阳离子－π体系相互作用的理论研究 3: 碱金属阳离子－苯 复合物体系的量子 化学研究

运用abinitioHartree-Fock从头算,微扰MP2和密度泛函B3LYP方法在不同的基组水平上对碱金属阳离子－苯复合物体系的可能构型进行了自由优化,得到了复合物的能量最低构型为碱金属阳离子位于苯环平面的正上方,频率计算结果表明该结构为稳定结构.复合物的键长、原子净电荷、分子轨道、前沿轨道能量、Mullicken键级等都表明,碱金属阳离子和苯环碳原子之间的作用包含p-π作用方式,碱金属阳离子与苯结合时电子从苯环向碱金属阳离子转移,形成电荷转移复合物.它们之间的结合方式和氢键的结合方式相似,但计算得到的热力学参数表明复合物中碱金属阳离子与苯之间的结合强度远远大于典型的氢键,尤其是锂离子－苯复合物的生成焓已和普通的化学键相当.复合物的红外特征振动频率位于200^-^1附近,对应于碱金属阳离子垂直于苯环平面的来回振动,同时形成复合物后,原来位于3200cm^-^1的苯的C--H振动红外活性消失。     

阳离子-π体系相互作用的理论研究Ⅲ.碱金属阳离子-苯复合物体系的量子化学研究

运用ab initio Hartree-Fock从头算,微扰MP2和密度泛函B3LYP方法在不同的基组水平上对碱金属阳离子-苯复合物体系的可能构型进行了自由优化,得到了复合物的能量最低构型为碱金属阳离子位于苯环平面的正上方,频率计算结果表明该结构为稳定结构.复合物的键长、原子净电荷、分子轨道系数、前沿轨道能量、Mullicken键级等都表明,碱金属阳离子和苯环碳原子之间的作用包含p-π作用方式,碱金属阳离子与苯结合时电子从苯环向碱金属阳离子转移,形成电荷转移复合物.它们之间的结合方式和氢键的结合方式相似,但计算得到的热力学参数表明复合物中碱金属阳离子与苯之间的结合强度远远大于典型的氢键,尤其是锂离子-苯复合物的生成焓已和普通的化学键相当.复合物的红外特征振动频率位于200cm-1附近,对应于碱金属阳离子垂直于苯环平面的来回振动,同时形成复合物后,原来位于3200cm-1的苯的C-H振动红外活性消失.     

阳离子－π体系相互作用的理论研究 2: 铵离子－二苯复 合物体系的密度泛函 研究

运用密度泛函B3LYP/6-31G^*方法对离子-二苯复合物体系的可能构型进行了结构优化,得到了复合物的能量低构型为:铵离子位于两个苯环平面之间分别以两个氢原子和苯环作用,频率计算结果表明该构型为稳定结.复全物的键长、原子净电荷、分子轨道系数、前沿轨道能量、Mullicken键级等都表明,铵氢原子和与之接近的苯环碳原子之间通过s-π相互作用而实现铵与两个苯环的结合,结合时电子从苯环向铵转移复合物.它们之间的结合方式和铵离子－苯复合物及典型键的结合方式相似,计算得到的热力学参数证明了这一点.复合物的红外特征振动频率位于230cm^-^1附近,振动方式为铵平行于苯平面来回振动。     

阳离子－π体系相互作用的理论研究 2: 铵离子－二苯复 合物体系的密度泛函 研究

运用密度泛函B3LYP/6-31G^*方法对离子-二苯复合物体系的可能构型进行了结构优化,得到了复合物的能量低构型为:铵离子位于两个苯环平面之间分别以两个氢原子和苯环作用,频率计算结果表明该构型为稳定结.复全物的键长、原子净电荷、分子轨道系数、前沿轨道能量、Mullicken键级等都表明，铵氢原子和与之接近的苯环碳原子之间通过s-π相互作用而实现铵与两个苯环的结合,结合时电子从苯环向铵转移复合物.它们之间的结合方式和铵离子－苯复合物及典型键的结合方式相似,计算得到的热力学参数证明了这一点.复合物的红外特征振动频率位于230cm^-^1附近,振动方式为铵平行于苯平面来回振动。     

阳离子-π体系相互作用的理论研究Ⅱ.铵离子-二苯复合物体系的密度泛函研究

运用密度泛函B3LYP/6-31G*方法对铵离子-二苯复合物体系的可能构型进行了结构优化,得到了复合物的能量最低构型为:铵离子位于两个苯环平面之间分别以两个氢原子和苯环作用,频率计算结果表明该构型为稳定结构.复合物的键长、原子净电荷、分子轨道系数、前沿轨道能量、Mullicken键级等都表明,铵氢原子和与之接近的苯环碳原子之间通过s-π相互作用而实现铵与两个苯环的结合,结合时电子从苯环向铵转移,形成电荷转移复合物.它们之间的结合方式和铵离子-苯复合物及典型氢键的结合方式相似,计算得到的热力学参数证明了这一点.复合物的红外特征振动频率位于230em-1附近,振动方式为铵平行于苯环平面来回振动.     

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 .     

尿嘧啶-BH3复合物构型与性质的MP2理论研究

用MP2方法在6—31G基组水平对尿嘧啶-BH3复合物进行了理论计算，以预测该复合物的构型及稳定化能，得到了5种构型，对各构型进行了振动频率分析和自然键轨道分析．结果表明，B与O直接结合的构型比较稳定，其稳定化能分别为95．5和93．4kJ／mol．各种构型都存在不同程度的电荷转移，转移方式和转移量与结合方式有关．复合物的形成使红外光谱中的N-H键，B-H键和C-O键的伸缩振动频率均有所降低．     

三聚氰胺和环三酮氢键复合物的理论研究

用AM1和PM3方法对三聚氰胺和环三酮衍生物的超分子复合物进行理论研究, 得到稳定化能和相对生成焓; 在AM1优化构型的基础上, 分别用INDO/SCI和AM1方法计算复合物的电子光谱和红外光谱. 结果表明, 两个单体通过氢键形成多聚体, 导致体系能量降低, 单体的电性和位阻差异能改变体系的稳定化能. LUMO-HOMO能隙的减小使电子光谱吸收峰发生红移, 氢键的形成削弱了单体原来的N-H键, 使红外振动频率变小.     

1-乙基-3-甲基咪唑阳离子与天冬酰胺阴离子的相互作用

利用密度泛函理论B3LYP方法, 在6-311+G(d,p)水平上, 对1-乙基-3-甲基咪唑阳离子[Emim]+与天冬酰胺阴离子[Asn]-形成的氨基酸离子液体气态阴阳离子对([Emim][Asn])进行理论研究. 通过几何结构优化和频率分析得到势能面上的五个稳定构型. [Emim]+和[Asn]-之间能够形成较强的氢键相互作用, 零点能校正后的能量在-373.96至-326.28 kJ·mol-1之间. 其稳定化能主要来源于[Asn]-中羰基O的孤对电子lp(O)与[Emim]+中C—H反键轨道σ*(C—H)之间的相互作用: lp(O)→σ*(C—H). 红外光谱特征和自然布居分析(NPA)计算表明咪唑阳离子中参与形成氢键的C—H键振动的红移值、阴阳离子间的电荷转移与氢键相互作用能成正比关系. 分子中的原子(AIM)理论分析得到[Emim]+和[Asn]-之间的氢键相互作用以静电作用为主. 通过计算结果初步探讨影响氨基酸离子液体玻璃化温度Tg的结构因素.     

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.     

低阶煤中氢键作用的色散校正密度泛函理论研究

本研究以苯酚…苯酚、苯酚…苯、苯酚…二苯醚、苯酚…喹啉和苯甲酸…苯甲酸为对象，采用色散校正的密度泛函理论分别研究褐煤中自缔合OH、OH-π、OH-醚O、OH-N和COOH-COOH之间形成的氢键。此外，还研究了氢键供体中取代基(CH₃-、CH₃O-、OH-、NH₂-、COOH-和NO₂-)对氢键的影响。对上述复合物进行了几何优化，并计算了能量、Mulliken电荷分布及振动频率。从优化的结构中可以看出上述复合物之间都存在氢键，所有复合物中O-H键键长都比苯酚中自由羟基的长，这表明这些复合物之间存在相互作用。其中，羧酸…羧酸复合物中O-H键的键长最长。此外，通过Mulliken电荷分布可看出上述复合物之间存在电荷转移。基于振动频率分析，所有的O-H键伸缩振动都发生了红移，尤其是羧酸…羧酸和苯酚…喹啉复合物，这可为煤中羟基振动的红外光谱分析提供依据。根据键能不同氢键强度按以下顺序依次递减：COOH-COOH>OH-N > 自缔合OH≈OH-醚O > OH-π，这与振动频率的分析结果一致。此外，不同取代基对氢键作用的影响不同。     

胞嘧啶…NO复合物结构与性质的理论研究

用密度泛函理论在BL3YP/6-311＋G*基组水平上对胞嘧啶…NO复合物体系进行了理论计算, 发现了6个能量极小的复合物. 其结合方式是NO的N或O原子与胞嘧啶的N—H键形成氢键, 最稳定的复合物的结合能为－9.65 kJ/mol. NO的N原子与胞嘧啶的结合具有更强的优势, N结合的复合物中NO的键长缩短, 而O结合的复合物中NO键长伸长. 同时, 对复合物的振动分析发现, 在胞嘧啶中所有的与NO结合的N—H键的伸缩频率下降, 而所有氨基的面内弯曲振动频率是增加的.     

二氮杂苯－水氢键复合物结构性质的理论研究

使用密度泛函理论B3LYP方法和从头算MP2方法优化二氮杂苯－水复合物的基态氢键结构和相互作用能的计算。结果表明，邻二氮杂苯－水，间二氮杂苯－水，对二氮杂苯－水复合物具有强的N∙∙∙H─O氢键相互作用，经基组重叠误差和零点能校正后的氢键相互作用能分别为-20.99, -16.73 和-15.31 kJ/mol，氢键的形成使水的H─O对称伸缩振动频率明显红移（减小）。自然键轨道NBO分析显示，氢键的形成，分子间电荷转移分别为0.0316 e，0.0255 e 和0.0265 e。另外，使用含时密度泛函理论TD-DFT (TD-B3LYP)方法计算了二氮杂苯单体与氢键复合物的第一单重态(n, p^*)激发态的垂直激发能。     

乙烯、苯与Li+、Na+、K+形成的阳离子-π复合物结构的理论研究

系统地研究了乙烯、苯与Li+、Na+、K+形成的阳离子-π复合物的结构.发现在乙烯与Li+、Na+、K+阳离子形成的复合物中,乙烯分子的C-H键与形成复合物前相比伸长了,然而,在苯的阳离子-π复合物中,苯分子的C-H键却出乎意料地变短了(特别是在锂离子-π复合物中).这种现象可能与最近由Hobza等人发现的蓝移氢键现象有相同的机理.     

乙炔与H2O分子之间的氢键结构与性质

采用B3LYP方法,在6-311++G水平上优化得到了H2O…C2H2氢键复合物的σ-n和H-π型两种稳定构型,并进行频率分析,讨论了相关自然键红外振动光谱的红移现象.采用NBO理论对σ-n和H-π氢键复合物形成过程中的电荷转移的类型进行了分析讨论.分子间的氢键相互作用能结果表明,σ-n型比H-π型氢键复合物更稳定.     

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.     

CICOCO自由基的研究

就我们所知，CICOCO自由基尚未被研究．本文报导了对它的构型、能量和振动频率进行的。b响计加计算，以及在红外光谱实验中观察到的该自由基的振动光谱．1理论计算以（CICO）。分子平衡构型的各种键长、键角为初始值，并且不再限制CICOC（）自由基具有平面对称性，在UHF／6－31     

胞嘧啶与一氧化碳复合物的结构与性质

在B3LYP/6-311+G**水平上对胞嘧啶…CO复合物体系进行了理论计算, 发现了6个能量极小的复合物. 其结合方式是CO的C或O原子与胞嘧啶的N—H键形成氢键, 最稳定的复合物的结合能为-8.72 kJ·mol-1. CO的C原子与胞嘧啶的结合具有更强的优势, C原子结合的复合物中CO的键长缩短, 而O结合的复合物中CO键长伸长. 同时, 对复合物的振动分析发现, 在C原子结合的复合物中CO的伸缩频率蓝移, 而O结合的复合物中CO伸缩频率是红移的.     

碱(土)金属离子与2-(3′-羟基-2′-吡啶基)苯并噁唑阳离子-π复合物及其分子内质子转移过程的理论研究

采用密度泛函B3LYP方法,在6-311++G(d,p)基组水平上对碱(土)金属离子(Li+,Na+,K+,Be2+,Mg2+和Ca2+)与2-(3’-羟基-2’-吡啶基)苯并噁唑(HPyBO)的36种阳离子-π复合物的初始构型进行了几何全优化,并计算了其相互作用能.结果表明,碱(土)金属离子与HPyBO复合物有较强的阳离子-π相互作用,部分复合物甚至达到了化学键的强度.相对能量的变化表明碱(土)金属离子的作用能改变HPyBO分子内质子转移过程的能垒,甚至可以导致优势构型反转.当考虑水的溶剂效应后,各质子转移异构体的相对能量及质子转移的能垒均有一定程度的改变.另外,应用分子中的原子(AIM)方法对复合物分子内氢键的键临界点性质进行了分析.     

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。