan soustraksyon valè chaj kasyonik nan valè chaj net la.
• Fonksyon Fukui radikal la jwenn valè li lè li fè yon operasyon mwayèn sou 𝑓+( 𝑟 ) ak 𝑓-( 𝑟 ) .
• Yon deskriptè doub parèt lè kalkil 𝑓-( 𝑟 ) soustraksyon 𝑓+( 𝑟 ) de li.

Fòma: Chak valè awondi ak senk kote desimal pou presizyon.

Sòti: Rezilta yo sove kòm fukui_functions_output.xlsx pou plis analiz.

📥Rezilta ak Diskisyon

Fonksyon Fukui yo kalkile ak deskriptè doub bay apèsi enpòtan sou reyaksyon molekilè:

• Valè 𝑓+( 𝑟 ) segondè yo endike sit nukleofil potansyèl yo.
• Valè wo 𝑓−( 𝑟 ) sijere reyaksyon elektwofil.
• Valè Δ 𝑓 ( 𝑟 ) pwovoke sit ki pi reyaktif yo.

Prediksyon nan mekanis reyaksyon pè ak pwodiksyon an nan molekil ak pwopriyete patikilye vle tankou katalis ak kandida dwòg.

📥Konklizyon

Konbinezon fonksyon Fukui ak deskriptè doub fonksyone kòm yon apwòch enfòmatik fò pou eksplore reyaksyon chimik. Bon kalkil distribisyon chaj depann de chaj NPA yo jwenn nan kalkil Gaussien yo. Metodoloji ki baze sou Python pèmèt automatisation ki fè li posib pou evalyasyon efikas nan gwo done molekilè.

Pwochen etid yo ta dwe aplike analiz konbine nan fonksyon Fukui ansanm ak kat potansyèl elektwostatik ki gen ladan analiz molekilè òbital reyalize yon konpreyansyon apwopriye nan konpòtman reyaksyon.