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 .     

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。     

铵离子与芳香π体系间阳离子-π相互作用的研究

本文通过电荷密度的拓扑性质和结合能的能量分解两个方面研究了NH₄⁺与甲苯、对甲基苯酚以及甲基吲哚间阳离子-π相互作用的大小及其作用本质。结果表明：芳香环上键临界点和笼临界点的分布方式的多样性反映了芳香环上的不同取代效应。其次，能量分解结果显示，虽然静电能和诱导能在阳离子（NH₄⁺）－π相互作用中占主导地位，但色散能和交换排斥能也是不可忽视的。另外，静电能和芳香π体系的键临界点上的电荷密度之间存在着很好的正相关性，这有助于进一步深刻理解阳离子－π体系中的静电相互作用。     

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.     

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.     

十二烷基苯磺酸钠和无机阳离子之间相互作用的密度泛函理论研究

研究阴离子表面活性剂和阳离子之间的相互作用对于理解阴离子表面活性剂的沉淀和溶解现象具有十分重要的理论和实际意义,但关于两者相互作用的相关理论模型鲜有报道。本文采用密度泛函理论(DFT)方法研究了十二烷基苯磺酸根阴离子(DBS^-)与阳离子(Na⁺, Mg²⁺和Ca²⁺)在溶液内及气/液界面处的相互作用。在溶液内,在两种不同溶液环境中(水相和正十二烷)构建DBS^-/阳离子相互作用模型,并对其进行优化。结果表明, DBS^-能够与阳离子以双齿结构稳定结合。DBS^-与阳离子的结合能不仅取决于参与的无机盐离子种类,还与溶剂的性质有关。在气/液界面处, DBS^-与六个水分子相互作用形成的水合物DBS^-·6H₂O最为稳定。但是,无机盐离子的引入会严重破坏DBS^-·6H₂O水合物的水化层结构。本文定义无量纲参量def用来对水化层结构的变化程度进行评价。无机盐离子对DBS^-·6H₂O水化层结构破坏程度的顺序为:Ca²⁺ > Mg²⁺ >Na⁺。电荷分析结果表明水化层在十二烷基苯磺酸钠(SDBS)头基与阳离子的相互作用中起了重要作用。     

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 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。     

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．     

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。     

戊烯自由基阳离子的密度泛函理论研究

使用密度泛函理论B3LYP方法和6-31G(d,p)、6-31＋G(d,p)、6-311G(d,p)及6-311＋G(d,p)基组，分别对2-C5H10＋和1-C5H10＋的各种构象进行了几何构型优化，并用B3LYP/6-311G(d,p)进行了频率分析计算.计算预言1-C5H10＋具有非平面构型，与以往报导的从头算计算结论相反.在两个自由基阳离子的各种构象的B3LYP几何构型上，进行了B3LYP和UMP2(full)方法的超精细偶合常数计算，得到了比以往更好的结果.     

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。     

阳离子-π作用的研究进展

阳离子-π作用是一种存在于阳离子和芳香性体系之间的相互作用,与一些经典的作用(如氢键、静电和疏水相互作用)相比,被认为是一种新型分子间作用,普遍存在于生物体系中,对分子识别、蛋白质和核酸的结构与功能起着十分重要的作用.本文结合我们课题组的研究工作,对生物体内存在的典型的阳离子-π作用,以及有关阳离子-π作用的实验与理论计算研究进行综述.     

苯并二呋喃酮类染料及其取代物的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法,在B3LYP/6-31G*的水平上对苯并二呋喃酮类染料及其芳环6,6’-,9,9’-,10,10’-,11,11’-,12,12’-,13,13’-取代衍生物进行理论计算,讨论了CH3、OCH3、Cl、NO2在不同位置取代对分子的几何结构、电子结构和能量的影响。同时采用含时的密度泛函理论(TD-DFT)方法在相同水平下计算其电子光谱。结果表明:母体被取代后能量降低,结构变稳定;苯并二呋喃酮类染料及其芳环取代物的最低单重激发态均主要源自HOMO-LOMO(π-π*)跃迁。     

阳离子-π作用的研究进展

摘要阳离子-π作用是一种存在于阳离子和芳香性体系之间的相互作用,与一些经典的作用（如氢键、静电和疏水相互作用）相比,被认为是一种新型分子间作用,普遍存在于生物体系中,对分子识别、蛋白质和核酸的结构与功能起着十分重要的作用．本文结合我们课题组的研究工作,对生物体内存在的典型的阳离子-π作用,以及有关阳离子-π作用的实验与理论计算研究进行综述．     

锂离子与芳香体系相互作用的量子化学研究

运用微扰MP2和密度泛函B3LYP方法在不同的基组水平上对锂离子与一系列以杂环为主的芳香化合物所形成复合物的可能构型进行了优化,获得了复合物的几何构型、电荷转移量、结合能等重要信息,对阳离子-π作用与阳离子-杂原子作用的竞争情况进行了讨论.特别是,我们发现此体系阳离子-π复合物的结合能和芳环单体中心上方一个点的静电势成很好的线性相关.揭示了锂离子与芳香杂环形成阳离子-π复合物的形成过程中静电势起着非常重要的作用;同时表明,可用芳环表面静电势来定量预测较复杂体系阳离子-π作用结合能的大小.     

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。