Halogen Bonding： An AIM Analysis of the Weak Interactions

A series of complexes formed between halogen-containing molecules and ammonia have been investigated by means of the atoms in molecules （AIM） approach to gain a deeper insight into halogen bonding. The existence of the halogen bond critical points （XBCP） and the values of the electron density （Pb） and Laplacian of electron density （V2pb） at the XBCP reveal the closed-shell interactions in these complexes. Integrated atomic properties such as charge, energy, polarization moment, volume of the halogen bond donor atoms, and the corresponding changes （△） upon complexation have been calculated. The present calculations have demonstrated that the halogen bond represents different AIM properties as compared to the well-documented hydrogen bond. Both the electron density and the Laplacian of electron density at the XBCP have been shown to correlate well with the interaction energy, which indicates that the topological parameters at the XBCP can be treated as a good measure of the halogen bond strength In addition, an excellent linear relationship between the interatomic distance d（X…N） and the logarithm of Pb has been established.     

H2CO与双卤分子间卤键的电子密度分析

运用B3LYP和MP2方法在6-311++G(d,p)基组水平上, 对H2CO-XY(XY=F2、Cl2、Br2、ClF、BrF、BrCl)卤键体系进行构型全优化, 得到了O…X—Y型卤键复合物. 结果表明, MP2/6-311++G(d,p)计算结果与实验值较吻合. 并在MP2水平下计算了分子间的相互作用能, 用完全均衡校正CP(counterpoise procedure)方法对基函数重叠误差(BSSE)进行了校正. 利用电子密度拓扑分析方法对卤键复合物的电子密度拓扑性质进行了分析研究.     

乙烯、乙炔与双卤分子间π型卤键的电子密度拓扑研究

运用DFT和MP2(full)在6-311++G(d, p)和aug-cc-pvdz基组水平上, 对一系列简单的分子间π型卤键体系C2H4(C2H2)-XY(XY= F2、Cl2、Br2、ClF、BrF、BrCl) 进行构型全优化, 得到了T型卤键复合物. 结果表明MP2(full)/ 6-311++G(d, p)计算结果与实验结果较吻合. 并在MP2水平上计算了分子间的相互作用能, 用标准Counterpoise procedure (CP)方法对基函数迭加误差(BSSE)进行了校正. 利用电子密度拓扑分析方法对卤键复合物的拓扑性质进行了分析研究.     

取代1-氯蒽醌中分子内卤键的电子密度拓扑分析

运用量子化学密度泛函B3LYP方法,在6-311＋＋G（d,p）基组水平上对邻位和间位取代1-氯葸醌的分子内卤键进行了研究．用电子定域函数和“分子中的原子,,理论对分子内卤键的性质进行了电子密度拓扑分析．通过对计算得到的密度矩阵进行σ-π兀分离,得到了π-键的键径和分子图,并讨论了。电荷密度和兀电荷密度对卤键的影响．结果表明,键鞍点和环鞍点处的电子密度拓扑性质均可作为衡量分子内卤键强度的量度．键鞍点和环鞍点处的电荷密度P越大,键鞍点与环鞍点的距离越大,卤键强度越大．除σ电荷密度外,π电荷密度对分子内卤键的性质也有明显影响．     

呋喃与双卤分子间卤键的电子密度拓扑研究

用DFT和MP2(full)方法研究了呋喃-XY (XY＝ClF, BrF, BrCl)体系分子间的相互作用, 讨论了两种卤键类型 Y—X…O和Y—X…π的作用. 研究表明: Y—X…π的相互作用比Y—X…O的作用强, 计算得到的分子间相互作用能按照呋喃-BrF＞呋喃-ClF＞呋喃-BrCl的顺序依次降低. 形成卤键后, 两种类型卤键复合物中的电子受体X—Y键伸长, 其振动频率发生红移. 利用电子密度拓扑方法对卤键的电子密度拓扑性质进行了分析.     

几个超分子体系中非常规键的AIM分析

对五个含氟分子自组装形成的晶体进行了AIM (Atoms in Molecules)分析, 观察到、并定量地描述了这些晶体中大量存在的氟原子相关的非常规弱相互作用力; 并且找到一个完全由F…O弱相互作用主导的超分子自组装晶体.     

单电子锂键复合物H3C…Li—H的甲基非加和性理论研究

在B3LYP／6-311＋＋G＊＊及UMP2／6-311＋＋G＊＊水平上对单电子锂键复合物H3C…Li-H的甲基非加和性进行了理论研究．通过对复合物构型、能量、电荷转移及拓扑参数进行分析的基础上,讨论H3C…LiH、H3CH2C…LiH、（H3C）2HC…LiH及（H3C）3C…LiH的作用强度．结果表明,（H3C）3C自由基与LiH间形成的单电子锂键复合物的强度最强,其次为（H3C）2HC和H3CH2C,而H3C自由基与LiH间形成的复合物的强度最弱,甲基非加和性使得体系的作用强度增强,这也通过自然键轨道和分子中的原子理论分析得到了证明．另外,单电子锂键体系中参数间存在着几种线性／非线性关系,单电子锂键的作用模式与单电子氢键及单电子卤键有所不同．     

卤键在超分子化学中的应用进展

卤键是指作用在卤原子(路易斯酸)和具有孤对电子的原子或π电子体系(路易斯碱)之间的新型弱相互作用,其在超分子多维自组装和分子识别(如超分子催化、超分子选择拆分、超分子传感)等领域有着广泛的应用。本文介绍了卤键的类别、特性、功能及在超分子化学结构与功能领域中的应用。     

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.     

单电子卤键复合体系H_3C…Br—Y(Y=H,CN,NC,CCH,C_2H_3)的作用机制

对单电子溴键复合物H3C…Br—Y(Y=H,CCH,CN,NC,C2H3)的结构与性质进行了理论研究.在B3LYP/6-311++G**水平上计算了稳定构型并做了频率分析.BSSE矫正的相互作用能(EBSSE)和NBO及AIM分析输入的波函数在MP2/6-311++G**水平下完成.复合物H3C…Br—Y中,CH3(供电子体)自由基均提供一未成对电子与Br—Y中Br(受电子体)形成了单电子溴键,此单电子溴键也具有三电子键的特征.单电子溴键的形成导致甲基H的背向Y弯曲和Br—Y键的拉长及红移单电子溴键复合物的产生.考察了电子受体中不同取代基,C(spn)-Br杂化及溶剂的存在对复合物作用的影响,将单电子氢键,单电子卤键和单电子锂键的作用强度做了对比,进一步对Popelier提出的氢键体系中的前三个重要拓扑指标在单电子溴键体系中的重现性进行了探讨.     

单电子卤键复合体系H3C···Br-Y(Y=H, CN, NC, CCH, C2H3)的作用机制

对单电子溴键复合物H₃C···Br—Y(Y=H, CCH, CN, NC, C2H3)的结构与性质进行了理论研究. 在B3LYP/6-311++G**水平上计算了稳定构型并做了频率分析. BSSE矫正的相互作用能(E^BSSE)和NBO及AIM分析输入的波函数在MP2/6-311++G**水平下完成. 复合物H₃C···Br—Y中, CH₃(供电子体)自由基均提供一未成对电子与Br—Y中Br(受电子体)形成了单电子溴键, 此单电子溴键也具有“三电子”键的特征. 单电子溴键的形成导致甲基H的背向Y弯曲和Br—Y键的拉长及红移单电子溴键复合物的产生. 考察了电子受体中不同取代基, C(spⁿ)-Br杂化及溶剂的存在对复合物作用的影响, 将单电子氢键, 单电子卤键和单电子锂键的作用强度做了对比, 进一步对Popelier提出的氢键体系中的前三个重要拓扑指标在单电子溴键体系中的重现性进行了探讨.     

卤键在化学传感和分子识别中的应用

卤键是一种新的分子间非共价作用力,它存在于卤素原子(路易斯酸)和具有孤电子对的原子或π-电子体系(路易斯碱)之间,在超分子化学、材料科学、生物识别和药物设计等领域已经显示出独特的优势。本文主要从卤键的特征和在化学传感和分子识别中的应用以及发展前景等几方面进行了介绍,期望引起人们对卤键的更多关注。     

亚胺膦R3PNH（R=CH,Cl）的极性及P—N键性质的理论研究

用从头算方法在Ｂ３ＬＹＰ／６－３１Ｇ＊＊水平上对亚胺膦Ｒ３ＰＮＨ（Ｒ＝ＣＨ３,Ｃｌ）进行了理论计算研究。结果表明这两种亚胺膦的极性,Ｐ－Ｎ键性质及分子轨道存在明显差异,亚胺膦（ＣＨ３）３Ｐ＝ＮＨ及其Ｐ－Ｎ键的极性很强,而Ｃｌ３Ｐ＝ＮＨ的极性则较弱。与Ｃｌ３Ｐ＝ＮＨ相比（ＣＨ３）３Ｐ＝ＮＨ可能是较好的类Ｗｉｔｔｉｎｇ反应试剂。     

卤代类卡宾结构和反应活性的理论研究（Ⅱ）：类卡宾CHClFLi的 …

用从头算分子轨道理论，研究了不同卤代数卡宾ＣＨＣｌＦＬｉ的结构和稳定性，优化得到４种平衡构型和相应过渡态地各构型的特别进行了分析，并与相同卤代类卡宾做了比较。     

Alkali （Alkali Earth） Metal Ions with 2-（3＇-Hydroxy-2＇-pyridyl）benz- oxazole Cation-π Complexes and Its Intramolecular Proton Transfer Process： A Theoretical Investigation

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．     

卡宾与醚C—H键插入反应的理论研究（Ⅰ）：卡宾与二甲醚？…

用量子化学从头计算方法在ＭＰ２／６－３１Ｇ（ｄ）水平上计算了单重态的ＣＨ２与二甲醚中Ｃ－Ｈ键插入反应的过程,并在ＭＰ４／６－３１Ｇ（ｄ）水平上计算了反应物,过渡态和产物的能量,反应仅具有一个８．１ｋＪ／ｍｏｌ的早期势垒,反应过程是卡宾的一个亲电－亲核过程,在插入过程中,卡宾空的ｐ轨道和占有一对孤电子的σ轨道分别指出Ｃ－Ｈ键的Ｈ原子和Ｃ原子。     

基于分子间卤键的超分子平面大环自组装

本工作报道了含卤键供体和受体片段的三种芳酰胺分子(化合物1~3)的设计和合成, 并对固相中卤键的不同作用模式进行了探索和分析. 化合物1的晶体数据显示, 由于没有分子内氢键, 组成分子的三个芳环相互扭转一定角度, 并且在分子间交替排列的N···I和O···I卤键的控制下, 组装成了一条线型的超分子组装体. 由于酰胺羰基和两个紧邻的氟原子之间的排斥作用, 化合物2未能形成分子内三中心氢键. 在此基础上, 将三氟碘代苯作为卤键供体片段引入到化合物3中, 并且在折叠体骨架中嵌入了嘧啶单元. 化合物3的晶体数据显示, 基于多组有效的分子内三中心氢键和分子间较强的卤键作用, 双分子间形成了[1+1]的超分子大环. 另外, 由于嘧啶环的引入, 使得该超分子大环接近共平面.     

分子间卤键和氢键控制的网络结构的组装（英文）

分别以四苯甲烷和四苯基卟啉为中心,端位引入四氟碘代苯,合成了两类四齿卤键供体分子,并合成了3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-联吡啶(TMBP)作为卤键受体分子.以四苯甲烷为中心的卤键供体分子和TMBP基于分子间I…N卤键和H…N氢键在固相中自组装,得到一类超分子网络结构.晶体结构显示,一个四面体卤键供体分子通过两组I…N卤键和两组H…N氢键结合四个TMBP分子,与之对应,一个TMBP分子通过一组I…N卤键和一组H…N氢键结合两个四面体分子,形成单层网络结构,网格为宽度2.37nm的正方形结构,层与层之间通过其它氢键和卤键进一步堆积.卟啉类四齿卤键供体分子的晶体数据显示,通过较为复杂的分子间C—I…π及H…F等弱相互作用,供体分子自身进行平面组装,层与层之间通过π-π堆积等作用进一步堆积.     

CH3SH与HOCl分子间氢键和卤键的结构与性质

在DFT-B3LYP及MP2/6-311＋＋G**水平上分别求得CH3SH…HOCl氢键复合物和CH3SH…ClOH卤键复合物势能面上的稳定构型. 频率分析表明, 与单体HOCl相比, 在两种复合物中, Cl(9)—O(7)和H(8)—O(7)键伸缩振动频率发生显著的红移. 经MP2/6-311＋＋G**水平计算的含基组重叠误差(BSSE)校正的气相中相互作用能分别为－19.23和－6.85 kJ•mol－1. 自然键轨道理论(NBO)分析表明, 在CH3SH…ClOH卤键复合物中, 引起Cl(9)—O(7)键变长的因素包括2种电荷转移: (i)孤对电子LP[S(1)]1→σ*[Cl(9)—O(7)]; (ii)孤对电子LP[S(1)]2→σ*[Cl(9)—O(7)], 其中孤对电子LP[S(1)]2→σ*[Cl(9)—O(7)]转移占主要作用, 总的结果是使σ*[Cl(10)—O(11)]的自然布居数增加, 同时O(7)和Cl(9)原子s成分均增加的杂化重优具有与电荷转移作用相同的“拉长效应”; 在CH3SH…HOCl氢键复合物中也存在类似的电荷转移, 但是O(7)原子的再杂化效应不同于前者. 自然键共振理论(NRT)进行键序分析表明, 在氢键复合物和卤键复合物中, H(8)—O(7)和Cl(9)—O(7)键的键序都减小. 通过分子中原子理论(AIM)分析了复合物中氢键和卤键的电子密度拓扑性质.