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的反键轨道滓*(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.     

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.     

取代基对腺嘌呤与胸腺嘧啶氢键复合物体系结合能的影响

优化得到了17个取代胸腺嘧啶与腺嘌呤形成的氢键复合物的结构, 并计算了这些复合物的结合能, 探讨了胸腺嘧啶上不同取代基对结合能的影响. 结果表明, CF₃取代的胸腺嘧啶与腺嘌呤间的结合能大于胸腺嘧啶与腺嘌呤间的结合能, 这可能是屈氟尿苷具有阻止病毒及肿瘤扩散功能的原因所在. SO₃H, CN和NO₂取代的胸腺嘧啶与腺嘌呤间具有更大的结合能, 表明这3个基团取代的胸腺嘧啶也可能具有潜在的抗肿瘤作用. 分子中原子理论与自然键轨道分析表明, 在所有体系中, 氢键N—H…N最强, N—H…O=C次之, C—H…O=C最弱, 轨道作用在氢键作用中占有重要地位.     

酰基硫脲分子内氢键与取代基效应的定量关系

对２３个Ｎ－二茂铁甲酰基－Ｎ’－芳基硫脲和４个Ｎ－苯甲酰基－Ｎ’－芳基硫脲的δβ－ＮＨ与各种取代胺的碱性强度ｐＫｂ及苯环下取代基常数σ进行了系统的定量关系研究。结果提示了此类化合物的分子内氢键与取代基效应之间的定量关系。     

分子内氢键V.N-甲基-2-邻羟基芳相基苯并咪唑的合成及分子内氢键

本文报道N-甲基取代邻羟基芳香基苯并咪唑的合成,并研究了此类螯合剂 的分子内氢键的性质.在合成N-甲基芳香基苯并咪唑或芳香基苯并咪唑过程中进行的N-甲基化时,随着>NH基N上的电荷密度增加和取代基空间位阻的增大,产率急剧下降.羟基的化学位移,离解常数和HMO计算均表明2-(邻羟基芳香基)-苯并咪唑, 唑,噻唑等化合物均具有较弱的分子内氢键.由于五员共轭环的生成,内氢键强度与结构之间的规律性很差.这与前文[7]关于邻苯基偶氮芳香酚和2(-邻羟基苯基)喹啉的结果不同.     

槲皮素与尿嘧啶和胸腺嘧啶氢键的结合位点

深入理解药物分子和核酸碱基间的相互作用机制对合理设计研发新型高效药物有重要意义. 本文运用密度泛函理论B3LYP方法对核酸碱基尿嘧啶和胸腺嘧啶与药物分子槲皮素间的氢键相互作用位点进行了研究. 使用B3LYP/6-31G(d)方法优化得到了30个稳定的氢键复合物结构, 使用B3LYP/6-311++G(3df,2p)方法计算了这些复合物的结合能. 研究结果表明, 槲皮素可以使用5个不同的结合位点与尿嘧啶或胸腺嘧啶形成氢键复合物, 尿嘧啶或胸腺嘧啶可以使用3个不同的结合位点与槲皮素形成氢键复合物. 当槲皮素的结合位点固定时, 槲皮素与尿嘧啶的位点u1或胸腺嘧啶的位点t1形成的氢键作用最强, 与位点u2或位点t2形成的氢键强度最弱; 当尿嘧啶或胸腺嘧啶的作用位点固定时, 二者与槲皮素的位点qu1 形成的氢键作用最强, 与位点qu5 作用强度次之, 与位点qu3的作用强度最弱. 分子中原子(AIM)和自然键轨道(NBO)分析计算结果表明, 轨道作用在氢键中起重要作用.     

N-H…O红移氢键和蓝移氢键的理论研究

用理论方法研究了复合物HCHO…HNO, HCOOH…HNO, HCHO…NH₃, HCOOH…NH₃, HCHO…NH₂F和HCOOH…NH₂F分子间氢键. 在MP2/6-31+G(d,p), MP2/6-311++G(d,p), B3LYP/ 6-31+G(d,p)和B3LYP/6-311++G(d,p)水平上, 利用标准方法和均衡校正方法对6种复合物进行了几何优化和振动频率计算. 计算结果表明: 在复合物HCHO…HNO和HCOOH…HNO中, HNO中N—H键强烈收缩, 存在显著的N—H…O蓝移氢键. 在复合物HCHO…NH₃, HCOOH…NH₃, HCHO…NH₂F和HCOOH…NH₂F中, NH3和NH₂F中N—H键伸长, 存在N—H…O红移氢键. 利用自然键轨道(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、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, 电子密度重排、轨道再杂化和结构重组属于键收缩效应. 在复合物HCHO…HNO和HCOOH…HNO中, 由于键收缩效应处于优势地位导致N—H…O蓝移氢键存在. 在复合物HCHO…NH₃, HCOOH…NH₃, HCHO…NH₂F和HCOOH…NH₂F中, 键伸长效应居于主导地位,N—H…O红移氢键出现.     

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.     

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.     

CH3SH…HOO开壳型氢键复合物的结构及其电子密度拓扑性质

在DFT-B3LYP/6-311++G**水平下求得CH3SH…HOO复合物势能面上的稳定构型. 计算结果表明, 在HOO以其O8—H7作为质子供体与CH3SH分子中的S5原子为质子受体形成的氢键复合物1和2中, O8—H7明显被“拉长”, 且其伸缩振动频率发生显著的红移, 红移值分别为330.1和320.4 cm-1; 在CH3SH分子以其S5—H6作为质子供体与HOO的端基O9原子为质子受体形成的氢键复合物3和4中, 也存在类似的情况, 但S5—H6伸缩振动频率红移不大. 经MP2/6-311++G**水平计算的4种复合物含BSSE校正的相互作用能分别为-20.81, -20.10, -4.46和-4.52 kJ/mol. 自然键轨道理论(NBO)分析表明, 在CH3SH…HOO复合物1和2中, 引起H7—O8键长增加的因素包括两种电荷转移, 即孤对电子n1(S5)→σ*(H7—O8)和孤对电子n2(S5)→σ*(H7—O8), 其中后者为主要作用. 在复合物3和4中也有相似的电荷转移情况, 但轨道间的相互作用要弱一些. AIM理论分析结果表明, 4个复合物中的S5…H7间和O9…H6间都存在键鞍点, 且其Laplacian量▽2ρ(r)都是很小的正值, 说明这种相互作用介于共价键和离子键之间, 偏静电作用为主.     

多肽中氢键强度的理论研究

用B3LYP/6-31G^*法优化了多肽分子的几何构型,计算了各个构型的电荷分布和氢键酸度,进而对多肽分子中的氢键强度进行了研究.结果表明,多肽分子中氢键的强度同时取决于形成氢键的H…O原子间距R和N-H…O之间的键角β;多肽分子倾向于形成R值小、β值大的大环氢键.3₁₀螺旋结构的多肽分子中的氢键具有协同效应,分子越大,分子中氢键越多,氢键的协同效应越强.     

Hydrogen Bond Effect in Nonlinear Optical Properties of Azobenzene Derivatives

Three kinds of 4-hydroxyl azobenzene compouds with different substituents varied as -NO₂, -H, -OCH₃ in the para-position were synthesized and characterized. Their nonlinear optical properties in tetrahydrofuran (THF) and chloroform (CHCl₃) solution were determined using Z-scan technique. The results revealed that the nonlinear absorption (β) and nonlinear refraction (γ) values of three azobenzene compounds in THF solution were larger than those in CHCl₃ solution. It was mainly due to the regular arrangement and effective π-conjugation of azobenzene molecules caused by the formation of hydrogen bonds between the hydroxyl groups of azobenzene molecules and the oxygen atom of the THF molecules. Among three kinds of azobenzene compounds, the 4-nitro-4'-hydroxyazobenzene (NAzoOH) had the largest coefficients of βand γ values in both THF and CHCl₃ solution. It was mainly because that a push-pull (D-π-A) electron system was formed by the electron withdrawing nitro-substituent with electron donating hydroxyl-group in both extremities of azobenzene, resulting in a higher electron delocalization.     

取代基对腺嘌呤与胸腺嘧啶氢键复合物体系结合能的影响简

优化得到了17个取代胸腺嘧啶与腺嘌呤形成的氢键复合物的结构,并计算了这些复合物的结合能,探讨了胸腺嘧啶上不同取代基对结合能的影响. 结果表明,CF3取代的胸腺嘧啶与腺嘌呤间的结合能大于胸腺嘧啶与腺嘌呤间的结合能,这可能是屈氟尿苷具有阻止病毒及肿瘤扩散功能的原因所在. SO3H,CN和NO2取代的胸腺嘧啶与腺嘌呤间具有更大的结合能,表明这3个基团取代的胸腺嘧啶也可能具有潜在的抗肿瘤作用. 分子中原子理论与自然键轨道分析表明,在所有体系中,氢键N—H…N最强,N—H…O=C次之,C—H…O=C最弱,轨道作用在氢键作用中占有重要地位.     

含酰胺和尿嘧啶的氢键复合物的三体效应

采用包含BSSE校正的MP2/aug-cc-pVTZ方法对酰胺、二肽、尿嘧啶和水分子形成的氢键复合物的三体效应进行了研究,分析了三体作用能对体系总作用能的贡献.结果表明,在这些氢键复合物中,三体作用能占体系总作用能的10%~20%,三体作用属于近程作用,因此在分子模拟中至少应考虑近处的三体效应.     

Fapy-G对碱基氢键复合物影响的理论研究

应用量子化学方法对2,6-二氨基-4-羟基-5-甲酰胺嘧啶(Fapy-G)与正常碱基作用形成的20种氧化碱基对的多种性质进行了理论分析,碱基G的C8位被氧化后N7和N9位分别增加一个H原子,使其由氢键受体变成氢键供体,N7,N9及O6原子所带的电荷变负,同时O6作为氢键受体的能力增强.与碱基单体相比,碱基对中形成氢键的受体原子所带的电荷平均减小0.05 e;供体H原子所带的电荷平均增大0.02 e.Fapy-G分子中六元环上受体N原子参与形成氢键时,环的呼吸振动模式和N与对位C的振动模式的振动频率蓝移;与氢键相关的振动频率红移.所有氧化碱基对中,NH…N比NH…O氢键作用更强,且在NH…N氢键中,在六元环上的供体N原子形成的氢键比在氨基或开环上的供体N原子形成的氢键强.Fapy-G与碱基A作用结合能区域顺序为1>2>4>3,与碱基T(R)作用区域顺序为3=4>1>2;水溶液使Fapy-G与碱基C作用的结合能减弱程度最大,结合能达到41.84~58.58 k J/mol,且使碱基对结合能力次序发生改变.     

Strength of Intramolecular Hydrogen Bonds

The concept of resonance-assisted hydrogen bonds(RAHBs)highlights the synergistic interplay between theπ-resonance and hydrogen bonding interactions.This concept has been well-accepted in academia and is widely used in practice.However,it has been argued that the seemingly enhanced intramolecular hydrogen bonding(IMHB)in unsaturated compounds may simply be a result of the constraints imposed by theσ-skeleton framework.Thus,it is crucial to estimate the strength of IMHBs.In this work,we used two approaches to probe the resonance effect and estimate the strength of the IMHBs in the two exemplary cases of the enol forms of acetylacetone and o-hydroxyacetophenone.One approach is the block-localized wavefunction(BLW)method,which is a variant of the ab initio valence bond(VB)theory.Using this approach,it is possible to derive the geometries and energetics with resonance shut down.The other approach is Edmiston’s truncated localized molecular orbital(TLMO)technique,which monitors the energy changes by removing the delocalization tails from localized molecular orbitals.The integrated BLW and TLMO studies confirmed that the hydrogen bonding in these two molecules is indeed enhanced byπ-resonance,and that this enhancement is not a result ofσconstraints.