有机氟化合物量子化学研究 I: 二氟乙炔分子中化学键特性的从头计算

实验发现, F-C≡C-F与H-C≡C-H相比, 其C≡C三重键的离解能要小250.8kJ/mol,而该键的键长却比C~2H~2的短。这与"键越短键就越强"的传统看法不一致。我们通过从头计算研究, 发现主要原因是C~2F~2分子中F原子的孤对电子对C≡C三重键起反键作用, 从而削弱了C≡C三重键的强度; F原子的吸电子性又使C的原子轨道收缩效应增强,而使得C≡C三重键变短。     

有机氟化合物量子化学研究 I: 二氟乙炔分子中化学键特性的从头计算

实验发现, F-C≡C-F与H-C≡C-H相比, 其C≡C三重键的离解能要小250.8kJ/mol,而该键的键长却比C~2H~2的短。这与"键越短键就越强"的传统看法不一致。我们通过从头计算研究, 发现主要原因是C~2F~2分子中F原子的孤对电子对C≡C三重键起反键作用, 从而削弱了C≡C三重键的强度; F原子的吸电子性又使C的原子轨道收缩效应增强,而使得C≡C三重键变短。     

为什么N_2分子和C_2H_2分子里的三键活动性截然两样?

N_2分子的电子结构可简单地写为:N≡N:即两个 N 原子之间有一个σ键,二个π键。同时,每个 N原子还有一对“孤对电子”。乙炔分子的电子结构可简单地写为:H—C≡C—H即两个 C 原子之间有一个σ键,二个π键。另外,每个 C 原子与一个 H 原子间有一个σ键。对比 N_2分子与 C_2H_2的电子结构,可以看出在 N_2     

BaC_2异构体电子结构性质的密度泛函理论计算

第一原理计算了BaC2低温和常温两种异构体的电子结构性质,得到了二碳化钡的能带结构及电子密度.发现BaC2是典型的离子键结合晶体,认为在两种异构体中存在强C—C共价键及Ba—C离子键.分析了两种结构的Ba—C间电子密度及布居分布,认为结构中哑铃形的C2为C≡C键,在I4/mmm结构中相互作用的Ba—C2距离为0.2945nm,C2/c为0.2744nm,C≡C键长在两种晶体结构中分别为0.1185nm,0.1136nm,与C2H2中的C≡C键长相似.I4/mmm结构的能带子带拆解表明了原子亚层电子的轨道成键,讨论了C22-的电荷转移及对材料的影响.BaC2两种结构的振动谱和热力学性质计算表明,其异构体结构转变是典型的温度诱发相变,相变温度约为132K,与相关文献的预测一致.     

PdC_2H_2和PtC_2H_2的键结构研究

关于过渡金属Pd,Pt对C_2H_2的吸附和氢化实验研究前人已作了不少工作,但有关Pd,Pt与C_2H_2之间成键问题的理论研究还尚不多见。为了了解Pd,Pt d轨道对炔键的活化行为和成键特性,本文以MC_2H_2(M=Pd,Pt)为模型,用赝势计算方法,对Pd,Pt与C_2H_2键的相互作用进行了研究。一、计算方法由于重原子的内层轨道对形成分子贡献很小,内层电子的相对论效应极为严重。本文采用Ps—HONDO程序,选取Hay的有效核芯势和价轨道Gaussian基组,对重原子Pd和Pt进行了价电子从头计算,对C和H进行了全电子从头算.部分地消除重原子内层电子相对论效应所引起的误差。     

BaC2异构体电子结构性质的密度泛函理论计算

第一原理计算了BaC2低温和常温两种异构体的电子结构性质,得到了二碳化钡的能带结构及电子密度。发现BaC2是典型的离子键结合晶体,认为在两种异构体中存在强C-C共价键及Ba—C离子键。分析了两种结构的Ba—C间电子密度及布居分布,认为结构中哑铃形的C2为C≡C键,在14／mmm结构中相互作用的Ba—C2距离为0．2945nm,C2／c为0．2744nm,C≡C键长在两种晶体结构中分别为0．1185nm,0．1136nm,与C2H2中的C≡C键长相似。14／mmm结构的能带子带拆解表明了原子亚层电子的轨道成键,讨论了C2^2-的电荷转移及对材料的影响。BaC2两种结构的振动谱和热力学性质计算表明,其异构体结构转变是典型的温度诱发相变,相变温度约为132K,与相关文献的预测一致。     

中性团簇(CeO_2)_m(m=1～3)活化甲烷C—H的密度泛函理论计算

采用密度泛函理论(DFT)计算了CH4在电中性(Ce O2)m(m=1~3)团簇上的活化情况,并对其机理进行了探讨.计算结果表明,甲烷C—H键在团簇上的活化为亲核加成模式,电子由团簇流向甲烷C—H反键轨道,使甲烷C—H键削弱而得以活化,反应的过渡态为四中心结构.团簇的桥氧位活化甲烷C—H键的活性大于端氧位,而三重桥氧位的活性高于二重桥氧位.团簇中作用位点Ce和O原子的电荷布居与其活化甲烷C—H的能力密切相关.溶剂的存在不仅降低了甲烷C—H活化自由能垒,而且使与甲烷作用的团簇各位点的活性差异缩小.     

全氟萘烷的化学还原与电化学还原

全氟碳化合物 ( PFCs)是分子中与碳原子相连的氢 (官能团中的除外 )全部被氟原子取代的有机氟化合物 .由于氟元素的电负性最大 ,所以 C— F键的键能很大 ( 4 80～ 5 30 k J/mol) ;PFCs与相应的碳氢化合物相比 ,C— F键的键长 ( 0 .1 3nm)与 C— H键的键长 ( 0 .1 nm)接近 ,而且氟原子的范德华半径( 0 .1 5 nm)与氢原子的范德华半径 ( 0 .1 2 nm)也非常接近 ,所以当碳氢化合物中的氢原子被氟原子取代而形成全氟碳化合物后 ,结构上不会发生太大的变化 [1] ;但是全氟碳化合物的物理化学性质与原来碳氢化合物的物理化学性质有显著差异 ,表…     

有机锂化合物中化学键的性质——-反式1,2-二锂代乙烷、1,2-二锂代乙烯和1,2-二锂代乙炔分子中化学键的abinitio研究

用从头计算法计算了电荷密度图和各价分子轨道的键强参数.结果表明,三个标题化合物的稳定构型都存在双桥式四中心键.追其原因是:这种构型有利于Li的2p轨道的吸电子效应,这种效应可使C—Li键增强.此外,也发现这三个化合物中C—C键的强度大于C=C键,而后者又比C≡C键为强.本文亦讨论了这种“反常”的原因.     

苯·四氰乙烯电子施受复合物的量子化学研究 Ⅰ.施受体之间的旋转势垒及键型

本文用EHMO方法对C_6H_6·C_2(CN)_4电子施受复合物的电子结构进行了计算,计算时把C_6H_6·C_2(CN)_4看成一个超级分子.计算结果表明,复合物形成的距离3.6A处于能量变化陡峭和趋于平缓的转折点上。室温下C_6H_6平面相对于C_2(CN)_4平面可以自由旋转,自由旋转势垒～0.01kcal/mol,每旋转360°要克服六重势垒.体系能量低的构型是C_2(CN)_4中C—C键与C_6H_6中某一相对C—C键相互垂直的构型,而不是与C_6H_6中某一相对C—C键相互平行的构型、电荷转移随角度而变化与体系能量随角度而变化的倾向相反,能量的极小值对应于电荷转移的极大值.这说明,在此弱电子施受复合物C_6H_6·C_2(CN)_4中电荷转移仍起着决定性的作用。复合物形成时,C_6H_6上的H来参加电荷转移,表征了π-π复合的特性。     

两种烷基碘化物分子理论研究及其发射谱测量

利用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 对烷基碘化物分子C2H2F3I和n-C3H4F3I的C—I解离势能曲线进行了理论计算, 并采用B3LYP方法和MPn(n=2, 3, 4)方法精确计算了C—I键解离能. 解离能计算进行了零点振动能(ZPVE)校正, 并运用完全均衡校正法对基函数重叠误差(BSSE)进行校正. 利用微波放电激励方法, 对C2H2F3I和n-C3H4F3I的发射谱进行观测. 实验结果表明, 通过微波放电激励这两种分子, 均可产生1315 nm发射谱, 说明利用微波放电可使C2H2F3I和n-C3H4F3I分子的C—I键解离, 从而产生碘原子.     

孤对键弱化效应研究

在H_2O_2、N_2H_4、F_2分子中,O—O、N—N、F—F键的键长分别是0.148、0.148、0.144nm,虽比C_2H_6分子中的C—C键(0.154nm)短,但其σ键键能分别是146、160、155kJ/mol,却比C—C键能(365 kJ/mol)小约2.5倍,通常称这类原子的单键键能的反常现象为“孤对键弱化效应”。传统观点认为,半径很小的N、O、F等在化合时必须相当接近才能键合,孤对电子的排斥作用阻止了其相互接近,削弱了键能,降低了键的稳定性。显然,将这种削弱效应考虑为原子间效应是不合理的。本文用键参数图解法对“孤对键弱化效应”提出了合理的解释。     

基于缺陷曲率对含有V_1～V_4空位(5,5)单壁碳纳米管[1+1]和[2+1]加成反应的第一性原理研究

本工作使用GGA-PBE方法研究了H和O在含有V_1~V_4空位(5,5)单壁碳纳米管[1+1](H/[1+1])和[2+1](O/[2+1])加成反应的结合能、几何和电子结构.基于方向曲率理论提出的缺陷曲率包括原子曲率(KM-def)和键曲率(K_(D-def))预测了空位缺陷区不同原子和键的加成反应活性.计算结果表明,不管是[1+1]还是[2+1]加成,V_1和V_3空位缺陷中含有悬空键的C原子化学活性最强,且在[2+1]加成反应中C与O原子形成了羰基;对空位缺陷区其它原子或键,H与(5,5)管V_1~V_4空位缺陷区的原子结合能随K_(M-def)的增大而增大;O加成在大K_(D-def)的C—C键时,C—C键易被打断,形成C—O—C产物结构,且相应的结合能较大;O加成在小K_(D-def)的C—C键时,C—C键未被打断,形成三元环产物结构.H/[1+1]和O/[2+1]加成反应结合能除了主要受曲率的影响,还受到参与反应的C原子在(5,5)管最高占据分子轨道的电荷密度以及分波态密度的影响.这些研究将为含有空位缺陷碳纳米管的表面修饰提供理论依据.     

碳氢化合物中化学键的键能和键热

本文根据五个标准化合物来规定 C—H,C—C,C(?)C,C=C 和 C≡C 键的键能和键热。然后把第二种相互作用分为四大类,分别按照结构特征给予校正值,并从理论上分析和讨论了这些校正值的物理意义。从提出的键能、键热和校正值的数值计算了202个各种类型的碳氢化合物的原子生成热,结果90%以上的化合物的误差不超过1千卡/克分子,只有一个分子的误差大于2千卡/克分子。最后还讨论了用标准键能和标准键热来代替键能和键热,以避免由于β-石墨升华热尚未确定所引起的困难。     

固氮酶底物配位活化的量子化学模拟

用EHMO法就Roussin红盐, MoFeS4(NO)2^2^-, Roussin黑盐及网兜状模型对C2H2,N2, NNH^+和NCH等固氮酶底物的配位活化进行了量子化学模拟. 综合考虑体系总能量与底物多重键的Mulliken键级的变化, 得知乙炔与二核簇相距1.2埃时为最佳活化构型;在Roussin黑盐及网兜状模型以“架炮"方式与乙炔组成的配位体系中, C≡C键呈5度仰角时为最佳活化构型. 铁比钼更有利于削弱C≡C键. 在N2, NNH^+NCH以“投网"方式与网兜模型组成的配位体系中, 底物的多重键受到较大的削弱. “投网"配位方式使兜口外氮原子上的电荷密度增加, 容易受亲电子试剂的进攻, H^+沿N-N轴线方向攻击N2对活化N≡N键最有利.     

锐钛矿型TiO2表面吸附甲醛的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论优化了锐钛矿型TiO2（001）,（110）和（100）晶面结构,发现（001）晶面能量最低.通过对甲醛吸附到（001）面的6种初始猜测方式的几何优化,发现从甲醛H—C—O侧面吸附方式为最稳定的吸附方式,吸附能最大,发生了化学吸附.吸附后甲醛中C—H键增长,键变弱,C—O键缩短,键增强.甲醛中C原子与邻...     

对甲基苯乙炔基铁硫配合物(μ-p-CH_3C_6H_4C≡CS)(μ-RS)Fe_2(CO)_6的合成、结构及构象

通过对甲基苯乙炔基溴化镁断裂μ-S_2Fe_2(CO)_6的S—S键可得“开式”中间体(μ-p-CH_3C_6H_4C≡CS)(μ-BrMgS)Fe_2(CO)_6。该中间体与有机卤化物作用生成了11种通式为(μ-p-CH_3C_6H_4C≡CS)(μ-RS)Fe_2(CO)_6的“开式”铁硫原子簇配合物。还确定了某些配合物可能的构象体及其含量比。     

含9-丁基咔唑基二炔/聚炔汞及二炔金配合物的合成与性质

合成了9-丁基咔唑基聚炔汞聚合物[—HgC≡CRC≡C—]n及其二聚体[MeHgC≡CRC≡CHgMe]和金的二聚体[(PPh3)AuC≡CRC≡CAu(PPh3)](R=9-丁基咔唑基). 用 1H NMR, 13C NMR, 31P NMR, FTIR, FAB-MS, UV-Vis, Fluorescence及Phosphorescence 光谱对其进行了表征. 结果表明, 体系中金和汞产生的重原子效应可以促进单线激发态S1与三线激发态T1的系间跃迁, 使标题化合物产生有机三线态发光.     

分子中含价层孤对电子的原子构型的判断方法

依据杂化轨道理论、价层电子对互斥理论、离域π键和实例,总结出了分子中含价层孤对电子原子构型的判断法,其内容为含有2对或3对孤对电子的原子(如F)可以存在sp1、sp2、sp3 3种杂化,若其相连的中心原子为sp1杂化,则该原子也为sp1杂化(如HC≡CF);若其相连的中心原子为sp2杂化,则该原子也为sp2杂化(如H2C＝CHF);若其相连的中心原子为sp3杂化,则该原子也为sp3杂化(如CH3F)。含有1对孤对电子的原子(如N)可以存在sp2、sp3 2种杂化,若其相连的中心原子为sp1或sp2杂化,则该原子均为sp2杂化(如HC≡CNH2和H2C＝CHNH2);若其相连的中心原子为sp3杂化,则该原子为sp3杂化(如CH3NH2)。并讨论了该方法的适用范围以及举例说明了该方法的应用。     

铍的夹心和半夹心化合物中铍原子的共价

用DV-XαSCC方法和自然键轨道法研究了CpBeH和Cp2Be的电子结构和成键情况,进而根据作者之一提出的共价定义研究了CpBeX(X=H, Cl, Br, CH3, C≡CH, ...)和Cp2Be等化合物中铍原子的共价。结果表明, 在这些化合物中, 铍原子的共价均为6。