C4H6O,C4H6S与HX(X= F,Cl,Br)分子间氢键的理论研究

运用MP2/aug-cc-pVDZ对C4H6O,C4H6S与HX(X=F,Cl,Br)之间的氢键作用进行了理论研究,发现2,5-二氢呋喃、2,5-二氢噻吩与HX之间不仅存在n…HX型氢键,C-C双键与卤化氢分子亦可形成π型氢键.氢键键能△E、氢键键鞍点处的电子密度ρ(rc)以及从电子给体到受体之间的电子转移数△q(HX)均表明,n型氢键比π型氢键更容易形成,与实验结果一致；C4H 6O…HX(n),C4H6S… HX(n) (X= Cl,Br)中的氢键作用介于离子键和共价键之间；而对于其他氢键复合物,电子供体和受体之间的作用为闭壳层相互作用,即静电作用.形成氢键后,电子从C4H6O,C4H6S转移到HX使卤化氢分子的积分性质发生了变化,氢原子能量增加,偶极矩减小,体积减小.     

第一主族阳离子-苯复合物相互作用的理论研究

运用从头算MP2和密度泛函B3LYP方法,在6-311＋＋G^＊＊基组水平上对第一主族阳离子-苯复合体系的构型进行了自由优化,并定义阳离子位于苯环正上方。频率计算表明为合理构型,复合物的键长、原子电荷、分子轨道成份、前沿轨道能等表明,碱金属阳离子与苯的作用包含p-π和s-π作用方式,阳离子与苯结合时电子从苯向阳离子转移,形成电荷转移复合物,与氢键的结合方式相似。M^＋…benzene and benzene…M^＋…benzene复合物的红外光谱特征频率分别位于120～740cm^-1和140-890cm^-1,为阳离子垂直于环平面上作来回振动,其红外光谱振动频率随Li、Na、K向长波方向红移,并红外强度随Li、Na、K降低。     

三氮杂苯-（水）3簇氢键结构性质

使用密度泛函理论B3LYP方法研究了三氮杂苯-(水)3簇氢键结构与性质.进行构型优化和频率计算,分别得到稳定的1,2,3-三氮杂苯-(水)3簇、1,2,4-三氮杂苯-(水)3簇和1,3,5-三氮杂苯-(水)3簇复合物6个、8个和7个,复合物存在强的氢键作用,稳定复合物结构中形成起于N…H─O氢键终止于O…H―C氢键的水链氢键网结构最稳定.经基组重叠误差和零点振动能校正后,最稳定的1,2,3-三氮杂苯-(水)3簇,1,2,4-三氮杂苯-(水)3簇和1,3,5-三氮杂苯-(水)3簇复合物的相互作用能分别为-79.33,-76.38和-67.79 kJ/mol.三氮杂苯-(水)3簇复合物中,N…H─O氢键的形成使水中H─O对称伸缩振动频率明显红移.同时使用含时密度泛函理论研究水对三氮杂苯单体分子第一1(n,π*)激发态垂直激发能的影响.     

1,2,3-三氮杂苯-水低占据(π,π*)激发态氢键结构的CASSCF理论研究

用CASSCF方法,6-31G和6-31 G基函数分别对1,2,3-三氮杂苯和水形成1∶1复合物的基态与低占据1(π,π~*)激发态氢键结构进行几何优化和性质计算,结果表明复合物低占据1(π,π~*)激发态氢键结构类似基态氢键结构,水对单体低占据1(π,π~*)激发态的激发能无影响,计算结果不受基函数的影响.     

含P_3H_3的π-hole磷键作用及取代效应的理论研究

采用量子化学计算方法,在MP2/aug-cc-pVDZ理论水平上对P_3H_3…NCX(X=H,F,Cl,Br,CN,CF_3,OH,CH_3,NH_2,OCH_3)π-hole磷键作用的性质以及取代基的影响进行了理论研究,分析了复合物的稳定结构、相互作用的强度、电子给体和电子受体间的轨道作用及电子密度拓扑性质等.研究表明,P_3H_3与NCX间的π-hole磷键作用为闭壳层非共价相互作用;色散和静电作用占主导地位,极化作用较小.NCX中不同取代基对氮原子上的静电势产生较大影响,进而改变了π-hole磷键作用的强度;较强的吸电子基(CN,CF_3,F)减弱了π-hole磷键作用强度,给电子基(OH,CH_3,OCH_3,NH_2)增加了相互作用的强度.复合物P_3H_3…NCOH中由于存在很强的LP(P)→BD*(O—H)的轨道作用,分子间相互作用强度明显增加.     

无机苯二聚体(B3 N3 H6)2几何结构和结合能的MP2理论研究

采用从头算研究了无机苯二聚体(B3N3H6)2的几何结构和结合能.在MP2/6-311++G**电子相关水平上对(B3N3H6)2可能存在的π…π复合物、N(B)—H…π复合物及二氢键复合物进行了全自由度能量梯度优化.在优化构型基础上采用MP2/aug-cc-pVDZ方法计算了复合物的结合能,结果表明总能量的极小结构是B、N原子交错相对的平行堆积D3d构型,最不稳定的是B、N原子正对的平行堆积D3h构型.     

硬软酸碱原理及其应用

在1932年,Lewis提出了酸碱的电子理论。按照Lewis理论,在广义酸碱反应中,一种物质(离子、分子或原子团)通过施送电子对给另一种物质而生成共价配(位)键。施送电子对的物质是碱,接受电子对的物质是酸。Lewis酸碱理论的特点是着眼于电子在酸碱反应中的作用,抓住了化学反应的实质,因此有助于用现代电子理论把化学事实统一起来。     

硅有机化合物Ⅳ 含硅苯甲酸的离解常数

当硅原子和碳-碳双键或苯环连接时,硅原子不仅有+I诱导效应,还表现出-T的d_π-p_π共轭效应,这两种效应方向相反。但总的效应是吸电子或推电子则随溶剂的介电常数而有改变,例如对(三甲硅基)苯甲酸在水溶液中的离解常数比苯甲酸小,在醇溶液中比苯甲酸大。     

氯代乙炔HCCCl与卤代乙炔HCCR(R=Cl,Br)分子间相互作用的理论研究

在MP2/6-311++G(d,p)水平上,对氯代乙炔HCCCl与卤代乙炔HCCR(R=Cl,Br)分子间所有可能存在的复合物进行了全自由度能量梯度优化,通过相同水平上的频率验证分析发现了3类稳定的分子间相互作用模式:卤键型(I)、π-卤键型(II)和π-氢键型(III).其中,π-氢键是最强的分子间相互作用模式.SAPT(Symmetry Adapted Perturbation Theory)能量分解结果表明:在构型I复合物的分子间的相互作用中,色散能占主导地位;在构型II复合物中,诱导作用是最重要的吸引作用;而在构型III复合物中,静电能和色散能大小相当,两者一起决定了复合物相互作用能的大小.     

二氮杂苯与水分子复合物的DFT研究

在B3LYP/6-31++G**理论水平研究了二氮杂苯-(水)2簇复合物基态氢键相互作用.进行构型优化和频率计算分别得到无虚频稳定的邻二氮杂苯-(水)2复合物、间二氮杂苯-(水)2复合物和对二氮杂苯-(水)2复合物6个、6个和3个,复合物存在较强的氢键作用,复合物结构中形成一个N...H-O氢键并终止于O...H-C氢键的氢键水链构型最稳定.经基组重叠误差和零点振动能校正后,最稳定复合物的相互作用能分别是-50.8,-43.4和-40.9 kJ/mol.振动分析显示N...H-O氢键的形成使复合物中水分子H-O键对称伸缩振动频率减小(红移).     

邻-三氮杂苯-水复合物基态与最低激发态氢键结构

用密度泛函理论方法B3LYP和从头算方法MP2分别对邻-三氮杂苯和水形成1：1复合物的基态氢键结构进行几何优化和性质计算,结果表明复合物之间存在较强的氢键作用.在CASSCF（12,9）/6-31G^＊＊水平上对邻-三氮杂苯-水1：1复合物最低单重（n,π＊）激发态氢键结构的计算显示在对称氮原子N1（或N3）上形成了一个单氢键.     

几种噻唑杂环偶氮类化合物的可见吸收光谱

利用密度泛函中使用Lee-Yang-Parr相关泛函的Becke三参数混合泛函(B3LYP)方法,在6-311G*基组水平下对5种噻唑杂环偶氮类化合物进行构型优化,然后用TD-DFT方法和ZINDO/S方法分别计算它们的可见吸收光谱,其结果均与实验值比较吻合;对比发现,对于最大吸收波长的计算,通过调节π-π重叠加权因子(OWFπ-π),ZINDO/S法能以较快的速度得到较好的结果;在用ZINDO/S计算的过程中,经过回归分析发现OWFπ-π与噻唑环上硫原子电荷值ZS有较好的线性关系,这一关系不仅可从量子化学的角度进行解释,而且可用于同类化合物可见吸收光谱的预测.分子轨道研究表明,这些化合物的最高可见吸收波长主要对应着共轭体系中供电子体到受电子体的电子跃迁.     

吡啶基三唑钴(Ⅲ)配合物的合成、晶体结构、热稳定性及其热催化性能研究

以3-(2-吡啶基)-5-(4-吡啶基)-1-H-1,2,4-三唑(2,4′-Hbpt)和均苯三酸(H_3btc)为共配体,在水热条件下合成了一例金属钴(III)配合物:[Co(2,4′-bpt)_3]·H_3btc(A),通过单晶X射线衍射、元素分析、红外光谱和热重分析对其组成、结构和热稳定性进行了表征.结果表明,化合物A属于正交晶系,Pbca空间群,三个2,4′-Hbpt配体失去质子后以耦合配位模式与钴(III)离子结合形成单核结构单元,游离的均苯三酸以π…π堆积和氢键作用将单核单元连接起来,形成了化合物的三维超分子结构.DSC量热分析表明,配合物A作为添加剂对高氯酸铵(AP)的热分解行为显示出良好的催化作用.     

C-H---π相互作用本质的理论研究

在MP2/6-311G(d,p)水平上,对甲烷与甲苯、苯甲醚、苯硫酚、苯胺和N,N-二甲基苯胺等给电子取代苯之间以及甲烷与氟苯、氯苯、溴苯、碘苯、三氟甲基苯、苯甲酸乙酯、苯甲基甲酮和三氯甲基苯等吸电子取代苯之间可能存在的几何构型进行了全自由度能量梯度优化,采用SAPT对所得到的所有稳定构型的相互作用能进行了能量分解研究。结果表明,复合物的相互作用能随苯环上取代基团的给电子能力的增强(或吸电子能力的增强)而有不同程度的增大,色散作用在此类相互作用中占主导地位。     

根据量子化学从头计算的结果探讨苯的芳香性的本质

用LEMAO-3G作为基函数集合,优选出苯分子的最佳调节因子组:ζ_(H1s)=1.26,ζ_(c1s)=1.0039,ζ_(c2σ)=1.1043,ζ(c2π)=1.00761.用此调节因子组计算得苯分子的总能量为-229.167274Hartrees,维里系数为1.00000.可较满意地符合量子力学基本原理的要求.所得各价轨道的能量与光电子能谱的实验数据基本相符,与Fischer Hjalmars和P.Siegbahn的很接近于Hartree-Fock极限的计算结果也颇为一致.但我们所用的基函数集合与他们所用的完全不同,而且简单得多.计算所得原子化能所占实验值的比例比由单纯“离域”观点计算的改进约17.6%.分析这些计算结果可得结论:苯分子的“芳香稳定性”的原因,不仅在于其环形共轭体系中诸轨道的“离域”效应,与之相对立而又与之紧密联系着的诸轨道的“收缩”或“定域”效应也起有十分重大的作用.并且σ-轨道的“离域”与“定域”在其中起有比π-轨道更为重要的作用当σ-轨道因“动能压力”的减小而发生程度很大的“收缩”(调节因子由1增大为1.1043)时,π轨道仅发生程度很小的“收缩”(调节因子由1仅增大为1.00761)而表现与σ-轨道相比较为弥散的状态.这一方面使得π-电子保留有较大的总能量,成为除π-轨道的“离域”效应外使π-电子具有较大的流动性因而能够很好地传递电子效应的另一个重要原因;另一方面,这却使得σ-电子的总能量降低得更多,因而使苯分子整体表现有较大的稳定性.我们认为这就是苯分子从总体看来较为稳定,但其π-电子却有较大的流动性的主要原因之所在.     

线性多烯类分子—角黄素的理论与实验光谱研究

本文应用显微共聚焦拉曼光谱和紫外-可见光谱研究线性多烯类分子角黄素的微观结构,并结合量子化学的密度泛函方法 B3LYP优化其几何构型和计算其光谱频率.实验与理论结果表明:角黄素分子是以碳碳单双键交替的共轭分子,紫外-可见吸收光谱带比一般π→π跃迁红移,具有很强的π电子离域能力,其拉曼光谱的碳碳单双键的和频和倍频的拉曼光谱强度可达到基频峰强的30%.     

分子内弱相互作用对共轭性的影响

以[2,2]对环蕃、三蝶烯、9,9’-螺二芴为连接单元,通过Buchwald-Hartwig/Suzuki偶联反应,连接富电子二苯氨基/缺电子萘酰亚胺片段,合成了化合物1～6和化合物7～12。在化合物1～6和7～12中,两个富电子中心或两个缺电子中心通过本共轭、交叉共轭、π-π堆积以及直接π-共轭方式连接。光物理和电化学测试表明,中性状态下基态共轭性以直接π-共轭最好,本共轭、交叉共轭次之,π-π堆积最差;在正离子自由基状态下共轭性以直接π-共轭最好,本共轭、交叉共轭次之且相近;负离子状态下共轭性则由于缺电子中心和连接单元之间的π-共轭作用被π-平面之间的扭转角削弱,化合物7～12中的连接方式都未能体现出差异。     

几种氨基嘧啶类化合物吸收波长的预测研究

对几种氨基嘧啶类化合物利用密度泛函的B3LYP/6-311G*进行构型优化,然后用TD-DFT方法和ZINDO/S方法分别计算了它们的最高吸收波长,结果与实验值较好吻合.研究发现,对于最高吸收波长的计算,通过调节OWFπ-π(π-π重叠加权因子),ZINDO/S法能以较快的速度得到较好的结果.在用ZINDO/S计算的过程中,回归分析发现OWFπ-π与苯环和嘧啶环间夹角α有较好的线性关系,这一关系不仅可从量子化学的角度进行解释,而且可用于同类化合物可见吸收波长的预测.分子轨道的研究表明,这些化合物的最高可见吸收主要对应着共轭体系中给电子体到受电子体的电子跃迁.     

红外光谱法研究腐植酸与苯磺隆的相互作用

本文利用红外光谱法研究了人工氧化再生水溶性煤基酸(W—WSCA)和原生水溶性煤基酸(J—WSCA)对磺酰脲类除草剂-苯磺隆的相互作用。研究指出，煤基酸与农药之间的作用非常复杂，初步认为，二者之间存在分子间氢键、电子转移和离子键。     

2-(2-羟苯基)苯并咪唑-碱(土)金属离子π复合物的电子结构及其分子内质子转移的理论研究

对碱(土)金属离子(Li+,Na+,K+,Be2+,Mg2+和Ca2+)与2-(2-羟苯基)苯并咪唑(HBI)所形成阳离子-π复合物进行密度泛函B3LYP/6-311++G(d,p)水平的理论研究.结果显示其有强阳离子-π作用.并分析了复合物分子内氢键临界点的性质,相对能量和核磁计算结果显示碱(土)金属离子和溶剂化作用能增加或降低HBI分子内质子转移过程的能垒,可反转优势构型.