气相中CrO2+和H2反应的理论研究

用密度泛函UB3LYP/6-311++G(3df, 3pdpd)//6-311G(2dd, p)方法计算研究了在二重态和四重态两个势能面上的气相反应：CrO₂⁺ + H₂→CrO⁺+ H₂O. 对影响反应机理和反应速率的势能面交叉进行了讨论, 并运用Hammond 假设和Yoshizawa 等的内禀反应坐标(IRC)单点垂直激发计算的方法找出了势能面交叉点(crossing point (CP)). 运用碎片分子轨道(fragment molecular orbital(FMO))理论, 对初始复合物2IM1和4IM1的轨道相关进行了分析, 解释了CrO₂⁺活化H—H σ键及H₂迁移的机理.     

N—O键解离焓的密度泛函理论研究

在高精度计算方法G3和G3B3的基础上,比较了密度泛函理论(DFT)十几种方法对N—O键解离焓(BDE)相对于实验值的计算精度,发现用B3P86方法计算15种化合物N—O键的BDE,均方根误差最小,仅为6.36kJ·mol-1,计算值与实验值的线性相关系数为0.991.在此基础上,用该方法分别计算了非芳香化合物及芳香化合物的N—O键BDE.通过自然键轨道分析,发现部分N—O键的BDE与N—O键的键长、原子电荷密度及键级之间存在定量关系.此外,在B3P86方法的基础上预测了几种典型的杂环芳香化合物N—O键BDE值.     

第一性原理研究MgZn2相的电子结构及磁性质

运用密度泛函理论的第一性原理计算分析了MgZn₂相的电子结构及相关磁性质。能带结构和态密度分析表明Zn4s和Zn4p轨道、Mg3s和Mg3p轨道分别发生sp态杂化,然后杂化态之间相互作用而形成Zn-Mg键;Mulliken布居分布计算显示:Zn₁-Mg(Zn₁是处于晶格边缘的Zn原子)和Zn₂-Mg(Zn₂是处于晶格内部的Zn原子)电子云重叠布居数接近0,电子密度分析显示Zn-Mg之间电子密度分布具有明显的定域性。结合上述结果与Zn、Mg原子的电负性差异,确定Zn-Mg键为极性共价键。分态密度(PDOS)分析显示,Zn₁-Mg键和Zn₂-Mg键的差异主要表现在Zn₂4s轨道在-10~-6 eV区域对成键的贡献度高于Zn₁4s轨道,而Zn₁4s轨道在2~5 eV区域对成键的贡献度高于Zn₂4s轨道。进一步对MgZn₂的积分自旋态密度和磁矩计算表明:MgZn₂磁性质表现为顺磁性,其磁性主要来源于Zn₁-Mg键中的2个自旋相同的未配对电子;MgZn₂的顺磁性特性将使Al-Zn-Mg-Cu(7xxx系)高强铝合金产生磁致塑性效应。     

CpRu(PPh3)2SSiiPr3与SCNR (R＝Ph, 1-Naphthyl)反应的结构、成键与机理的理论研究

应用密度泛函理论(DFT), 通过CpRu(PH₃)₂SSiⁱPr₃ (Cp＝环戊二烯负离子; ⁱPr＝异丙基)与SCNH模型化反应, 探讨了CpRu(PPh₃)₂SSiⁱPr₃ 与SCNR (R＝苯基, 萘基)的反应机理, 分析了反应所涉及的各相关化合物的结构与成键特征. 反应中首先失去一个膦配体, 生成一个中间体. 该中间体中, 硫原子采取sp²杂化, 硫原子剩余的一个p轨道与金属中心上的d轨道具有相同的对称性, 因而该p轨道上的孤电子对可与金属中心上的d轨道形成π键, 导致Cp环中心, Ru, S1, P和Si原子在同一平面内, 而不是S1, P和Si原子偏离该平面. 计算结果预测, S＝C双键中的p键打开, 生成含金属中心的四元环螯合物一步为反应的决速步骤. 空间位阻的减小、p共轭体系的生成以及螯合环的存在, 是导致该反应热力学有利的重要原因.     

苯在Au(100)表面化学吸附的周期性密度泛函理论研究

采用局域密度泛函理论(LDA)的VWN方法, 结合周期平板模型, 在DNP基组下, 研究了苯分子在Au(100)面的吸附情况. 构型优化的结果表明, 苯分子在穴位吸附活性最高, 吸附能为－184.8～－184.3 kJ•mol^-1, 苯环发生扭曲, C—C键明显拉长, 出现了介于苯和1,4-环己二烯之间的船状构型, 船头的2个C原子从sp²杂化重新进行sp³杂化. 苯分子在桥位和顶位的吸附活性较低, 吸附能分别为－156.7～－145.3 kJ•mol^-1、－116.5～－117.0 kJ•mol^-1, 苯分子构型有稍微的改变. 轨道分析的结果还表明, 吸附之后苯分子的轨道简并度降低, 苯分子的LUMO轨道和邻近Au原子的d_z²轨道叠加比较好, 两个对位的C原子以双σ形式连接到表面邻近的Au原子上.     

稀土钠钨青铜化合物NaxLayWO3结构与导电性的理论研究

使用密度泛函理论研究了稀土钠钨青铜化合物的结构和导电性质. 在实验晶体结构数据的基础上构建Na_xWO₃和Na_xLa_yWO₃的模型分子, 优化其几何结构, 并与实验值比较. 在此基础上计算了化合物的能带结构和电子能态密度. 通过这些研究探讨当La^3＋取代Na_xWO₃的中心Na^＋后对结构和导电性的影响. 计算结果表明La^3＋的取代并没有改变结构的空间对称性, 但却使晶格参数和体积略有增大; 取代使电子结构发生了变化, 在费米面附近, 能带相互交叠更加密集, 电子出现的几率增加, 从而增加了其导电性. 这可能是掺杂后La^3＋的4f和5d电子的贡献使电子轨道杂化作用增强, 电子云密度分布重排的结果.     

CH2＝CClF hν >•CH＝CClF＋H光解反应的理论研究

采用UHF, CIS和CASSCF方法, 在aug-cc-pvdz基组水平上对CH₂＝CClF  ^hν >•CH＝CClF＋H的光解反应通道及其后续反应作了研究. 计算表明: 分子吸收一个光子后, 在第一电子激发态(S₁)经过一个过渡态解离与Cl原子同侧的C—H键, 这与用CIS方法计算垂直激发得到的π→σ^*_C—H跃迁及其对Frank-Condon点的计算中分子的单占轨道和键电荷密度变化所预测的结果是一致的. 光解产物•CH＝CClF(基态)还可再发生反应, 经过渡态解离C—Cl键或是C—F键.     

第一性原理研究MgZn2相的电子结构及磁性质

运用密度泛函理论的第一性原理计算分析了MgZn₂相的电子结构及相关磁性质。能带结构和态密度分析表明Zn₄s和Zn₄p轨道、Mg₃s和Mg₃p轨道分别发生sp态杂化,然后杂化态之间相互作用而形成Zn-Mg键;Mulliken布居分布计算显示:Zn₁-Mg(Zn₁是处于晶格边缘的Zn原子)和Zn₂-Mg(Zn₂是处于晶格内部的Zn原子)电子云重叠布居数接近0,电子密度分析显示Zn-Mg之间电子密度分布具有明显的定域性。结合上述结果与Zn、Mg原子的电负性差异,确定Zn-Mg键为极性共价键。分态密度(PDOS)分析显示,Zn₁-Mg键和Zn₂-Mg键的差异主要表现在Zn₂4s轨道在-10~-6eV区域对成键的贡献度高于Zn₁4s轨道,而Zn₁4s轨道在2~5eV区域对成键的贡献度高于Zn₂4s轨道。进一步对MgZn₂的积分自旋态密度和磁矩计算表明:MgZn₂磁性质表现为顺磁性,其磁性主要来源于Zn₁-Mg键中的2个自旋相同的未配对电子;MgZn₂的顺磁性特性将使Al-Zn-Mg-Cu(7×××系)高强铝合金产生磁致塑性效应。     

价电子能级连接性指数及其应用

价电子能级连接性指数( ^fE)被定义为： ^fE=Σ(m_i·m_j…)^-0.5,m为价电子能级值。其中0、1阶指数公式分别为： ⁰E=Σ(m_i)^-0.5、 ¹E=Σ(m_i·m_j)^-0.5。 ⁰E、 ¹E与化合物的总键能(ΔE)、晶格能(U)、标准生成焓(Δ_fH^?_m)以及非金属氢化物的pKa呈现高度相关性。它们的线性回归方程为：ΔE=-48.0095+1402.9463¹E,r=0.9474, U=-328.0770+1541.9351 ¹E, r=0.9801,-Δ_fH^?_m=-266.9299+1324.6461 ¹E, r=0.9509, pKa=-20.9723+28.1756 ¹E, r=0.98884, pKa=-14.6102-7.835 ⁰E+40.6461 ¹E, R=0.9933。m、^fE具有物理意义明确、计算方法简单等优点,而且预测结果令人满意。     

三核金配合物分子间Au-Au相互作用及其发光性质的含时密度泛函理论研究

使用混合密度泛函方法(MPW1PW91交换相关势), 对Au₃(HOC＝NH)₃分子进行了几何构型全优化, 在此基础上构建了Au₃(HOC＝NH)₃二聚体和三聚体模型, 采用含时密度泛函方法研究了单体和低聚体模型的分子间Au-Au相互作用与其发光性质的关系. 计算结果表明: 此d¹⁰亚金化合物低能激发态的主要成分是反键或非键的Au(5d)电子轨道到前线附近Au(6p)空轨道的跃迁, 并且这种激发大大加强了分子间Au-Au相互作用, 从而形成激发多聚体, 导致这类化合物溶液或固体发射谱红移.     

分子间的非共价相互作用：σ-穴键和π-穴键

第四到第七主族元素以及惰性气体元素可以作为电子受体位点形成分子间吸引性的非共价键合作用。这些电子受体位点,即缺电子密度的位点,大多情况下具有正的分子表面静电势,可以将其分为2类。沿着σ共价键键轴延伸方向原子的外围中心具有正的分子表面静电势的区域称之为σ-穴。而垂直于分子σ-骨架平面具有正的分子表面静电势区域称之为π-穴。σ-穴和π-穴与富电性位点之间吸引性的相互作用分别称之为σ-穴键和π-穴键。σ-穴键倾向于180°,而π-穴键倾向于90°。按照元素周期表族的名称,σ-穴键又分为碳素键、氮素键、氧素键、卤键、惰素键等。可见流行的卤键只是σ-穴键的一个子集。π-穴键分类显得复杂些,可简单分为单原子和多原子π-穴键。     

Comparison of the Ability of N-Bases to Engage in Noncovalent Bonds

The lone pair of the N atom is a common electron donor in noncovalent bonds. Quantum calculations examine how various aspects of the base on which the N is located affect the strength and other properties of complexes formed with Lewis acids FH, FBr, F₂Se, and F₃As that respectively encompass hydrogen, halogen, chalcogen, and pnicogen bonds. In most cases the halogen bond is the strongest, followed in order by chalcogen, hydrogen, and pnicogen. The noncovalent bond strength increases in the sp<sp²<sp³ order of hybridization of N. Replacement of H substituents on the base by a methyl group or substituting N by C atom to which the base N is attached, strengthens the bond. The strongest bonds occur for trimethylamine and the weakest for N₂.     

金属有机化合物中金属-配体键能的研究进展

介绍了金属有机物质热力学研究的进展,概述了过渡金属-配体键能的基本概念、估测方式、实验和理论研究方法.收集了已测得的第三副族到第八族所有中性金属有机络合物金属-配体σ-单键绝对键焓的实验值.对第三副族及锕系元素,收集了钪-氢、钪-碳、钍-氢、钍-碳、钍-氮、钍-氧、钍-硫、钍-氯、铀-氢、铀-碳、铀-硅、铀-氧、铀-氯、铀-溴、铀-碘、钐-氢、钐-碳、钐-硅、钐-氮、钐-磷、钐-氧、钐-硫、钐-氯、钐-溴和钐-碘键的键焓.对第四副族元素,收集了钛-碳、锆-氢、锆-碳、锆-硅、锆-氮、锆-氧、锆-氯、锆-碘、铪-氢、铪-碳键的键焓.对第五副族元素,收集了钒-氢、钽-碳键的键焓.对第六副族元素,收集了铬-氢、铬-碳、铬-硅、铬-氮、铬-氙、钼-氢、钼-碳、钼-硅、钼-氮、钼-磷、钼-氯、钼-溴、钼-碘、钼-氙、钨-氢、钨-碳、钨-硅、钨-氮、钨-氩、钨-氪、钨-氙键的键焓.对第七副族元素,收集了锰-氢、锰-碳、锰-硅、锰-氧、锰-硫、锰-氯、锰-溴、锰-碘、锝-氯、锝-溴、锝-碘、铼-氢、铼-碳、铼-氯、铼-溴、铼-碘键的键焓.对第八族元素,收集了铁-氢、铁-碳、铁-氮、铁-氩、铁-氪、铁-氙、钌-氢、钌-碳、钌-磷、锇-氢、锇-碳、钴-氢、钴-碳、铑-氢、铑-碳、铱-氢、铱-碳、铱-氯、铱-溴、铱-碘、镍-碳、镍-硫、钯-碳、铂-氢、铂-碳键的键焓.但未包括平均键焓值.此外,还收集了铁-氢、铁-碳、铁-氮、铁-磷、铁-羰基、铁-亚硝基、铁-氧分子、铁-硼、铁-铝、铁-镓、铁-铟、铁-铊键的理论计算值以及金属有机片断和离子的键焓.     

19F NMR study of the polarization direction and polarity of tin-hydrogen and tin-transition metal bonds in tris(4-fluorophenyl)stannane and its organometallic derivatives

A series of (4-FC₆H₄)₃SnML _n compounds containing tin-transition metal bonds were synthesized. Based on¹⁹F NMR data for these compounds, (4-FC₆H₄)₃SnSn(C₆H₄F-4)₃, and (4-FC₆H₄)₃SnH, conclusions were drawn concerning the polarization direction and relative polarity of the tin-hydrogen and tin-metal bonds in the above compounds and in the hydrides L _n MH and R₃SnH. It was found that, in the general case, the group electronegativities of the L _n M groups do not vary similarly to the electronegativities of the central metal atoms.Translated fromIzvestiya Akademii Nauk. Seriya Khimicheskaya, No. 11, pp. 1933–1937, November, 1994.     

Disentanglement of orthogonal hydrogen and halogen bonds via natural orbital for chemical valence: A charge displacement analysis

As known, the electron density of covalently bound halogen atoms is anisotropically distributed, making them potentially able to establish many weak interactions, acting at the same time as halogen bond donors and hydrogen bond acceptors. Indeed, there are many examples in which the halogen and hydrogen bond coexist in the same structure and, if a correct bond analysis is required, their separation is mandatory. Here, the advantages and limitations of coupling the charge displacement analysis with natural orbital for chemical valence method (NOCV-CD) to separately analyze orthogonal weak interactions are shown, for both symmetric and asymmetric adducts. The methodology gives optimal results with intermolecular adducts but, in the presence of an organometallic complex, also intramolecular interactions can be correctly analyzed. Beyond the methodological aspects, it is shown that correctly separate and quantify the interactions can give interesting chemical insights about the systems.     

原子间的另一种作用力——氢键

从氢键定义的延伸、键能大小及其共价性质的表现，认为氢键内容的发展已经可以将之称为"原子间的另一种作用力"。在此基础上，尝试推动氢键教学内容的改革，这样不但可以丰富基础无机化学中"氢键"的内容，而且可以有效增进学生从基础课教学提高科学研究的意识。     

Noncovalent Bonds through Sigma and Pi-Hole Located on the Same Molecule. Guiding Principles and Comparisons

Over the last years, scientific interest in noncovalent interactions based on the presence of electron-depleted regions called σ-holes or π-holes has markedly accelerated. Their high directionality and strength, comparable to hydrogen bonds, has been documented in many fields of modern chemistry. The current review gathers and digests recent results concerning these bonds, with a focus on those systems where both σ and π-holes are present on the same molecule. The underlying principles guiding the bonding in both sorts of interactions are discussed, and the trends that emerge from recent work offer a guide as to how one might design systems that allow multiple noncovalent bonds to occur simultaneously, or that prefer one bond type over another.     

多重键的研究进展

多重键是化学键的一个基本概念。元素周期表中的主族元素最多能形成三重键,主族元素轻原子如C、N和O等能形成稳定的二重键和三重键,而主族元素重原子由于Pauli排斥作用很难形成多重键。后来合成了含有p区重元素同原子或杂原子双键化合物。p区重主族元素形成三重键更加困难,因为其活性太高。最近合成、分离和表征了一个稳定的含有Si≡Si三重键的二硅炔化合物。对过渡金属-过渡金属的相互作用实验和理论研究发现了四重键、五重键甚至是六重键,主要是因为d轨道和f轨道参加了成键。锕系元素同原子间最高能形成六重键。     

Cocrystal Assembled by 1,2-Diiodotetrafluorobenzene and Acridine via C-I…N Halogen Bond and Tr-hole…F Bonds

The concepts on o-hole and ~-hole bonds are suggested. A cocrystal with repeated 8-F-atom unit as basic struc- tural motif is assembled based on bifurcated C-I…N…I-C halogen/σ-hole bond and antiparallel double π-hole… F bonds by 1,2-diiodotetrafluorobenzene and acridine and characterized well by XRD, powder XRD and solid 19F NMR, etc. Also the calculated interaction energies are -26.8 and -31.5 kJ/mol for bifurcated C-I…N sp……2 halogen bonds, and -14.3 kJ/mol for a pair of n-hole…F bonds. In this system C-I…N halogen bond has stronger competitive ability to C-I…π halogen bond due to stronger basicity of N than π-system in acridine. The combination of the halogen/σ-hole and π-hole bonds or together with other weak interactions could play a key role in assembling function materials, molecular recognition and design of drugs and so on.