偶氮苯类化合物是芳香环通过氮氮双键(-N=N-)连接构成的一类化合物。偶氮苯及其衍生物存在顺式(cis)和反式(trans)两种异构体。在光照、温度等外界条件发生改变时,偶氮苯发生可逆的异构化转变过程,异构体间的相对能量会发生变化,伴随着颜色和几何结构的改变,从而可被应用于分子马达、分子开关、能量储存等诸多方面。同时偶氮染料也用于日常生活用品的着色剂,在与人体长期接触的过程中,可能发生还原反应,导致偶氮基团断裂,释放对人体有毒害的芳香胺化合物。因此,开发有效的偶氮苯间接检测方法至关重要。本文设计了一系列可能具有捕获金属离子能力的分子开关,计算偶氮苯衍生物与金属离子之间的结合能,通过密度泛函(DFT)计算不同含偶氮苯衍生物分子中偶氮基团还原的难易程度,通过和实验数据对比,进行相关性分析,探索偶氮苯的间接检测方法。主要研究内容如下:一、基于光驱动的偶氮苯类分子开关材料理论设计分子开关是指在光照、电场等外界条件刺激下,发生分子构象或者构型的转换的分子,是智能材料研究的一个重要方向。在此类开关材料中,有一类“剪刀分子”十分有趣,以偶氮苯结构单元作为“轴”,当发生光异构化时,取代基部分实现“开”和“关”的状态变化。我们通过引入不同的与金属离子配合的配体,设计一系列可能具有捕获金属离子的分子开关,通过密度泛函理论,计算偶氮苯分子开关结合金属离子的能力。二、偶氮苯衍生物分子还原为芳香胺的研究大多数情况下,偶氮染料本身不会对人体产生毒害,但是那些使用具有致癌性的芳香胺类中间体合成的偶氮染料,在与人体皮肤的长期接触中,可能发生还原反应产生致癌的芳香类化合物,增加致癌率。目前常见的检测方法是模拟人体环境,直接还原偶氮分子来检测芳香胺含量,如果可以通过理论计算,判断质谱检测定性出的偶氮结构是否会还原为有害芳香胺,开发出一个偶氮分子的间接检测方法,将具有实际应用价值。本文选取10种常见的禁用的偶氮苯衍生物,以含偶氮基分子的原子个数、还原反应自由能变化、偶氮单元氮氮双键键长、偶氮单元两个氮原子电荷的相对大小作为描述符,预测偶氮苯衍生物中偶氮基团还原的难易程度。通过与回收率、相对标准偏差、保留时间、最大吸收波长等实验数据进行对比,利用皮尔逊相关系数的方法,进行相关性分析,筛选重要的描述符,以便通过理论计算,预测偶氮苯衍生物分子还原为致癌的芳香胺的难易程度。