硝酸乙酯分子间相互作用的ab initio研究

在abinitio-HF/6-31G水平上求得硝酸乙酯二聚体势能面上的四种优化构型和电子结构。经MP2电子相关校正和基组叠加误差(BSSE)以及零点能(ZPE)校正，求得二聚体的最大结合能为11.46kJ.mol^-^1，还进行HF/6-311G和HF/6-311++G水平的总能量比较计算，发现6-31G基组对计算结合能比较适合，二子体系间的电荷转移很少，对优化构型进行振动分析，并基于统计热力学求得从单体形成二聚体的热力学性质变化。     

新的杯[4]芳烃衍生物通过缔合乙腈进行自插入的X-射线衍射和密度泛函理论研究

合成和表征了一个新的杯[4]芳烃衍生物，11,23-二羟亚胺甲基-25,27-二羟基-26,28-二丙氧基杯[4]芳烃 (B)及其与乙腈生成的组成为B·2CH₃CN的化合物。¹H NMR显示，在B·2CH₃CN中B采取锥型构象，X-射线衍射分析确证在溶液中所发现的构象。在晶格网络中存在着B·2CH₃CN以二聚体形式的自插入现象。在B3LYP/6-311G(d)水平上计算了该自插入二聚体中的非共价相互作用能，并对基集叠加误差进行了校正。在二聚体中的B·2CH₃CN，一个CH₃CN通过与羟亚胺基形成氢键使之稳定，结合能为–5.02 kJ·mol^-1，另一个CH₃CN则通过与另一个羟亚胺基形成氢键以及与另一B·2CH₃CN中B苯环空腔间的C–H···π相互作用使之稳定，结合能分别为–14.23 kJ·mol^-1和–3.77 kJ·mol^-1。自插入的驱动能为–7.54 kJ·mol^-1。     

2-溴丙酸气相热消除反应的机理

用密度泛函（DFT）方法,在B3LYP/6-31G**水平上对2-溴丙酸气相消除反应机理进行了研究.计算表明,反应主要是通过半极化五元环结构过渡态进行的,羧基上的氢原子协助溴原子离去,羧基氧原子帮助稳定过渡态.在B3LYP/6-311＋＋G(3df,3pd)水平上对B3LYP/6-31G**优化的几何构型进行了单点能计算,计算所得反应的速度控制步骤的活化能为189.461 kJ•mol－1,偏离实验值((180.3±3.4) kJ•mol－1)5.08％.     

1H-ANTA二聚体分子间相互作用的密度泛函理论研究

在DFT-B3LYP/6-311＋＋G**水平上求得1H-3-硝基-5-氨基-1,2,4-三唑(1H-ANTA)二聚体势能面上5种优化构型和电子结构. 经基组叠加误差(BSSE)和零点能(ZPE)校正, 求得分子间最大结合能为70.63 kJ/mol. 二聚体的形成使电荷向三唑环转移. 由氢键强弱推断二聚体稳定性的顺序与结合能顺序相一致, 氢键是二聚体的主要作用形式. 对优化构型进行振动分析, 并基于统计热力学求得200.0～800.0 K温度范围内单体形成二聚体的热力学性质变化. 发现在该温度范围所有二聚过程均能自发进行.     

乙酰丙酮热分解反应的理论研究

用MINDO/3方法研究了乙酰丙酮的热分解反应，研究结果表明，醇式构型比酮式构型稳定；具有最低能垒的两个反应通道──反应(1)和(2)的活化位垒分别为210.250和225.501 kJ·mol~(-1)．     

甲醛与乙醛,甲醚,硝基甲烷相互作用的从头算研究

用6-31G、全构型优化,研究了甲醛与乙醛、甲醚、硝基甲烷的相互作用。结果表明所有超分子稳定构型都包含2个C—H—O氢键的平面环状结构。H—O距离为0.228～0.264 nm,作用能为—19～—24 kJ/mol,与二聚水的作用能接近。稳定性主要取决于甲基上取代基Y吸电子能力以及环状结构中氢键张力。STO-3G不很适用于研究这类分子的相互作用。     

BeH2与HX(X=F,Cl, Br,I)形成的二氢键复合物的结构特征与本质

对BeH2与HX(X=F, Cl, Br, I)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, 用分子间距离及电子密度拓扑理论确认BeH2与卤化氢已形成了二氢键型复合物. 在MP2/6-311++G(3d, 3p)水平下进行基函数重叠误差(BSSE)校正后的结合能在-14.468 kJ·mol-1到-5.464 kJ·mol-1之间.用对称匹配微扰理论(SAPT)对复合物的结合能进行分解, 结果表明, BeH2…HX二氢键复合物中静电能对总吸引能的贡献都是最主要的, 但交换排斥能、诱导能、色散能对总结合能的贡献也很重要. 从BeH2…HF到BeH2…HI, 诱导能对总吸引能的贡献从37.8%逐渐减小到24.0%. 而色散能对总吸引能的贡献从BeH2…HF体系中的16.0%逐渐增加到BeH2…HI体系中的33.8%.     

TATB固体与表面吸附水的相互作用研究

TATB（1，3，5-三氨基-2，4，6-三硝基苯）是最著名的耐热钝感炸药；水在 TATB表面的吸附作用研究具有理论和实用双重意义。在B3LYP/6-31G~（**）水平上 ，在对TATB晶体（001）表面作周期性计算的基础上经基组叠加误差（BSSE）校正 ，求得TATB的表面能为-19.90 kJ·mol~(-1)，与实验值良好相符；首次求得水在 TATB（001）面的吸附能为-10.25kJ·mol~(-1)；重点讨论了吸附前后能带和电子 结构的变化。     

(MN)nHm(M=Ga,In; n=1-4; m=1, 2)团簇的结构与稳定性

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 在6-31G**和Lanl2dz水平上分别对(MN)nHm(M=Ga, In; n=1-4; m=1, 2)进行了优化和振动频率计算. 得到了上述团簇的最稳定构型、H原子的结合能以及它们的能隙. 结果表明, (MN)nH(M=Ga, In; n=1-4)的基态构型均为双重态, (MN)nH2(M=Ga, In; n=1-4)的基态构型均为单重态; 当氢的个数为1时, 加在N原子上比加在M(M=Ga, In)原子上稳定, 如有N3单元, 那么加在N3单元两侧的构型是相同的, 且它是最稳定的; 当氢的个数为2时, 除n=1外, 分别加在两个N原子上的构型是最稳定的, 如有N3单元, 那么分别加在N3单元分离最远的两个N原子的构型是最稳定的. GaNH、(GaN)3H 和InNH的结合能和能隙都很大, 说明这些团簇都有很高的稳定性.     

单线态氧(~1O_2)与咪唑1,4-环加成反应的理论研究

本文用量子化学从头计算方法对单线态氧(~O_2)与咪唑环加成反应的机理进行了理论研究.用能量梯度法优化获得了实验上尚未检测到的侧式桥环过氧化物(endoperoxde)的结构,并在势能面上确定了单线态氧与咪唑1,4-环加成反应的过渡态.通过对过渡态的结构特征,虚振动方向,电荷分布情况以及轨道相互作用的分析,说明这个反应的机理是同步和协同的;正反应的活化势垒为69.5kJ·mol~(-1),逆反应的活化势垒为140.4kJ·mol~(-1)(6-31G的结果).     

(CH3)2S与HOCl分子间的卤键和氢键相互作用

在DFT-B3LYP/6-311++G**水平上分别求得(CH3)2S…ClOH卤键复合物和(CH3)2S…HOCl氢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, 10Cl—11O和12H—11O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-11.69和-24.16 kJ·mol-1. 自然键轨道理论(NBO)分析表明, 在(CH3)2S…ClOH卤键复合物中, 引起10Cl—11O键变长的因素包括两种电荷转移: (i) 孤对电子LP(1S)1→σ*(10Cl—11O); (ii) 孤对电子LP(1S)2→σ*(10Cl—11O), 其中孤对电子LP(1S)2→σ*(10Cl—11O)转移占主要作用, 总的结果是使σ*(10Cl—11O)的自然布居数增加0.14035e, 同时11O原子的再杂化使其与10Cl成键时s成分增加, 即具有与电荷转移作用同样的“拉长效应”; 在(CH3)2S…HOCl氢键复合物中也存在类似的电荷转移, 但是11O原子的再杂化不同于前者. 自然键共振理论(NRT)进行键序分析表明, 在卤键复合物和氢键复合物中, 10Cl—11O和12H—11O键的键序都减小. 通过分子中原子理论(AIM)分析了复合物中卤键和氢键的电子密度拓扑性质.     

Coordination of methanol clusters to benzene: a computational study

Benzene-methanol cluster structures were investigated with theoretical chemistry methods to describe the microsolvation of benzene and the benzene-methanol azeotrope. Benzene-methanol (MeOH) clusters containing up to six methanol molecules have been calculated by ab initio [MP2/6-311++G(d,p)//MP2/6-31+G(d,p) + BSSE correction] method. The BSSE was found quite large with this basis set, hence, different extrapolation schemes in combination with the aug-cc-pVxZ basis sets have been used to estimate the complete basis set limit of the MP2 interaction energy [ΔE(MP2/CBS)]. For smaller clusters, n ≤ 3, DFT procedures (DFTB+, MPWB1K, M06-2X) have also been applied. Geometries obtained for these clusters by M06-2X and MP2 calculations are quite similar. Based on the MP2/CBS results, the most stable C(6)H(6)(MeOH)(3) cluster is characterized by a hydrogen bonded MeOH trimer chain interacting with benzene via π···H-O and O···H-C(benzene) hydrogen bonds. Larger benzene-MeOH clusters with n ≥ 4 consist of cyclic (MeOH)(n) subclusters interacting with benzene by dispersive forces, to be denoted by C(6)H(6) + (MeOH)(n). Interaction energies and cooperativity effects are discussed in comparison with methanol clusters. Besides MP2/CBS calculations, for selected larger clusters the M06-2X/6-311++G(d,p)//M06-2X/6-31+G(d,p) procedure including the BSSE correction was also used. Interaction energies obtained thereby are usually close to the MP2/CBS limit. To model the benzene-MeOH azeotrope, several structures for (C(6)H(6))(2)(MeOH)(3) clusters have been calculated. The most stable structures contain a tilted T-shaped benzene dimer interacting by π···H-O and O···H-C (benzene) hydrogen bonds with a (MeOH)(3) chain. A slightly less negative interaction energy results for a parallel displaced benzene sandwich dimer with a (MeOH)(3) chain atop of one of the benzene molecules.     

烟酸二聚体的结构与性质

用密度泛函理论B3LYP方法选取6-311+G(d,p)基组对烟酸-烟酸复合物进行了量子化学计算研究, 通过在相同水平下的频率振动分析发现了势能面上存在7个极小值点, 其最稳定构型1对应一N…H—O型强氢键, 其结合能在消除基组重叠误差后为-48.3 kJ·mol-1. 通过自然键轨道(NBO)分析, 研究了电荷转移及轨道相互作用. 通过自洽反应场(SCRF)理论中的极化连续模型(PCM)在介电常数分别为1.0(真空)、2.247(苯)、10.36(二氯乙烷)、20.7(丙酮)、32.63(甲醇)、78.39(水)的不同溶剂环境下重新优化烟酸复合物势能面上最稳定构型1, 研究了溶剂对烟酸复合物几何构型及结合能的影响. 发现溶剂化作用增大了烟酸复合物分子间的结合能, 导致N…H距离减小. 当溶液介电常数在1.0-32.63范围时, 溶剂效应十分显著, 当介电常数大于32.63后, 溶剂化作用趋于稳定.     

s-四嗪-水簇复合物的理论研究

用量子化学B3LYP方法和6-31＋＋G**基函数研究了s-四嗪-水簇复合物基态分子间相互作用, 并进行了构型优化和频率计算, 分别得到无虚频稳定的s-四嗪-(水)₂复合物、s-四嗪-(水)₃复合物和s-四嗪-(水)₄复合物6个、9个和12个. 复合物存在较强的氢键作用, 复合物结构中形成一个N…H—O氢键并终止于O…H—C氢键的氢键水链构型最稳定. 经基组重叠误差和零点振动能校正后, 最稳定的1∶2, 1∶3和1∶4(摩尔比)复合物的结合能分别是41.35, 70.9和 94.61 kJ/mol. 振动分析显示氢键的形成使复合物中水分子H—O键对称伸缩振动频率减小(红移). 研究表明N…H键越短, N…H—O键角越接近直线, 稳定化能越大, 氢键作用越强. 同时, 用含时密度泛函理论方法在TD-B3LYP/6-31＋＋G**水平计算了s-四嗪单体及其氢键复合物的第一¹(n, p*)激发态的垂直激发能.     

乙醛二聚体内蓝移型氢键的理论研究

利用理论方法研究了乙醛二聚体内的氢键. 在MP2/6-31＋G(d), B3LYP/6-31＋G(d), B3LYP/6-311＋＋G(d,p)和B3LYP/6-311＋＋G(3df,2p)水平上, 利用常规方法和均衡校正方法对3种稳定的乙醛二聚体进行了几何优化和振动频率计算. 计算结果表明: 在二聚体A和C中乙醛中C—H键强烈收缩, 存在显著的C—H…O蓝移型氢键. 自然键轨道(NBO)分析表明, 电子供体轨道和电子受体轨道之间相互作用的稳定化能、分子内电子密度重排、轨道再杂化和结构重组是决定氢键红移和蓝移的主要因素. 其中, 轨道间稳定化能属于键伸长效应, 分子内电子密度重排、轨道再杂化和电子受体内部结构重组属于键收缩效应. 在二聚体A和C中, 由于键收缩效应处于优势地位导致C—H…O蓝移氢键存在.     

Density Functional Theory Study on Interaction between Catechin and Thymine

The interacting patterns and mechanism of the catechin and thymine have been investigated with the density functional theory Becke's three-parameter nonlocal exchange functional and the Lee, Yang, and Parr nonlocal correlation functional (B3LYP) method by 6-31+G*basis set. Thirteen stable structures for the catechin-thymine complexes have been found which form two hydrogen bonds at least. The vibrational frequencies are also studied at the same level to analyze these complexes. The results indicated that catechin interactedwith thymine by three different hydrogen bonds as N-H…O、C-H…O、O-H…O and the complexes are mainly stabilized by the hydrogen bonding interactions. Theories of atoms in molecules and natural bond orbital have been adopted to investigate the hydrogen bondsinvolved in all systems. The interaction energies of all complexes have been corrected for basis set superposition error, which are from -18.15 kJ/mol to -32.99 kJ/mol. The results showed that the hydrogen bonding contribute to the interaction energies dominantly. The corresponding bonds stretching motions in all complexes are red-shifted relative to that of the monomer, which is in agreement with experimental results.     

C6H5—H…X分子间氢键的理论计算

利用密度泛函理论B3LYP方法, 在6-311+G(3df,2p)水平上对C6H5—H…X型分子间氢键进行了几何构型优化、氢键相互作用能、电子密度分布等计算. 其中C6H6为质子供体, HCOH、H2O、NH3、CH2NH和HCN为质子受体. 从电荷布居分析、自然键轨道等角度详细地讨论了C6H5—H…X 体系中, 共轭π键、O和N的不同键型结构对氢键形成的影响以及孤电子对与C—H 反键轨道之间的相互作用(n→σ*)等.     

A theoretical study on the intermolecular interaction of energetic system-Nitromethane dimer

Three optimized geometries of nitromethane dimer have been obtained at the HF/6-31G level.Dimer binding energies have been corrected for the basis set superposition error (BSSE) and the zero point energy.Computed results indicate that the cyclic structure of (CH3NO2)2 is the most stable of three optimized geometries,whose corrected binding energyis 17.29 kJ mol-1 at the MP4SDTQ/6-31G//HF/6-31G level.In the optimized structures of nitromethane dimer,the inter-molecular hydrogen bond has not been found; and the charge-transfer interaction between CH3NO2 subsystems is weak; and the correlation interaction energy makes a little contribution to the intermolecular interaction energy of the dimer.     

α-氯甲硫醚自由基的构型和推拉效应

推拉效应(captodative effect)指的是,当自由基中心原子上同时连有推电子基及吸电子基时,该自由基具特殊稳定性的现象.近年来,许多化学工作者对此产生了很大的兴趣.研究该效应的方法,主要有理论计算及实验考察.Crans、Leroy等用ab initio 法首先计算了一些简单有机自由基的推拉效应.Pasto 最近探讨了动力学及热力学推拉效应.我们对氨基酸自由基作过考察,发现其有较大的推拉效应.最近,我们对α-氯甲硫醚自由基的稳定性进行了ab initio 计算.结果表明其热力学推拉效应值ΔE_(cd)~T 及动力学推拉效应值ΔE_(cd)~K 都小于零.我们先在STO-3G 水平寻找分子及自由基的