卤化氢HX（X=F,Cl,Br,I）与C2H2相互作用本质的量子化学研究

在MP2水平上,采用全电子基组,对C2H2与HX(X=F,Cl,Br,I)相互作用进行了研究.构型优化同时进行频率验证,得到4个T型结构的稳定复合物,相互作用能在-12.761～-7.086kJ/mol之间.自然键轨道(NBO)与分子中的原子(AIM)理论分析表明,形成复合物分子间的电荷转移量都很少,最大仅为0.009a.u.,作用强度与氢键类似.对称性匹配微拢理论(SAPT)能量分解数据表明,对于C2H2…HX(X=F,Cl,Br,I)体系,从F到I,静电作用逐渐减弱,色散作用逐渐增强;相互作用能中对吸引能的贡献主要为静电能和色散能,二者之和占到80%以上,诱导能所占的比例很小,卤化氢与乙炔分子间相互作用的本质为静电作用和色散作用.     

苯-卤素(X2, X=F, Cl, Br, I)相互作用本质的对称性匹配微扰理论研究

在MP2水平下对被定义为"电荷转移复合物(CTC)"的苯(C6H6)-卤素分子X2(X＝F, Cl, Br, I)相互作用体系进行了量子化学研究. 在优化所得C6H6-X2(X＝F, Cl, Br, I)复合物的平衡几何结构中, 卤素分子X2接近垂直指向苯环上碳-碳双键的中心. 自然键轨道(NBO)分析结果表明, 苯-卤素体系中电荷转移的数量很少. 对称性匹配微扰理论(Symmetry-adapted perturbation theory, SAPT) 能量分解结果显示, 在4个复合物体系中, 静电作用的贡献相对较小(只占总吸引作用的20%左右), 对于C6H6-F2体系, 色散作用是其主要吸引作用, 对于C6H6-Cl2, C6H6-Br2和C6H6-I2 体系, 诱导作用则是其主要的吸引作用, 从F到I, 色散作用逐渐减弱, 诱导作用逐渐增强, 表明在电子相关水平上将苯-卤素体系称为"电荷转移复合物"的说法并不确切.     

SiH4与HX(X=F,Cl,Br,I)形成的二氢键复合物的结构特征及本质

本文就SiH4与HX形成的二氢键复合物的结构特征及本质进行了探讨。在MP2/6-311++G(3d,3p)水平优化、频率验证得到复合物的分子结构,通过分子间距离及电子密度等值线图,我们确认SiH4与卤化氢已形成了二氢键复合物。MP2/6-311++G(3d,3p)水平下进行BSSE校正后的结合能为2.703－4.439 KJ/mol。用对称匹配微绕理论(SAPT)对结合能进行分解,分解结果显示,SiH4匟X(X=F,Cl,Br,I)二氢键复合物中静电能对总吸引能的贡献小于28％,并且相对稳定,这就是说SiH4匟X二氢键复合物的本质并非静电作用,而是静电能、诱导能、色散能、交换能对总结合能的贡献都非常重要。     

SiH4与HX(X=F,Cl,Br,I)形成的二氢键复合物的结构特征及本质

本文就SiH4与HX形成的二氢键复合物的结构特征及本质进行了探讨。在MP2/6-311++G(3d,3p)水平优化、频率验证得到复合物的分子结构,通过分子间距离及电子密度等值线图,我们确认SiH4与卤化氢已形成了二氢键复合物。MP2/6-311++G(3d,3p)水平下进行BSSE校正后的结合能为2.703－4.439 KJ/mol。用对称匹配微绕理论(SAPT)对结合能进行分解,分解结果显示,SiH4匟X(X=F,Cl,Br,I)二氢键复合物中静电能对总吸引能的贡献小于28％,并且相对稳定,这就是说SiH4匟X二氢键复合物的本质并非静电作用,而是静电能、诱导能、色散能、交换能对总结合能的贡献都非常重要。     

传统氢键(X—H…Y)还是X—H…π相互作用？ ——无机苯与卤化氢相互作用本质的量子化学研究

在MP2/6-311＋＋G**水平对无机苯(B3N3H6)与卤化氢HX (X＝F, Cl, Br, I)相互作用体系进行了系统研究. 结果表明在B3N3H6-HX (X＝F, Cl, Br, I)体系的平衡几何结构中, HX的H原子倾向于指向B3N3H6环上的N原子, 且从HF到HI相互作用强度依次减弱. 与苯-卤化氢体系比较, 除与HF相互作用B3N3H6较C6H6强外, 其余体系B3N3H6均较C6H6弱(结合能数值相差4 kJ/mol左右). 对称匹配微扰理论(SAPT)能量分解结果说明静电、诱导和色散力对描述B3N3H6-卤化氢体系的相互作用都很重要, 从HF到HI静电能占总吸引作用能的百分比逐渐减少, 色散能占总吸引作用能的百分比逐渐增加, 这种变化趋势与苯-卤化氢体系比较类似, 表明B3N3H6与卤化氢的相互作用随着卤素原子序数的递增, 传统氢键作用趋势减弱, X—H…π相互作用趋势增强.     

同核双卤分子X_2(X=F,Cl,Br,I)与C_2H_2相互作用本质的量子化学研究

用对称性匹配微扰理论(SAPT)对C_2H_2与X2(X=F,Cl,Br,I)相互作用进行了量子化学研究.优化所得的4个稳定复合物相互作用能在-3.276 8~-10.639 5 k J/mol之间.自然键轨道(NBO)理论分析表明,形成复合物分子间的电荷转移量都很少,在0.002 3~0.013 2之间.SAPT2能量分析显示,从F到I,静电能和诱导能先增大后减小,交换能和色散能逐渐增强,相互作用能依次增强.复合物稳定构型的相互作用能中静电能占主导作用,对吸引能的贡献比例在C_2H_2 F2中最大(57.3%),在C_2H_2 I2中最小(49.7%);其次为色散能,在吸引能中所占的比例在21.9%(C_2H_2 F2)~31.2%(C_2H_2 I2)之间;诱导能在吸引能中所占的比例最小,均小于20.7%.     

SiH4与HX(X=F,Cl,Br,I)形成的二氢键复合物的结构特性及本质

对SiH4与HX形成的二氢键复合物的结构特征及本质进行了探讨.在MP2/6-311++G(3d,3p)水平优化、频率验证得到复合物的分子结构,通过分子间距离及电子密度等值线图,确认SiH4与卤化氢已形成了二氢键复合物.MP2/6-311++G(3d,3p)水平下进行BSSE校正后的结合能为2.703～4.439 kJ/mol.用对称匹配微扰理论对结合能进行分解,分解结果显示,SiH4…HX(X=F,Cl,Br,I)二氢键复合物中静电能对总吸引能的贡献小于28%,并且相对稳定.这就是说SiH4…HX二氢键复合物的本质并非静电作用.而是静电能、诱导能、色散能、交换能对总结合能的贡献都非常重要.     

HCN(HNC)与NH3, H2O和HF分子间相互作用的理论研究

在MP2/aug-cc-pVTZ水平上, 对HCN(HNC)与NH3, H2O和HF分子间可能存在的氢键型复合物进行了全自由度能量梯度优化, 通过在相同水平上的频率验证分析发现了稳定的分子间相互作用形式是HCN(HNC)作为质子供体或作为质子受体形成的复合物. 基组重叠误差对总相互作用能的影响均小于3.34 kJ/mol. 通过自然键轨道(NBO)分析, 研究了单体和复合物中的原子电荷和电荷转移对分子间相互作用的影响. 对称性匹配微扰理论(SAPT, Symmetry Adapted Perturbation Theory)能量分解结果表明, 在分子间相互作用中, 静电作用与诱导作用占主导地位, 而诱导作用与复合物的电荷转移之间具有良好的正相关性.     

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.     

(CH2)2O, (CH2)2S与双卤分子间卤键的理论研究

运用量子化学密度泛函B3LYP方法, 采用6-311＋＋G(d,p)及aug-cc-pVDZ基组, 通过CP校正的几何梯度优化对(CH2)2O和(CH2)2S与双卤分子XY (XY＝Cl2, Br2, ClF, BrF, BrCl)形成的卤键复合物的几何构型、振动频率和相互作用能等进行了研究. 利用电子密度拓扑分析理论方法对卤键复合物的拓扑性质进行了分析研究, 探讨了该类分子间卤键的作用本质. 结果表明, (CH2)2O和(CH2)2S与双卤分子间的卤键介于共价键与离子键之间, 偏于静电作用成分为主. 形成卤键后, 双卤分子的键长增加, 振动频率减小, 原子积分性质发生改变. 卤键键长的变化、键能的强弱、键鞍点处的电子密度值与双卤分子的电负性有关.     

卤代氰基卡宾自由基XCCN(X=F,Cl,Br)的理论研究

在C_s对称性和ANO-S基组下, 使用全活化空间自洽场方法(CASSCF), 研究了卤代氰基卡宾自由基及其阴离子的低能电子激发态性质. 为了进一步考虑电子的动态相关效应,采用多组态二级微扰理论(CASPT2)获得更加精确的能量值. 计算结果表明, XCCN的基态是三重态. 单重态和三重态的能隙差ΔE_S-T(kJ/mol): 7.4(FCCN)<13.4(ClCCN)<16.6(BrCCN). 计算得到, XCCN(X=F, Cl, Br)最低垂直激发能分别为408.3, 385.4和 345.2 kJ/mol, 这归因于π(a′) →n_xy 的电子跃迁; XCCN的电子亲和势分别为235.7, 233.0和 237.2 kJ/mol, 与HCCN相比, 其电子亲和势变大.     

Theoretical determination of the favorable mechanism of the reaction between AlX and HX (X = Br, Cl, and F)

The reaction mechanism between AlX and HX (X = Br, Cl, and F) have been characterized in detail using DFT as well as the ab initio method. The reaction yielding AlX₃ and molecular hydrogen was calculated to be highly exothermic. The present calculations also show that the possible routes to the trihalides species start more favorable with the primary insertion product AlX₂H than with the biadduct AlX(HX)₂ one.      

C_(56)X_(10)(X=F,Cl,Br,I)的结构稳定性和电子性质

采用密度泛函理论(DFT)中的广义梯度近似(GGA)方法对C56X10(X=F,Cl,Br,I)的结构稳定性和电子性质进行了计算研究.结构稳定性计算表明:对于C56X10(X=F,Cl,Br,I),能隙、反应热、最大振动频率和最小振动频率都随着X原子序数的增加而减小,表明C56X10(X=F,Cl,Br,I)的稳定性随着X原子序数的增加而逐渐降低,其中C56F10最为稳定.前人在实验上已成功合成出C56Cl10,因此,我们推测C56F10有望在实验上成功合成.前线轨道计算发现,C56相邻的五边形公共顶点以及两个六边形-五边形-六边形公共顶点是笼子中化学活性最强的部位,有利于卤族元素的外部吸附.此外,计算结果还显示,C56X10(X=F,Cl,Br,I)的电负性随着X原子序数的增大而逐渐减弱,C—X基团的电负性因位置的不同而不同.     

C_(80)X_(12)(X=H,F,Cl,Br)的结构和稳定性

为了考察勒烯衍生物结构与稳定性关系,采用密度泛函理论方法对C80X12(X=H,F,Cl,Br)进行了系统计算究.结表明,在C80X12(X=H,F)异构体中,最低能量异构体都违反五元环分离规则.然而,在C80X12(X=Cl,Br)异构体中,最低能量异构体都满足五元环分离规则.由于van der Waals半径较小,H或F加成到碳笼上时外部原子之间排斥作用小,因此在其优结构中,H或F优先加成到2个五元环共用碳原子上.相反,对于氯化、溴化勒烯,为了避免外部加成原子之间在重空间排斥作用,其优结构中Cl或Br优先加成到1,4-位点上.计算结还显,氢化、卤化反应热(C80+6X2→C80X12)遵循如下顺序,即C80F12>C80Cl12>C80H12>C80Br12.这些结表明勒烯衍生物稳定性和衍生化模与加成原子尺和电性有关.     

Theoretical study on tetranuclear boron clusters: B4X4 (X = H, F, Cl, Br, I)

The molecular orbitals for B4H4, B4F4, B4Cl4, B4Br4 and B4I4 have been calculated by using all-electron or effective core potential ab initio method at the self-consistent field level using basis sets with diffuse and polarization functions. The boron-boron and boron-halide (-hydrogen) distances of these cage compounds are optimized with three kinds of basis sets constrained to a tetrahedral symmetry. According to the localization scheme of Boys, four three-centered two-electron (3c2e) B-B-B bonds localized on each of the faces of the B4 tetrahedron are derived for B4X4 clusters. The HOMO-LUMO energy gaps, atomization energies and Mulliken overlap populations of these compounds indicate that the stabilities of the clusters decrease in the sequence of B4F4 > B4Cl4, B4H4 > B4Br4 > B4I4.     

A challenge for density functional theory: the XONO and XNO2 (X=F, Cl, and Br) molecules

The equilibrium geometries, harmonic frequencies, dipole moments, infrared intensities, and relative energies of the cis-XONO, trans-XONO, and XNO₂ (X=F, Cl, and Br) have been investigated using four functionals in common use in Kohn-Sham density functional theory (DFT) calculations. Two of the functionals include non-local or gradient correction terms, while the other two also incorporate some exact Hartree-Fock exchange and are labeled hybrid functionals. The quality of the results obtained from the functionals is determined by comparison to previously published high-level coupled-cluster calculations. The hybrid functionals perform better for prediction of the equilibrium geometries, where the two gradient corrected functionals yield qualitatively incorrect molecular structures for cis-FONO and cis-ClONO. None of the functionals perform well in predicting all six harmonic frequencies, showing that the correlation between equilibrium geometries and harmonic frequencies is not as strong for these DFT methods as it is for conventional wavefunction ab initio methods, such as coupled-cluster theory. Results from the various functionals generally come into better agreement with each other and also with the coupled-cluster results moving down the periodic table. Received: 12 February 1997 / Accepted: 25 March 1997     

HNCS与CX(X=H,F,Cl)自由基反应的理论研究

用量子化学密度泛函理论的UB3LYP方法,在6-31 G^*水平上按BERNY能量梯度解析法全参数优化了HNCS与CX(X=H,F,Cl)反应势能面上各驻点的几何构型,通过同一水平的振动频率分析确认了中问体和过渡态,并得到各驻点的零点能校正(Ezpc)．通过内禀反应坐标(IRC)计算确认了反应物、中间体、过渡态和产物的相关性并得到最小能量途径(MEP)．为了得到体系势能面的更准确信息,在各驻点的UB3LYP／6-31 G^*构型基础上,又进行了UQCISD(T)／6-311 G^**水平上的单点能计算,得到体系的势能面信息和可能的反应机理．应用变分过渡态理论及最小能量途径半经典绝热基态(MEPSAG)、小曲率半经典绝热基态(SCSAG)隧道效应校正的方法计算了标题反应在250～1500K温度范围内的速率常数．研究结果表明,HNCS与CX自由基反应是通过分子间H原子迁移及N—C键的断裂,生成产物CS NCXH．反应均为放热反应．