PH2X与五元杂环体系磷键相互作用的理论研究

用MP2/aug-cc-pVDZ方法计算了PH2X(X=H,F,Cl,Br)与五元杂环化合物(吡咯、呋喃、噻吩)的相互作用,经完全均衡校正法校正基组重叠误差.在MP2/aug-cc-pVDZ优化基础上采用Gaussian 03程序包中的NBO程序计算了二级微扰稳定化能(ΔE2),并运用AIM 2000程序对其AIM性质进行了计算.为了进一步加强对该类相互作用的认识,应用约化密度梯度(RDG)填色等值面图和电子密度差图对代表性的体系进行了图形化分析.研究表明:PH3与三个五元杂环化合物形成的是P—H…π氢键相互作用;PH2X(X=F,Cl,Br)与五元杂环化合物形成磷键相互作用,这些磷键体系存在π型和n型两种形式的磷键相互作用,前者形成复合物的稳定性高于后者,并且相互作用大小与磷原子到杂环质心的矢量和P—X方向矢量的夹角密切相关.作为比较,我们对PCl3与这三种杂环化合物之间的相互作用也进行了研究,结果发现,PCl3分子中沿Cl—P键的P端出现了三个正的静电势区域或称作"σ-hole",因此其与杂环化合物形成的是分子间多磷键复合物.AIM拓扑分析表明磷键相互作用的本质属于闭壳层静电相互作用,且电子密度与复合物稳定性呈正相关.RDG图形化分析揭示了磷键相互作用所在的空间位置以及相对强度.DDF分析表明,磷键相互作用的存在使磷原子端基的电子密度减少,而沿着P—X轴以及五元杂环分子的电子密度增加,从而直观地体现了形成复合物后电子密度的重排情况.     

通过价层电子密度分析展现分子电子结构（英文）

迄今已有众多实空间函数被提出用来揭示化学上感兴趣的分子电子结构特征,例如化学键、孤对电子和多中心电子共轭。在这些分析方法中,电子定域化函数(ELF)、电子密度的拉普拉斯(▽~2p)和变形密度(rdef)被广泛用于实际研究。众所周知,分析分子的总电子密度无法像以上提及的方法那样展现出与分子电子结构有关的丰富的信息。但是,在本文中,通过数个实例以及通过与ELF、▽~2p和rdef的对比,我们指出若只关注价层电子密度分布,分子电子结构特征也是可能被探究的。我们发现对大多数情况,对非常简单的价层电子密度的分析也可以给出与ELF、▽~2p和rdef分析类似的信息,并且这种分析具有计算复杂度更低的额外优点。我们希望本文的工作可以使得化学家们关注长期被忽视的价层电子密度所具有的重要价值。也值得注意的是,价层电子密度分析并非完全没有缺点,当这种方法无法提供丰富信息的时候,研究者仍需借助于其它类型的分析手段。     

通过价层电子密度分析展现分子电子结构

迄今已有众多实空间函数被提出用来揭示化学上感兴趣的分子电子结构特征,例如化学键、孤对电子和多中心电子共轭。在这些分析方法中,电子定域化函数(ELF)、电子密度的拉普拉斯(∇²ρ)和变形密度(ρ_def)被广泛用于实际研究。众所周知,分析分子的总电子密度无法像以上提及的方法那样展现出与分子电子结构有关的丰富的信息。但是,在本文中,通过数个实例以及通过与ELF、∇²ρ和ρ_def的对比,我们指出若只关注价层电子密度分布,分子电子结构特征也是可能被探究的。我们发现对大多数情况,对非常简单的价层电子密度的分析也可以给出与ELF、∇²ρ和ρ_def分析类似的信息,并且这种分析具有计算复杂度更低的额外优点。我们希望本文的工作可以使得化学家们关注长期被忽视的价层电子密度所具有的重要价值。也值得注意的是,价层电子密度分析并非完全没有缺点,当这种方法无法提供丰富信息的时候,研究者仍需借助于其它类型的分析手段。     

惰性气体原子与HF分子相互作用的分子形貌动态研究

研究了惰性气体原子(Rg=He,Ne,Ar和Kr)分别向HF分子两端原子接近过程中分子形貌的动态变化,使用MELD精密从头算方法中的CISD/6-311++G(2d,2p)方法,计算了FH-Rg和HF-Rg2个二聚体的单电子作用势、分子平面的边界轮廓以及相应界面上的电子密度.研究表明,惰性气体原子Rg分别向HF的两端接近时,双方的外形在接近的方向上均有伸手欢迎的表示,分子的前沿电子密度也相应的发生变化,对惰性键提供了一种新的认识.     

分子形貌所指示的羟基卡宾及其衍生物的质子转移反应

分子形貌(Molecular face, MF)定义分子的内禀电子转折边界面,同时在其上计算并描绘出前沿电子密度(MFED). MF不仅能显示分子的形状和大小,还能够指示分子的化学反应性.应用M06-2X/6-311++G(d,p)理论方法,对单线态和三线态羟基卡宾分子及其衍生物的质子化反应进行研究并计算了这些反应的活化能.结果表明,吸电性和供电性较强的取代基,均使单线态反应活化能增大,只有吸电性较强的─CN才能使三线态反应活化能增大.应用分子形貌理论研究了上述反应,不仅展示出分子的形貌变化、与反应位点的关联,以及有关物理量的变化倾向,而且还定量地显示出,单线态羟基卡宾及其衍生物分子边界面上前沿电子密度极大值与极小值的差值,与其质子转移反应的活化能之间存在线性相关.     

F-+CH3Cl→CH3F+Cl-反应过程中的分子形貌变化

双分子亲核(SN2)反应是重要的基本有机反应之一,其中电子从亲核基团向离去基团的转移发挥着关键作用.利用从头计算方法CCSD(T)/aug-cc-pVDZ和我们发展的分子形貌理论,对反应F-+CH3Cl→CH3F+Cl-进行了研究,给出了反应过程中分子形状和电子转移的动态变化图像.结果表明,沿内禀反应坐标,从反应开始到生成反应前复合物,亲核试剂F-的分子内禀特征轮廓在缓慢收缩,而其上的电子密度在缓慢增大.此后,F的轮廓迅速膨胀,电子密度急剧下降,尤其是从过渡态到产物复合物的过程中.而在反应过程中,离去基团Cl的轮廓一直在收缩,其上的电子密度一直在增大.对反应过程中电子所受到作用势的研究表明,随着反应的进行,电子在F与C间受到的作用势逐渐降低,而在C与Cl间受到的作用势逐渐升高,清楚地展现反应过程中F与C间化学键生成和C与Cl间化学键断裂的动态过程.     

HF分子与惰性气体二聚体的分子形貌的理论研究

采用Gaussian-03程序中的MP2/6-311++G(2d,2p)方法,优化了FH- Rg(Rg=He,Ne,Ar)二聚体的结构.使用MELD精密从头计算中的CISD方法,结合我们自编的程序,计算了这些二聚体的单电子作用势(PAEM),并绘出了它们的分子形貌图象.分子形貌所提供的形貌特征、前沿电子密度的特征等,可以直观地揭示He,Ne和Ar等原子与HF分子相互作用时2种相互作用的差别,即共价相互作用与非共价相互作用区分的直观形象的表征.从二聚体的内禀特征信息可以看出,F,H和Rg原子都发生了不同程度的变形,HF分子对惰性气体原子有一定影响,而惰性气体原子对HF分子的影响较小.     

镁卟啉与氮、氧杂环化合物的相互作用

以镁卟啉为主体化合物,模拟了生物体内常见的氮、氧杂环客体与主体化合物之间的相互作用.研究结果表明:镁卟啉与氮、氧杂环化合物的相互作用引起了镁卟啉中的镁原子与卟吩环不共面,且二面角越小不共面程度越大.自然键轨道(NBO)理论分析表明氮、氧孤对电子和金属镁的空孤对轨道的相互作用对复合物的稳定性贡献很大.使用约化密度梯度(RDG)函数等值面图和散点图可视化分析了配位相互作用和周边氢键作用的位置及强度.概念密度泛函(DFT)理论参数表明所形成的复合物比主体化合物的热力学稳定性小而反应活性高.芳香性计算表明含氧杂环客体与主体的相互作用使复合物中的卟吩环具有反芳香性,而含氮杂环客体与主体的相互作用使复合物中卟吩环呈现区域性芳香性.     

硼杂环戊二烯化合物研究进展

硼杂环戊二烯(H₄C₄BH)衍生物具有4π电子反芳香性结构和很强的Lewis酸性, 在理论和应用(光电功能材料和烯烃聚合催化剂等)上都有重要研究价值. 综述了近三年来硼杂环戊二烯化合物的研究进展, 着重讨论了其合成、结构和化学反应性, 归纳了硼杂环戊二烯(基)配合物的合成方法与结构类型.     

系列杂氮钛三环中的分子内弱相互作用的紫外光电子能谱和理论研究

首次报道了四种杂氮钛三环的紫外光电子能谱,结合量子化学从头算和和电子密度拓扑分析方法对这些化合物的电子结构和分子内存在的弱相互作用进行了分析研究。通过优化STO-6G(d)基组(C:1s=5.66,ζ2s=1.675,ζ2p=1.66;O:ζ1s=7.67,ζ2s=2.25,ζ2p=2.20;N:ζ1s=6.66,ζ2s=1.91,ζ2p=1.89;H:ζ1s=1.24)对所研究的化合物进行了分子轨道计算,结合计算结果对化合物的紫外光电子能谱进行了解析和指认。实验得到的体现分子内弱相互作用σN-Ti的轨道电子的电离能表明了N,Ti间相互作用的弱成键特性,电子密度拓扑分析显示N,Ti原子间存在体现成键作用的键鞍点,键鞍点处电子密度的拓扑性质也进一步支持了N,Ti间弱成键作用的特性。     

NICS判据在五元杂环化合物芳香性教学中的应用

运用NICS判据对五元杂环化合物的芳香性进行了分析,并对引入到有机化学教学中进行了探讨,可通过简单的数值来分析不同杂环化合物的芳香性。     

金属苯炔的合成与化学性质

金属苯炔是一类新颖的杂环芳香化合物.它们可看成是苯炔分子中的一个碳原子被等瓣的过渡金属基团取代而衍生出来的六元杂环化合物.近年来,金属苯炔的化学引起了人们的兴趣和关注.一系列含锇和铼的金属苯炔已被成功地合成和鉴定.这些金属苯炔不仅具有有机化合物的芳香性,还具有金属有机化合物的属性.它们既可以发生芳香体系的经典反应(如亲电取代反应),也可以发生金属有机化合物的反应(如卡宾化合物的形成).     

二茂铁甲基季铵盐的电化学行为

二茂铁是具有夹心型结构和芳香性的高度富电子体系,热稳定性好,有良好的电化学反应活性,具有易受环境影响的可逆氧化还原电对的特点。通过分子设计将二茂铁衍生物引入自组装单分子膜体系,考察其电子转移过程以及与膜结构的对应关系,可以为更深层次的分子设计和功能组装反馈信息;以二茂铁衍生物结构单元设计合成的氧化还原型大环化合物对离子的选择性迁移、氧化还原催化及发展为新一代的传感器有着诱人的应用前景。     

一种新的分子拓扑指数及其在QSPR/QSAR研究中的应用

通过引入量子数、键参数,认为分子的性质与其中各原子的电负性、价电子数、成键电子数、价层主量子数及各化学键的键长有关,提出了一种新的分子拓扑指数mAY.采用该拓扑指数对饱和烷烃、烷基苯、烷氧氯硅烷、卤代苯、含氮杂环化合物、碱金属卤化物及卤化锡的性质/活性进行了相关关系的研究.结果表明,mAY与有机物和无机物的性质/活性间具有良好的相关性.     

确定大分子体系电荷分布的新方法

近年来，应用密度泛函理论探求电负性和硬度与体系中电荷分布之间的关系，成为令人关注的课题[1~5]．Mortier[1,2]的电负性均衡方法（EEM）没有考虑化学键电荷．Ghosh[4]的半经验电负性均衡方法考虑了化学键电荷，但键电荷取值假设太简单．本文同时考虑了分子中的原子电荷和键电荷的作用，给出了分子中原子和化学键有效电负性的精密公式，这些公式为发展一个系统的精密电负性均衡方法及应用奠定了基础．1理论方法以密度泛函理论[6]为基础，将分子的单电子密度ρmol（r）按式（1）分割：式中ρα（r）是分子中α原子区域的单电子密度，ρα…     

含咔唑生色团的有机芳香杂环分子的二阶非线性光学性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-31G^*方法, 对一系列含咔唑生色团的有机芳香杂环分子进行结构优化, 并采用有限场(FF)和含时密度泛函理论(TD-DFT)方法在6-311G^**水平上探讨了体系的二阶非线性光学(NLO)性质和电子光谱. 结果表明, 咔唑取代基推或拉电子能力的改变和引入芳香杂环对研究分子的极化率α和二阶NLO系数β值都有较大影响. 当取代基分别连有拉电子硝基和推电子羟基, 以及引入呋喃杂环都可以使体系分子的β值随分子的最大吸收波长λ_max的增大而减小(蓝移). 该系列化合物兼具有很大的二阶非线性响应与良好的透光范围, 避免了“非线性-透光性”矛盾, 可能在非线性材料领域中有很大的潜在应用价值.     

某些新的连位仲、叔二胺的合成

连二胺化合物在化学工业、金属螯合剂、多氮杂环和穴状化合物化学中很重要。它们也常用于中间体的合成,以及特殊杂环化合物的合成。仲连二胺通常可用 Na、Mg、AI(Hg)Ti等诱导N取代的亚胺发生二聚反应还原制备。该方法有一些不利因素:较适合仲芳香胺而不适合叔芳香胺或脂肪胺;单分子与双分子还原相互竞争,而单分子还原产品通常是副产物;阴离子中间体形成困难。叔连二胺可在三(二烷基胺基)甲基钒(Ⅳ)或钛度剂存在下,     

定域分子轨道重心和分子结构的关系

本文讨论了定域分子轨道（ＬＭＯ）的重心和分子中化学键之间的关系，建立了利用定域分子轨道重心判断分子中成键情况及其化学键类型的方法，进而在ａｂ ｉｎｉｔｉｏ所得正则分子轨道（ＣＭＯ）定域化的基础上，计算了一些常见分子的ＬＭＯ重心；由此讨论了这些分子的化学键性质及其成键规律，探讨了一些化合物的反应性能。     

芳香酮、酚、胺、羧酸及含氮杂环的解离常数与其π电子分布的关系

本文用微扰分子轨道(PMO),Hackel分子轨道(HMO)和自洽场分子轨道(PPP)方法研究了芳香酮、芳香胺、酚和含氮杂环等化合物的解离常数(pK_α)和π-电子分布的关系。结果表明对交替烃,PMO,HMO和PPP在某些情况下,有类似的平行结果。pK_α与活性原子上的电荷密度q_w有着良好的线性关系。但对芳香甲酸和含氮杂环,pK_α与q_x有反比关系。对芳香甲酸pK_α主要由偶极矩决定。而含氮杂环主要由氮原子中的孤对电子与最高充满轨道中的电子间的排斥积分所控制。     

PdCO(OH)-体系中OH-助催化性能的成键能研究

本文使用相对论赝势从头计算方法和成键能判据[1 ] 研究了模型化合物 Pd CO(OH) -的电子结构 ,讨论了 OH-的助催化作用。得出 OH-对 Pd CO的助催化作用既可以通过其与金属 Pd形成化学键 (通过金属 )来实现 ,也可以通过空间电荷静电作用 (通过空间 )来实现。由分子轨道成键能分析指出 CO分子的强成键占据分子轨道 3σ和 1π的削弱是活化 CO的关键。