反常蓝移单电子锂键Y…Li-CH_3[Y=CH_3,CH_2CH_3,CH(CH_3)_2,C(CH_3)_3]体系的结构与性质

在密度泛函理论B3LYP/6-311++G(d,p)及MP2/6-311++G(d,p)水平上研究了单电子锂键复合物Y…Li-CH_3[Y=CH_3,CH_2CH_3,CH(CH_3)_2,C(CH_3)_3]的结构与性质.结果表明,三种单电子锂键复合物H_3CH_2C…Li-CH_3(Ⅱ),(H_3C)_2HC…Li-CH_3(Ⅲ)和(H_3C_3)_3C…Li-CH_3(Ⅳ)单电子锂键强度依Ⅱ(-26.7 kJ·mol~(-1))<Ⅲ(-30.2 kJ·mol~(-1))<Ⅳ(-32.8 kJ·mol~(-1))的顺序递增,相对于单体Li-CH_3,复合物Ⅱ,Ⅲ及Ⅳ中Li-CH_3键虽然拉长,但其伸缩振动频率出现了反常的蓝移,且蓝移程度依次增大,分别为15.1,18.9和20.5cm~(-1).供电子体中甲基数目的递增加强了这种单电子弱键作用,而若电子受体LiH中H被CH_3取代,则减弱了弱键相互作用.利用自然键轨道(NBO)及分子中原子(AIM)分析进一步对体系的弱键相互作用进行了探讨.     

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.     

反常蓝移单电子锂键Y…Li-CH3[Y=CH3, CH2CH3, CH(CH3)2, C(CH3)3]体系的结构与性质

在密度泛函理论B3LYP/6-311++G(d,p)及MP2/6-311++G(d,p)水平上研究了单电子锂键复合物Y…Li—CH3[Y=CH3, CH2CH3, CH(CH3)2, C(CH3)3]的结构与性质. 结果表明, 三种单电子锂键复合物H3CH2C…Li—CH3(II), (H3C)2HC…Li—CH3(III)和(H3C)3C…Li—CH3(IV)单电子锂键强度依II(-26.7 kJ·mol-1)相似文献   

HCCO自由基与LiX(X=F,Cl,Br)锂键复合物的从头算研究

在MP2/6-311++G**水平上优化乙烯酮自由基与LiX(X=F,Cl,Br)形成锂键复合物.当卤素的电负性很强(如F元素),使得Li原子处于缺电子状态,此时,电子给体会把电子偏移向锂,形成共价性较强的锂键.而当卤素的电负性减弱时,锂键中主要成分逐渐变为离子键,并且此时锂键性质还要受电子给体影响.另外,由于HCCO为缺电子结构,电负性较弱且体积较大的卤素中的孤对电子会与HCCO之间通过静电相互作用,使得HCCO…Li—X键夹角变小,接近120°.锂键性质对HCCO…LiX(X=F,Cl,Br)复合物中Li—X的伸缩振动频率有直接影响.当锂键表现为共价性时,该频率红移,而当锂键表现为离子性时,该频率蓝移.但是,由于Cl的电负性与O的接近,C的电负性与Br接近所以,在O…Li…Cl和C…Li…Br中容易形成共振结构,导致远大于在其他复合物中的红移.     

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.     

CH_3SH和CH_3SLi分子间的锂键和氢键共存型相互作用

在CH3SLi+CH3SH势能面上求得锂键和氢键共存型复合物的两种稳定构型.频率分析表明,与单体相比复合物中S(5)—Li(6)键伸缩振动频率发生红移,而C(8)—H(10)键伸缩振动频率发生蓝移.经B3LYP/6-311++G**,MP2/6-311++G**及MP2/AUG-CC-PVDZ水平计算的含基组重叠误差(BSSE)校正的复合物Ⅰ中相互作用能分别为-58.99,-57.87和-62.89kJ·mol-1.采用自然键轨道(NBO)理论,分析了复合物中单体轨道间的电荷转移,电子密度重排及其与相关键键长变化的本质等.采用分子中的原子(AIM)理论分析了复合物中氢键和锂键的电子密度拓扑性质.在极化连续模型(PCM)下,考察了溶剂化效应.结果表明,所考察的水、二甲亚砜、乙醇和乙醚等四种溶剂均使单体间的相互作用能增大,且溶剂对复合物中的锂键结构及其振动频率具有显著的影响,而对复合物中的氢键的振动频率影响不大.     

CH3SH和CH3SLi分子间的锂键和氢键共存型相互作用

在CH₃SLi＋CH₃SH势能面上求得锂键和氢键共存型复合物的两种稳定构型. 频率分析表明, 与单体相比复合物中S(5)—Li(6)键伸缩振动频率发生红移, 而C(8)—H(10)键伸缩振动频率发生蓝移. 经B3LYP/6-311＋＋G**, MP2/6-311＋＋G**及MP2/AUG-CC-PVDZ水平计算的含基组重叠误差(BSSE)校正的复合物?中相互作用能分别为－58.99, －57.87和－62.89 kJ•mol^－1. 采用自然键轨道(NBO)理论, 分析了复合物中单体轨道间的电荷转移, 电子密度重排及其与相关键键长变化的本质等. 采用分子中的原子(AIM)理论分析了复合物中氢键和锂键的电子密度拓扑性质．在极化连续模型(PCM)下, 考察了溶剂化效应. 结果表明, 所考察的水、二甲亚砜、乙醇和乙醚等四种溶剂均使单体间的相互作用能增大, 且溶剂对复合物中的锂键结构及其振动频率具有显著的影响, 而对复合物中的氢键的振动频率影响不大.     

取代基对N—H…O＝C氢键三聚体中氢键强度的影响

使用MP2方法研究了氢键三聚体中N-H…O=C氢键强度,探讨了氢键受体分子中不同取代基对N-H…O=C氢键强度的影响.研究表明,不同取代基对氢键三聚体中N-H…O=C氢键强度的影响是不同的:取代基为供电子基团,氢键键长r(H…O)缩短,氢键强度增强;取代基为吸电子基团,氢键键长r(H…O)伸长,氢键强度减弱.自然键轨道(NBO)分析表明,N-H…O=C氢键强度越强,氢键中氢原子的正电荷越多,氧原子的负电荷越多,质子供体和受体分子间的电荷转移越多.供电子基团使N-H…O=C氢键中氧原子的孤对电子n(O)对N-H的反键轨道σ~*(N-H)的二阶相互作用稳定化能增加,吸电子基团使这种二阶相互作用稳定化能减小.取代基对与其相近的N-H…O=C氢键影响更大.     

N2O…HOCl复合物结构和性质的理论研究

分别在DFT-B3LYP和MP2/6-311++G**水平上求得HOCl + N2O复合物势能面上的六种(S1, S2, S3, S4, S5和S6)和四种(S1, S2, S4和S5)构型. 频率分析表明,其中的S1和S3为过渡态,其它为稳定构型. 在复合物S3, S5 和S6中,HOCl 单体的σ*(5O-6H)作为质子供体,与N2O单体中作为质子受体的3O原子相互作用,形成氢键结构,而在氢键复合物S2中, 质子受体为N2O单体中的端1N原子;复合物S1中,HOCl分子的σ*(5O-4Cl)作为质子供体与N2O分子中的端1N原子(质子受体)相互作用,形成卤键结构,而复合物S4中的卤键结构的质子受体为N2O分子中的端3O原子. 经B3LYP/6-311++G**水平上的计算,考虑了基组重叠误差(BSSE)校正的单体间相互作用能在-1.56 ~ -8.73 kJ·mol-1之间. 采用自然键轨道理论(NBO)对两种单体间相互作用的本质进行了考查,并通过分子中原子理论(AIM)分析了复合物中氢键和卤键键鞍点处的电子密度拓扑性质.     

卤键的AIM研究

本文利用分子中的原子理论对一系列含卤分子与氨之间形成的卤键进行了分析，内容包括键关键点的确定、关键点的电子密度和拉普拉斯量以及复合物形成前后的若干原子性质，如电荷、能量、极化矩、卤键供体原子体积等的变化。结果显示：（1）所有卤键复合物中均存在一键关键点，其作用属于闭壳型相互作用；（2）卤键复合物键关键点的电子密度及其拉普拉斯量与卤键的强度间存在很好的线性关系；（3）键关键点电子密度的对数与卤键的距离d(X···N)高度相关。这一研究有望对卤键的本质提供进一步的认识。     

HOCl…HCOCl复合物的结构和电子性质

在DFT-B3LYP/6-311++G**水平上求得HOCl+HCOCl复合物势能面上的四种稳定构型(S1,S2,S3和S4).其中,在复合物S1和S3中,HOCl单体的5H原子作为质子供体,与HCOCl单体中作为质子受体的10原子相互作用,形成红移氢键复合物;在复合物S4中,HOCl单体的7Cl原子作为质子供体,与HCOCl单体中作为质子受体的IO原子相互作用,形成红移卤键复合物;而在复合物S2中,同时存在2C-3H…6O蓝移氢键和4Cl…5O相互作用.在MP2/6-311++G**水平上计算的单体间的相互作用能考虑了基组重叠误差(BSSE)和零点振动能(ZPVE)校正,其值在-5.05与-14.76 kJ·mol-1之间.采用自然键轨道理论(NBO)对两种单体间相互作用的本质进行了考查,并通过分子中原子理论(AIM)分析了复合物中氢键和卤键键鞍点处的电子密度拓扑性质.     

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&#8226;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.     

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．     

气相中O3与HSO自由基间的氢键复合物

气相中O3与HSO自由基之间的相互作用及其反应在大气化学中非常重要.在DFT-B3LYP/6-311++G**和MP2/6-311++G**水平上求得O3+HSO复合物势能面上的稳定构型,B3LYP方法得到了三种构型(复合物Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ),而MP2方法只能得到一种构犁(复合物Ⅱ).在复合物Ⅰ和Ⅲ中,HSO单元中的1H原子作为质子供体.与O3分子中的端基O原子作为质子受体相互作用,形成红移氢键复合物;而在复合物Ⅱ中,虽与复合物Ⅰ和Ⅲ中具有相间的质子供体和质子受体,却形成了蓝移氢键复合物.B3LYP/6-311++G**水平上计算的单体间相互作用能的计算考虑了基组重甍误差(BSSE)和零点振动能(ZPVE)校正,其值在-3.37到-4.55 kJ·mol-1之间.采用自然键轨道理论(NBO)对单体间相互作用的本质进行了考查,并通过分子中原子理论(AIM)分析了三种复合物中氢键的电子密度拓扑性质.     

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.     

B…HY/BrY(B=C4H4,C6H6,Y=F,Cl,Br)分子间作用的电子密度拓扑研究

运用MP2/aug-cc-pVDZ对B…HY氢键复合物和B…BrY卤键复合物(B=C4H14,CdH6,Y=F,Cl,Br)的几何构型及相互作用能进行了研究.研究发现对于相同的路易斯碱来说,B…HY和B…BrY的几何构型非常类似,B…BrY卤键键能大于B…HY氢键键能.电子密度拓扑分析表明C4H4(S)…BrY,C4H4(T).…BrF之间的卤键作用介于离子键和共价键之间,其余的氢键和卤键作用均为闭壳层相互作用.形成氢键和卤键后,卤化氢和双卤分子的原子积分性质都发生了变化,B…HY中H原子能量增加,而B…BrY中Br原子能量减少.     

气相中O3与HSO自由基间的氢键复合物

气相中O3与HSO自由基之间的相互作用及其反应在大气化学中非常重要. 在DFT-B3LYP/6-311++G**和MP2/6-311++G**水平上求得O3+HSO复合物势能面上的稳定构型, B3LYP方法得到了三种构型(复合物I, II和III), 而MP2方法只能得到一种构型(复合物II). 在复合物I和III中, HSO单元中的1H原子作为质子供体, 与O3分子中的端基O原子作为质子受体相互作用, 形成红移氢键复合物; 而在复合物II中, 虽与复合物I和III中具有相同的质子供体和质子受体, 却形成了蓝移氢键复合物. B3LYP/6-311++G**水平上计算的单体间相互作用能的计算考虑了基组重叠误差(BSSE)和零点振动能(ZPVE)校正, 其值在-3.37到-4.55 kJ·mol-1之间. 采用自然键轨道理论(NBO)对单体间相互作用的本质进行了考查, 并通过分子中原子理论(AIM)分析了三种复合物中氢键的电子密度拓扑性质.     

Re_2(edt)_4的电子结构和电子吸收光谱的从头算研究

用密度泛函理论中的B3LYP/CEP-4G方法对Re2（edt）4进行了结构优化和自然键轨道计算,并用单电子激发组态相互作用方法（CIS）计算了Re2（edt）4的分子轨道和激发态。结果表明Re-Re之间不存在明显的三重键,进而很好地解释了Re2（edt）4分子的电子吸收光谱。     

含氮D-A加合物的自然杂化轨道研究

采用无参数Fenske-Hall资洽场分子轨道方法计算了氨的三类给予-接受型(D-A)加合物:氢键和锂键型H~3N-AX(A=H,Li;X=F,CI).孤对-空位型H~3N-BX~3(X=H,F,CI,Br)和孤对-σ型H~3N-XX'(X,X'=F,CI)的电子结构. 利用所得波函数对上述体系进行了自然杂轨道分析,给出了三类加合物D-A作用的定域图象. 将分子价的概念推广D-A作用体系的研究,结果表明,在形成D-A加合物时,氨分子价的增量与D-A作用强度呈单调变化,进而提出了用分子价来衡量加合物中D-A相互作用的强弱, 指出了它们相互作用的共通特征在于使分子价的不饱和性得到补偿.     

吡啶与HCl和CHCl3形成分子间红移氢键和蓝移氢键的理论研究

采用量子化学从头算的MP2方法, 分别在6-31G(d,p), 6-311+G(d,p)和AUG-cc-pVDZ基组下, 研究了复合物C5H5N…HCl(1), C5H5N…HCCl3(2)和C5H5N…HCCl3(3)的分子间氢键. 计算结果表明, 在复合物1中, HCl中Cl—H键伸长, 形成Cl—H…N红移氢键; 在复合物2中, HCCl3中C—H键伸长, 形成C—H…N 红移氢键; 在复合物3中, HCCl3中C—H键收缩, 形成C—H…π蓝移氢键. 自然键轨道(NBO)分析表明, 影响氢键红移和氢键蓝移主要有3个因素: n(Y)→σ*(X—H)超共轭作用、X—H键轨道再杂化和质子供体电子密度重排. 其中, 超共轭作用属于键伸长效应, 电子密度重排和轨道再杂化属于键收缩效应. 在复合物1和2中, 由于键伸长效应处于优势地位导致形成红移氢键; 在复合物3中, 由于键收缩效应处于优势地位导致形成蓝移氢键.