重要生物微量元素和常见负电性元素在不同价态和电子组态下的轨道指数和电负性

本文用Xα方法计算出不同价态与电子组态下锰、铁、钴、铜、锌及钼等过渡族重要生物微量元素和氮、氧、氟、磷、硫、氯、硒和溴等常见负电性元素的数值原子轨道和轨道电负性值,再用数值拟合方法得出这些原子轨道的单ξ和双ξSlater型基函数的指数.研究了这些元素的原子所带电荷和电子组态对其原子轨道指数与轨道电负性的影响,给出了相应的回归公式.这些公式有较高的精确度,不但为研究这些元素化合物的电子结构提供基础参数,也为电荷自洽型的计算提供较可靠的计算公式.     

不同电子组态下镧系元素的轨道指数和电负性

用Xa方法计算出不同电子组态下镧系元素的数值原子轨道和轨道电负性,用数值拟合方法得出原子轨道的单ζ和双ζSlater型基函数的指数。研究了镧系元素原子所带电荷与电子组态对其原子轨道指数与轨道电负性的影响,给出了精确度较高的回归公式。这些公式能反映原子轨道性质变化的规律,且能提供为研究镧系元素化合物的电子结构的基础参数和电荷自洽型计算的迭代公式。     

NMR偶合常数的从头算级别自然杂化轨道研究

为了研究自然杂化轨道计算结果与核自旋偶合常数的相关性,本文进行了从头算级别的自然杂化轨道计算。采用STO－3G基组,利用Lowdin正交化原子轨道基组下的密度矩阵,得到了分子中各原子的杂化轨道、净电荷与^13C-H、^13C-^13C键自旋偶合常数^1Jcn和^1Jcc之间关系式。利用这些式子计算得到的结果与实验数据非常一致。     

轨道和波函数

分子（或原子）轨道是化学的基本概念之一。本文从Bohr原子轨道入手,介绍轨道概念的演化,以及轨道与波函数之间的关系,分子轨道与原子轨道之间的关系,并结合量化计算介绍基组与分子轨道的关系。     

化学键合模型概念的发展——从原子和分子轨道到化学轨道

对化学而言,对于连接分子中的原子的力的理论表达,历来一直是一个中心问题.要讨论此问,题,就要预先在概念上对原子与分子有一个清楚的区分,而且要对原子的电子结构有一个适当的表达式.从历史上讲,对物质构成的研究,始于古希腊的德谟克利修斯,经过炼金术时代之后,由拉瓦锡、道尔顿、阿弗加德罗和门捷列夫的缓慢发展,成为了十八至十九世纪的化学.在上世纪初,出现了玻尔的原子理论和量子力学,它不仅标志着现代物理学的开始,而且也标志着量子化学的开始.原子轨道和分子轨道是海特勒-伦敦(HL)和原子轨道-分子轨道线性组合(LCAO-MO)方法中的基本概念,它导致了现代价键理论和哈特里-福克(HF)方法及其扩展方法的出现.电子计算机的发展带来了"计算化学",今天的计算机程序使得真正的结合能预测,甚至在没有使用经验参数的情况下,就成为现实.不过,用非半经验方法来对有合理尺寸和目前化学感兴趣的分子进行精确预测,常常需要惊人的计算量.把HF方法与HL算法合并的、现在称之为哈特里-福克-海特勒-伦敦(HF-HL)的方法,大大减少了在原子轨道或分子轨道从头计算模型中所需要的表达式的长度,这一简化使得对所形成的波函数容易得到解释.双原子分子HX和X2(X为H、He、Li、Be、B、C、N、O、F和Ne)的基态和少数激发态的计算是HF-HL方法的例子.进而,本文表明,HF-HL方法可以从带有一个新型轨道-化学轨道构建的简单波函数来导出,最后,对用化学轨道的初步计算进行了介绍.     

Waugh-型镍钼杂多酸的量子化学计算

采用半经验INDO法，完成了Waugh-型镍钼杂多酸（NH44）6〔NIMO9O32〕·6H2O的量子化学计算，得到146个成键轨道和78个反键轨道，轨道能级，电荷和键序等数据。通过对这些数据的分析，表明杂多酸分子中端氧和Ni都可能为化学活性中心，各原子轨道在分子轨道中都占有一定比例，其HOMO和LUMO能级皆为负值，其体系具有进一步接受电子的能力。这些结论与实验事实一致。     

分子轨道成分的计算

量子化学文献中经常涉及到“分子轨道成分”概念, 然而相应的计算方法却没有普遍得到重视, 甚至存在严重误区. 专门对分子轨道中基函数的成分、原子轨道的成分以及原子的成分这些基本概念和计算方法进行了详细讨论, 通过实例分析比较了不同方法间的差异, 同时指出了计算和分析时需要注意的问题, 给出了在方法选择上的建议.     

系列化合物C-H伸缩频率的自然杂化轨道研究

在计算C-H核自旋-自旋偶合常数的新公式及其与C-H伸缩频率之间的关系的基础上, 得出了计算C-H伸缩频率的新的一般关系式。并利用CNDO/2分子轨道和自然杂化轨道方法, 具体计算了三种不同系列化合物的原子净电荷和自然杂化轨道。给出了计算不同系列化合物C-H伸缩频率的良好线性关系式。结果表明, 碳氢化合物中的C-H伸缩频率主要由原子的轨道杂化作用所决定, 而对于含杂原子的取代碳氢化合物, C-H键的极性成为影响伸缩频率的重要因素。     

2，2′—双吡啶双氯二价铂化合物Pt（bpy）Cl2（黄色）的电子结构和电子光谱性质的从头计算研究

用从头算MP2方法,采用LANL2DZ基组,对Pt(bpy)Cl2分子进行了分子轨道计算,计算得到这种分子的HOMO和LUMO都具有反键π^*轨道的性质,给出了具有较高能量的分子轨道的顺序,并分析了各分子轨道的组成,用单激发组态相互作用（CIS）方法计算了具有“单体”晶型的Pt(bpy)Cl2的电子吸收光谱的发射光谱,结果表明：最低能吸收光谱为γ＝350．99nm,具有金属到配体的电荷迁移性质;最低能发射光谱为γ＝566．39nm,具有配体内电荷迁移的性质。     

对一氧化氮分子结构的教学讨论

用分子轨道理论的轨道能表达式,结合核外电子的有效核电荷、分子中原子轨道的重叠积分对无机化学课程中一氧化氮的两种不同分子轨道能级顺序表示、氮分子与氧分子的分子轨道能级顺序差别等问题进行了讨论。讨论表明,如用徐光宪改进的计算核外有效核电荷方法,可得出符合实际的轨道能级顺序,可以解释教学中的问题及其他疑问。     

一般化杂化轨函及夹角公式

量子力学应用到化学键方面最重要的成就之一就是从理论上说明键的角度和强度。作为现代化学键理论的一个重要组成部分,杂化轨道理论在阐明分子构型,成键性质及分子物性方面的成就是众所周知的。然而,迄今为止我们只见到了含f轨道的夹角公式,且缺少诸种杂化轨函之间关系的统一表达式,本文将讨论包括任意原子轨道在内的杂化轨道的一般化键函数和夹角公式。关于杂化键的强度问题,已另文专述。     

BH_3及其等电子分子片的杂化轨道和轨道相互作用

本文在文[1—3]和MNDO分子轨道计算的基础上,分析一些等电子分子片X(BH_(?)、BF_3、CH_3~+、CF_3~+)的前线杂化轨道,讨论它们同配体L(H~-、CO、CN~-、NC~-、NH_3)的轨道相互作用,从而研究X+L→XL反应的进程和产物XL分子稳定结构。     

卡宾单重态与乙烯环加成反应中的轨道作用图象

卡宾单重态与乙烯环加成反应已有很多计算工作和轨道作用的解释。由于该反应的C_(2v),对称性反应道的反应为禁阻反应,故反应取先由分子平面互相平行而后转向互相垂直的C_s对称性反应道。本文拟就这个反应过程中前线轨道的相互作用及变化情况提出一个简化模型,以期得到对全过程的清晰面象。1.正则轨道图象:     

一种新的反应性指数：赝轨道活性指数

Fukui提出的前线轨道理论在预测反应活性方面获得了极大的成功。在某些情况下,除了前线轨道之外,还必须考虑其它轨道之间的相互作用。本文提出赝轨道的概念,将所有内层轨道的作用包括在赝轨道参数之内。扩展了前线轨道理论的适用范围。并用硝基苯和苯睛的硝化反应的定位效应为例说明了赝轨道指数的应用。     

乙醛二聚体的从头计算

用ab initio分子轨道法在STO-3G和6-31G水平上, 全构型优化, 对二聚乙醛的各种稳定构型进行了研究。结果表明, 在STO/6-31G水平上, 最稳定的乙醛二聚体为具有对称中心的环状结构, 包含由醛基氢和醛基氧组成的二个C—H…O氢键。结合能为-20.17 kJ·mol~(-1), 与实验估计的结合能-22.39±0.15 kJ·mol~(-1)比较接近。STO-3G过低估计了乙醛二聚体的结合能, 在不同构型的相对稳定性方面也与6-31G不一致。     

等性扩展基杂化轨道的构造

杂化轨道理论近来有了长足的发展,杂化轨道的构造方法主要有群论方法最大重叠方法,自然杂化轨道法和其它以分子轨道为基础构造杂化轨道的方法等。其中最大重叠杂化轨道不仅满足正交化条件而且能较定量地考虑到配体轨道的作用,因而已经得到广泛应用。本文在最大重叠原理的基础上得到了扩展基杂化轨道的解析形式。扩展基杂化轨道对一给定几何构型的分子M(X_1X_2…X_n),其中心原子M的n个杂化轨道与诸配体{X_i}形成一组方向键。M的杂化轨道(HO)和原子轨道(AO)可分别作为该分子对称操作群的表示之基。这两种不同基的表示进行约化之后,属于同一不可约表示的HO和AO是线性相     

MOLECULAR ORBITAL ANALYSIS OF NUCLEOPHILIC ATTACK ON A PLATINUM ALLYL COMPLEX

Abstract

The platinum allyl complex, [(η³[sbnd]CH₂C(CH₃)C[dbnd]CH₂)Pt(PPh₃)₂]⁺, behaves differently to-ward nucleophiles depending on their hardness. In the reaction with a “hard” nucleophile, nucleophilic attack occurs at the metal center. A “soft” nucleophile bonds to the middle carbon of the allyl ligand. The results of molecular orbital calculations suggest that both reactions are orbital controlled, which points to the metal as the preferred site of attack. However, the soft nucleophile attacks the allyl ligand due to steric constraints. A Mulliken population analysis reveals that the platinum center is directly bonded to only the two end carbons of the allyl ligand. The effect of basis set size and substitution of hydrogens for phenyl groups on the results of the calculations was also investigated. The choice of basis set had the largest effect on the charge distribution of the molecule. On the other hand, basis set size and inclusion of phenyl substituents on the phosphine ligands had minimal effect on the optimized structure of the complex.     

乙基乙酰胺热解反应机理的MO研究

对于烷基乙酰胺的初始热解反应机理, 通常认为与酯类的热解反应相类似。Maccoll和Nagra通过对该热解反应的动力学研究, 认为两者存在不同。差异之一, 烷基乙酰胺存在两种可能的热解途径【参见本文(129页)前述反应方程(1),(2)】。而在酯类热解反应中(2)的活化能过高, 且四元环过渡态极不稳定。差异之二, 极性溶剂(比如乙酸)对酰胺热解反应的催化作用不明显, 而对酯类等气相热解反应的催化作用是十分显著的。为此, 我们用MINDO/3分子轨道法对乙基乙酰胺的初始热解反应进行了较全面的研究。用能量梯度法对此反应的反应物、中间体和生成物的平衡几何构型进行了全优化。(如图1所示)用极小能量途径法分别寻找反应(1)和反应(2)的初始过渡态, 继而用Powell法全优化过渡态的几何构型, 计算所得的过渡态TS1、TS2和TS3分别见图2a, 图3a和图4a。为了确证这些过渡态, 进行了振动分析研究, 结果表明这些过渡态的力常数矩阵的诸本征值中均只有一个负值, 且虚振动模式展示了走向各自的反应物和生成物的趋势, (如图2b,图3b和图4b所示)。它们的总能量及反应(1)和反应(2)的活化能列于表1. 对整个热解反应(1)作了内禀反应坐标(IRC)理论分析, 反应历程见图5所示. 与IRC相应的总能偶极矩以及部分关键的键长和原子净电荷变化一并列于表2.本文研究结果表明, 在乙基乙酰胺的初始反应中主反应即反应(1)与酯类反应相类似, ...