Функсияҳои Фукуи ҳамчун тавсифкунандагони асосӣ аз назарияи функсионалии зичии консептуалӣ дар асоси DFT амал мекунанд, ки нишон медиҳад, ки чӣ гуна электронҳо дар дохили молекулаҳо тақсим мешаванд. Қобилияти пешгӯӣ бо истифода аз ин функсияҳо қобилияти электрон додан ё қабул кардани потенсиали молекулаҳоро дар маконҳои мушаххаси атомӣ барои муайян кардани хусусиятҳои электрофилӣ ё нуклеофилӣ нишон медиҳад. Дескриптори дугона таҳлили функсияи Фукуиро тавассути фарқ кардани хосиятҳои нуклеофилӣ ва электрофилӣ дар маконҳои молекулавӣ такмил медиҳад, ки дақиқии арзёбии реактивии химиявиро беҳтар мекунад. Мо дарёфтем, ки аксари муҳаққиқон дар ҳисоб кардани ин дескрипторҳои муҳим барои таҳлили пешрафтаи илмӣ дучор меоянд. Дар ин ҷо, мо як рамзи оддии Python тарҳрезӣ кардем, то ҳисобро содда кунад. Дар мақола фаҳмиши муфассал дар бораи функсияҳои Фукуи дар якҷоягӣ бо чаҳорчӯбаи назариявии онҳо дар якҷоягӣ бо расмиёти ададӣ ва барномаи Python бо истифода аз натиҷаҳои таҳлили табиии аҳолӣ (NPA), ки аз нармафзори Gaussian гирифта шудаанд, оварда шудааст. 📥Функсияҳои Фукуй ва тафсири физикии онҳо Функсияи Фукуи 𝑓(𝑟) аксуламали зичии электронҳоро ρ(r) чен мекунад, вақте ки шумораи электронҳо дар система каме тағйир меёбад. Аз ҷиҳати математикӣ он чунин муайян карда мешавад: Дар он ҷо N шумораи умумии электронҳо ва v(r) потенсиали беруна аст. Ин функсияро бо истифода аз фарқиятҳои ниҳоии рақамӣ тахмин кардан мумкин аст: Дар куҷо: 𝑞 𝑟 (𝑁 ) → заряди атомии макони мушаххас дар молекулаи нейтрал. 𝑞 𝑟 ( 𝑁 + 1 ) → заряд пас аз илова кардани электрон (анион). 𝑞 𝑟 ( 𝑁 − 1 ) → заряд пас аз хориҷ кардани электрон (катион). Ин ду функсия ҳассосияти зичии электронро ба тағир додани шароит арзёбӣ мекунанд, то дар пешгӯии шакли реактивии кимиёвӣ кӯмак расонанд. 📥Дескриптори дугона (Δ𝑓(𝑟)) ва тафсири кимиёвӣ Дескриптори дугона Δ 𝑓 (𝑟) таҳлили функсионалии Фукуиро тавассути фарқияти байни маконҳои реактивии электрофилӣ ва нуклеофилӣ такмил медиҳад: 📥Тафсири Δ𝑓( 𝑟 ): Δ 𝑓 (𝑟) → Минтақа мусоидат мекунад. ба ҳамлаи нуклеофилӣ Δ 𝑓 (𝑟) < 0 → Минтақа мусоидат мекунад. ба ҳамлаи электрофилӣ Δ 𝑓 ( 𝑟 )=0 → Минтақа аст. аз ҷиҳати кимиёвӣ ғайрифаъол Бо истифода аз Δ 𝑓 (𝑟), муҳаққиқон метавонанд маконҳои молекулавии реактивиро дақиқ муайян кунанд ва роҳҳои реаксияҳои органикиро пешгӯӣ кунанд. 📥Таҳлили табиии аҳолӣ (NPA) бо забони Гаусс Химияи ҳисоббарорӣ NPA-ро барои тақсим кардани зичии электрон дар байни атомҳои молекула васеъ истифода мебарад. Нармафзори Gaussian пардохтҳои NPA-ро тавассути калимаи калидии файли воридотӣ тавлид мекунад. Асос барои иҷрои ҳисобҳои функсионалии Фукуйро ин пардохтҳо таъмин мекунанд. Pop=NPA Намунаи вуруди Гауссиан барои ҳисобкунии 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 Қисмати баромади ҳисобкунии Гаусс пардохтҳои NPA-ро дар зери сарлавҳаи пешниҳод мекунад. Пардохтҳои истихроҷшуда дар ҷадвал формат карда шудаанд: " " Таҳлили табиии аҳолӣ Ин арзишҳо дар скрипти Python барои ҳисоб кардани функсияҳои Fukui ва тавсифкунандаи дугона истифода мешаванд. 📥Рамзи Python барои ҳисобкунии функсияи Фукуи Муҳаққиқон арзишҳои ҳисобшударо барои фаҳмидани механизмҳои кимиёвӣ ҳангоми реаксияҳо ҳангоми таҳияи молекулаҳое, ки дорои хосиятҳои функсионалии хос, аз ҷумла катализаторҳо ва номзадҳои маводи мухаддир мебошанд, истифода мебаранд. 👉Скрипти 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) 👉Тафсири код: Боркунии маълумот: Пардохтҳои NPA-ро аз файли Excel мехонад ( ). FUKUI.xlsx Танҳо рамзи Python-и дар боло зикршударо иҷро кунед. Лутфан пардохтҳоро аз таҳлили NPA дар файли воридотӣ дуруст тартиб диҳед, бигӯед , айнан дар расми 1 нишон дода шудааст. Ҳамчунин, боварӣ ҳосил кунед, ки скрипти Python ва файли вуруди шумо дар як директория мавҷуд аст. FUKUI.xlsx 👉Ҳисобкунии функсияи Фукуи: Индекси аз фарқи байни арзишҳои заряди анионӣ ва нейтралӣ бармеояд. 𝑓+( 𝑟 ) Ин шохиси дар натиҷаи тарҳ кардани арзиши заряди катионӣ аз арзиши заряди бетараф ба вуҷуд меояд. 𝑓-( 𝑟) Функсияи радикалии Фукуй арзиши худро тавассути иҷрои амалиёти миёна дар ва ба даст меорад. 𝑓+( 𝑟 ) 𝑓-( 𝑟 ) Вақте ки ҳисобкунии аз он хориҷ мекунад, тавсифкунандаи дугона пайдо мешавад. 𝑓-( 𝑟 ) 𝑓+( 𝑟 )-ро Ҳар як арзиш барои дақиқ ба панҷ адад даҳӣ мудаввар карда мешавад. Форматсозӣ: Натиҷаҳо ҳамчун барои таҳлили минбаъда захира карда мешаванд. Натиҷа: fukui_functions_output.xlsx 📥Натиҷаҳо ва муҳокима Функсияҳои ҳисобшудаи Фукуи ва дескрипторҳои дугона дар бораи реактивии молекулавӣ фаҳмиши интиқодӣ медиҳанд: Қиматҳои мавқеъҳои эҳтимолии нуклеофиликиро нишон медиҳанд. баланди 𝑓+( 𝑟) Қиматҳои реактивии электрофилиро нишон медиҳанд. баланди 𝑓−( 𝑟) Қиматҳои сайтҳои реактивтаринро ба вуҷуд меоранд. Δ 𝑓 ( 𝑟 ) Пешгӯиҳои механизмҳои реаксия бо истеҳсоли молекулаҳо бо хосиятҳои хоси дилхоҳ ба монанди катализаторҳо ва номзадҳои маводи мухаддир алоқаманданд. 📥Хулоса Омезиши функсияҳои Фукуи бо тавсифи дугона ҳамчун як равиши пурқуввати ҳисоббарорӣ барои омӯхтани реактивии химиявӣ амал мекунад. Ҳисобкунии дурусти тақсимоти пардохт аз пардохтҳои NPA, ки тавассути ҳисобҳои Гаусс ба даст оварда шудааст, вобаста аст. Методологияи ба Python асосёфта автоматизатсияро имкон медиҳад, ки баҳодиҳии самараноки маҷмӯаҳои бузурги молекулавӣ имкон медиҳад. Таҳқиқоти минбаъда бояд таҳлили якҷояи функсияҳои Фукуиро дар якҷоягӣ бо харитасозии потенсиали электростатикӣ, ки таҳлили орбиталии молекулавӣ барои ноил шудан ба фаҳмиши дурусти рафтори реактивиро дар бар мегирад, амалӣ созанд.
