三氮杂苯-水氢键复合物的结构与性质

使用密度泛函理论B3LYP方法对三氮杂苯-水氢键复合物的基态结构与相互作用进行理论研究. 结果表明1,2,3-三氮杂苯-水, 1,2,4-三氮杂苯-水和1,3,5-三氮杂苯-水复合物基态分别具有Cs, Cs和C₁对称性和强的氢键相互作用, 经基组重叠误差和零点振动能校正后的相互作用能分别为–17.83, –17.38和–13.55 kJ/mol. 三氮杂苯-水复合物中, N∙∙∙H—O氢键的形成使水的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了三氮杂苯单体及其与水形成的氢键复合物的第一¹(n, π^*)激发态的垂直激发能.     

邻二氮杂苯-水复合物的氢键结构与性质

用密度泛函理论B3LYP方法和MP2方法对邻二氮杂苯-水复合物基态的氢键结构与相互作用能进行了理论计算,结果表明复合物之间存在较强的氢键N…H－O.在复合物中,水的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方法计算了邻二氮杂苯单体及复合物的低占据1(n,π*) 和1(π,π*) 态的垂直激发能,计算结果与实验值吻合较好.     

1,2,4-三氮杂苯-(H2O)n复合物氢键相互作用的密度泛函理论研究

用密度泛函理论方法在B3LYP/6-31++G**水平上对1,2,4-三氮杂苯-(H₂O)_n (n＝1, 2, 3)氢键复合物的基态进行了结构优化和能量计算, 结果表明复合物之间存在较强的氢键作用, 所有稳定复合物结构中形成一个N…H—O氢键并终止于弱O…H—C氢键的氢键水链的构型最稳定. 同时, 用含时密度泛函理论方法(TD-DFT)在TD-B3LYP/6-31++G**水平上计算了1,2,4-三氮杂苯单体及其氢键复合物的单重态第一¹(n, π^*)垂直激发能.     

1,2,4-三氮杂苯-(H2O)n复合物氢键相互作用的密度泛函理论研究

用密度泛函理论方法在B3LYP／6—31 G**水平上对1，2，4-三氮杂苯-(H2O)n(n=1，2，3)氢键复合物的基态进行了结构优化和能量计算，结果表明复合物之间存在较强的氢键作用，所有稳定复合物结构中形成一个N…H--O氢键并终止于弱O…H—C氢键的氢键水链的构型最稳定．同时，用含时密度泛函理论方法(TD—DPT)在TD—B3LYP／6—31 G**水平上计算了1,2，4-三氮杂苯单体及其氢键复合物的单重态第-1(n，π*)垂直激发能．     

s-四嗪-水簇复合物的理论研究

用量子化学B3LYP方法和6-31＋＋G**基函数研究了s-四嗪-水簇复合物基态分子间相互作用, 并进行了构型优化和频率计算, 分别得到无虚频稳定的s-四嗪-(水)₂复合物、s-四嗪-(水)₃复合物和s-四嗪-(水)₄复合物6个、9个和12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, 最稳定的1∶2, 1∶3和1∶4(摩尔比)复合物的结合能分别是41.35, 70.9和 94.61 kJ/mol. 振动分析显示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). 研究表明N…H键越短, N…H—O键角越接近直线, 稳定化能越大, 氢键作用越强. 同时, 用含时密度泛函理论方法在TD-B3LYP/6-31＋＋G**水平计算了s-四嗪单体及其氢键复合物的第一¹(n, p*)激发态的垂直激发能.     

4-羟甲基吡啶－水红移氢键的密度泛函理论研究

使用密度泛函理论B3LYP方法和6-311++G**基函数对4-羟甲基吡啶与水形成的1:1和1:2（摩尔比）氢键复合物进行了理论计算研究,分别得到稳定的4-羟甲基吡啶－H₂O和4-羟甲基吡啶－(H₂O)₂氢键复合物3个和8个。经基组重叠误差和零点振动能校正后,最稳定的1:1和1:2氢键复合物的相互作用能分别为-20.536和-44.246 kJ/mol。振动分析显示O-H···N(O)氢键的形成使复合物中O-H键对称伸缩振动频率红移(减小)。自然键轨道分析表明,4-羟甲基吡啶与水形成最稳定的1:1和1:2氢键复合物时,分子间电荷转移分别为0.02642 e 和0.03813 e 。含时密度泛函理论TD-B3LYP/ 6-311++G**计算显示,相对于4-羟甲基吡啶单体分子,氢键H-OH···N和H-OH···OH的形成分别使最大吸收光谱波长兰移8~16纳米和红移4~11纳米。     

取代基对1-甲基尿嘧啶与N-甲基乙酰胺氢键复合物中氢键强度的影响

使用密度泛函理论B3LYP方法和二阶微扰理论MP2方法对由1-甲基尿嘧啶与N-甲基乙酰胺所形成的氢键复合物中的氢键强度进行了理论研究, 探讨了不同取代基取代氢键受体分子1-甲基尿嘧啶中的氢原子对氢键强度的影响和氢键的协同性. 研究表明: 供电子取代基使N－H…O＝C氢键键长r(H…O)缩短, 氢键强度增强; 吸电子取代基使N－H…O＝C氢键键长r(H…O)伸长, 氢键强度减弱. 自然键轨道(NBO)分析表明: 供电子基团使参与形成氢键的氢原子的正电荷增加, 使氧原子的负电荷增加, 使质子供体和受体分子间的电荷转移量增多; 吸电子基团则相反. 供电子基团使N－H…O＝C氢键中氧原子的孤对电子轨道n(O)对N－H的反键轨道σ^*(N－H)的二阶相互作用稳定化能增强, 吸电子基团使这种二阶相互作用稳定化能减弱. 取代基对与其相近的N－H…O＝C氢键影响更大.     

N,N-二甲基乙酰胺与醇分子间相互作用的理论研究

采用密度泛函理论在B3LYP/6-311＋G*水平上对乙醇、丙醇、丁醇、戊醇与N,N-二甲基乙酰胺形成的1∶1氢键复合物进行计算研究. 结果表明: 醇与N,N-二甲基乙酰胺形成的复合物存在强的氢键, 表现为羰基氧原子的孤对电子与醇羟基反键σ轨道的相互作用. 振动分析显示, 分子间C＝O…H—O氢键的形成使C＝O和H—O伸缩振动频率明显红移. 溶剂对氢键产生较大的影响, 随着溶剂极性的增加, 复合物氢键有蓝移趋势.     

1,2,3-三氮杂苯-水簇复合物氢键结构与性质的理论研究

在B3LYP/6-31 G**水平上对1,2,3-三氮杂苯和水形成1∶1,1∶2和1∶3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。氢键的形成使水分子中H-O键振动频率减小(红移)。NBO分析表明,最稳定的1∶1,1∶2和1∶3复合物发生分子间电荷转移总量分别为0.0222e,0.0261e和0.0273e。     

肾上腺素与胞嘧啶相互作用的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论（DFT）B3LYP方法和6-311＋G（d,p）基组对肾上腺素-胞嘧啶复合物进行结构优化和频率计算,得到15种稳定的复合物.研究发现,所有的复合物进行基组重叠误差（BSSE）校正后的相互作用能为-11.43^-48.96kJ/mol,符合氢键能量范围,相互作用能主要由氢键所贡献.结构和振动频率分析显示,氢键的形成使相应O（N）—H键的键长变长,对称伸缩振动频率减小,说明复合物中形成的氢键都是正常的红移型氢键.应用自然键轨道（NBO）理论和分子中的原子（AIM）理论对15种复合物的氢键性质和特征进行分析,发现氢键对于复合物的稳定性起着重要作用,当复合物形成2个或更多的氢键时,氢键的数目、类型及强度共同决定着复合物的稳定性,复合物基本符合三氢键〉二氢键〉单氢键的稳定顺序,三氢键复合物4是最稳定的,复合物3存在单氢键O—H…O,比部分二氢键复合物要稳定.     

[Zn(AZT)4(H2O)2](PA)2∙4H2O和[Zn(AZT)2(H2O)4](HTNR)2∙4H2O (AZT = 3-叠氮-1,2,4-三唑, HPA = 苦味酸, H2TNR = 斯蒂芬酸)的合成、晶体结构、热分解及感度性能

以3-叠氮-1,2,4-三唑为配体，PA–（苦味酸根）或HTNR–（2,4,6-三硝基间苯二酚脱去一个羟基的质子后形成的离子）为外阴离子，制备得到了两种新的配合物：[Zn(AZT)4(H2O)2](PA)2∙4H2O和[Zn(AZT)2(H2O)4](HTNR)2∙4H2O。[Zn(AZT)4(H2O)2](PA)2∙ 4H2O的X射线晶体数据表明，中心Zn2+离子与来自4个AZT分子的N原子和2个H2O分子的O原子配位；而对于[Zn(AZT)2(H2O)4](HTNR)2∙4H2O来说，6个配位原子来自2个AZT分子的N原子和4个H2O分子的O原子。在两种配合物中，AZT配体分子的配位点都是三唑环上的4位N原子。H2O分子对于分子间氢键的形成起到了重要的作用，在分子间氢键的作用下形成了配合物的晶体结构。在[Zn(AZT)4(H2O)2](PA)2∙4H2O的晶体结构中，还存在错位面对面π-π堆积作用，它对于晶体结构的形成和稳定性也起到了重要作用。TG-DTG和DSC分析结果显示，[Zn(AZT)2(H2O)4](HTNR)2∙4H2O的热分解过程不如[Zn(AZT)4(H2O)2](PA)2∙4H2O剧烈，原因在于前者分子中含有较多配位水分子和较少AZT配体分子。感度测试结果表明，[Zn(AZT)4(H2O)2](PA)2∙4H2O有一定的火焰感度，而[Zn(AZT)2(H2O)4](HTNR)2∙4H2O却对热不敏感；两种化合物在撞击和摩擦作用下都表现钝感。     

2-羟基吡啶与水氢键作用的理论研究

本文采用量子化学的Hatree-Fock方法和密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在6-31G(d)水平上,研究了2-羟基吡啶分子(Hy)及其酮式互变异构体2(1H)-吡啶酮(Py)与水的相互作用。考察它们之间在形成Hy…H2O,Py…H2O,Hy…Hy,Py…Py和Hy…Py等复合物前后的能量变化和分子结构参数变化特点。计算结果表明,在这些复合物中都形成了较强的氢键作用,在水合物中,Py与水形成复合物时能量降低较多,与实验结果一致。经过零点振动能(ZPVE)和基组叠加误差(BSSE)校正后的复合物离解能分别为38.3,40.8,73.0,82.7和71.1 kJ/mol(B3LYP/6-31G(d)),水合物的离解能远小于二聚体复合物,而酮式结构的二聚体的离解能最大。     

环双(对-蒽基-对草快)的分子识别与谱学性质

环双(对-蒽基-对草快)是一种新型的缺电子大环仿生主体, 分子识别是其最重要的应用之一. 考察主体对一系列客体分子如水、氨、醇及杂环等的识别能力, 用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP/3-21G基组对主客体复合物的结构进行优化. 在B3LYP/6-31G(d)水平上进行单点能计算, 校正后得到复合物的结合能. 用B3LYP/3-21G方法计算13C和3He化学位移. 结果表明, 主体对客体分子的识别主要靠客体上的杂原子与主体上的氢原子之间的氢键进行. 复合物的稳定化能受氢键的数目和距离影响. 氢键的形成导致部分复合物LUMO与HOMO能隙增大, 同时导致与氢键相连的C—H键上C原子的化学位移向低场移动. 复合物的芳香性与其结合能的大小及结合方式有关. 主体的芳香性因其与客体之间的弱相互作用而提高, 但太强的相互作用及客体在主体空腔内都将影响主体的环电流, 从而削弱其芳香性.     

7-羟基喹啉-(H2O)n(n=1,2)复合物氢键相互作用的密度泛函理论研究

许多生理过程都通过分子间相互作用来实现。氢键则是最基本的化学作用力之一。具有碱性和酸性双官能团的芳香族化合物能与水作用形成氢键网络，对于实现生物体系的物质转移（质子转移、离子转移）起着十分重要的作用。在非水溶剂中，通过氢键发生质子转移反应动力学实验特征也己进行了广泛的研究。本文用密度泛函B3LYP方法在6-311G^＊基组水平上对7-羟基喹啉-水复合物相互作用进行了研究，从成键特征及氢键复合物的稳定关系方面进行了理论计算。     

吡咯-HCN体系在气相及溶液中相互作用的理论研究

用量子化学B3LYP方法在6-311G(d, p)水平上优化了吡咯-HCN氢键复合物，通过振动频率分析确定了两个吡咯-HCN体系稳定构型.为了得到更加精确的氢键作用能，采用相关一致基组aug-cc-pVDZ以及Boys 和Bernardi的CP(counterpoise)校正方法消除基组重叠误差后得到C－H…π和N－H…N型复合物的氢键相互作用能.为了确定B3LYP方法计算的相互作用能的可靠性，在MP2/aug-cc-pVDZ水平计算了复合物的氢键相互作用能，结果分别为－25.10和－19.30 kJ·mol－1.采用自然键轨道(NBO)分析考察了吡咯与HCN分子间轨道相互作用.以自洽场理论(SCRF)中的Onsager模型研究了不同极性溶剂对吡咯-氰化氢体系N－H…N型氢键几何构型，频率位移，电荷分布以及相对能量的影响.研究发现，当溶液的介电常数在1.5～30.0范围时，溶液作用十分显著，而当介电常数超过30.0以后，溶液作用已经达到了极限.     

密度泛函理论研究DMSO溶剂中邻-二(吡咯-2-甲酰胺基)亚苯与卤素阴离子间的超分子作用

采用混合密度泛函B3LYP方法, 在LANL2DZ水平上优化DMSO溶剂中邻-二(吡咯-2-甲酰胺基)亚苯(PFP)及其卤素阴离子复合物的几何构型, 从几何结构参数、电荷布居、前线轨道、结合能以及热力学参数等角度探讨复合物形成过程中主体分子的构象变化以及主客体间的超分子作用. 研究结果表明, 邻-二(吡咯-2-甲酰胺基)亚苯识别卤素阴离子是一个自发过程. 复合阴离子过程中, 两者的前线轨道发生作用, 电子容易从卤素阴离子的HOMO向主体分子的LUMO转移. 在所形成的四种复合物PFP:X^－(X^－＝F^－, Cl^－, Br^－, I^－)中, 以PFP:F^－最稳定, 与文献报道邻-二(吡咯-2-甲酰胺基)亚苯识别卤素阴离子能力的实验结果相一致. 设计合成含多个吡咯酰胺基团、并能形成合适“杯口”大小的主体化合物, 将增强对卤素阴离子的识别能力.     

呋喃-乙酸分子间相互作用的量子化学研究

用密度泛函理论B3LYP方法选取6-311＋＋G(d,p)基组对呋喃-乙酸复合物进行了量子化学计算研究, 通过在相同水平下的频率振动分析发现了该势能面上6个极小值点, 其最稳定构型对应一强O…H—O型氢键, 其结合能在消除基组重叠误差后为－20.87 kJ•mol^－1. 通过自然键轨道(NBO)分析, 研究了电荷转移及轨道相互作用. 通过自洽反应场(SCRF)理论中的Onsager 溶剂模型在介电常数分别为1.0, 2.247, 4.9, 7.58, 10.36, 20.7, 32.63, 38.2, 46.7, 78.39的不同溶剂环境下重新优化呋喃与乙酸势能面上最稳定构型A, 研究了溶剂对呋喃-乙酸复合物几何构型、电荷分布、偶极矩以及结合能的影响. 发现溶剂化作用增大了呋喃与乙酸分子间的结合能, 导致O…H距离减小, H—O振动频率红移. 当溶液介电常数在1.0～32.63范围时, 溶剂效应十分显著, 当介电常数大于32.63后, 溶剂化作用几乎达到了极限.     

氮杂杯[2]-间/对-芳烃[2]三嗪与RDX氢键作用理论研究

利用MP2和mPWPW91方法,在6-311G**和6-311++G**基组水平上研究了RDX分别与硝基、氨基和迭氮基取代的氮杂杯[2]-间-芳烃[2]三嗪和氮杂杯[2]-对-芳烃[2]三嗪形成的分子间氢键相互作用,并借助自然键轨道(NBO)和分子中的原子(AIM)理论揭示了氢键的本质.结果表明,氮杂杯[2]-间-芳烃[2]三嗪复合物中氢键主要发生在RDX与三嗪环及其取代基之间;氮杂杯[2]-对-芳烃[2]三嗪复合物中氢键主要发生在RDX与杯芳烃环及其取代基之间.分子间相互作用能在-18.82~-40.62kJ/mol之间;经基组叠加误差(BSSE)校正后,相互作用能顺序为e>f≈b>a>c>d和e′>b′>f′>a′>d′>c′.两类复合物中,氨基取代的复合物分子间氢键强于硝基或叠氮基复合物分子间氢键,氨基氮杂杯[2]-对-芳烃[2]三嗪与RDX形成的氢键最强,有望作为降低火炸药感度、进行火炸药废水处理的候选物.为获得稳定性较强的RDX-氨基氮杂杯芳烃超分子炸药,应该选取介电常数较大的溶剂.     

阳离子-π体系相互作用的理论研究——Ⅰ.铵离子-苯复合物构型及相互作用的密度泛函研究

运用密度泛函B3LYP/6 31G 方法对铵离子 苯复合物的 6种可能构型进行了计算研究 ,发现铵离子的 2个氢指向苯环且不具对称性的结构为能量优势结构 .根据计算得到的复合物结构特点 ,分子间作用方式及热力学参数 ,得出铵离子和苯之间的作用是氢键相互作用的结论 .     

CH3SH和CH3SLi分子间的锂键和氢键共存型相互作用

在CH₃SLi＋CH₃SH势能面上求得锂键和氢键共存型复合物的两种稳定构型. 频率分析表明, 与单体相比复合物中S(5)—Li(6)键伸缩振动频率发生红移, 而C(8)—H(10)键伸缩振动频率发生蓝移. 经B3LYP/6-311＋＋G**, MP2/6-311＋＋G**及MP2/AUG-CC-PVDZ水平计算的含基组重叠误差(BSSE)校正的复合物?中相互作用能分别为－58.99, －57.87和－62.89 kJ•mol^－1. 采用自然键轨道(NBO)理论, 分析了复合物中单体轨道间的电荷转移, 电子密度重排及其与相关键键长变化的本质等. 采用分子中的原子(AIM)理论分析了复合物中氢键和锂键的电子密度拓扑性质．在极化连续模型(PCM)下, 考察了溶剂化效应. 结果表明, 所考察的水、二甲亚砜、乙醇和乙醚等四种溶剂均使单体间的相互作用能增大, 且溶剂对复合物中的锂键结构及其振动频率具有显著的影响, 而对复合物中的氢键的振动频率影响不大.