氟代吡啶阳离子的理论研究

Cations of fluorinated pyridines（pentafluoropyridine,2,6-difluoropyridine,and 2-fluoropyridine）have been studied by using density functional B3LYP method in conjunction with 6-31G（d,p）,6-311G（d,p）,6-31+G（d,p）,and 6-311+G（d,p）basis sets. B3LYP geometry optimization and frequency analysis calculations indicate that the pentafluoropyridine cation,2,6-difluoropyridine cation,and 2-fluoropyridine cation have C2v,C2v,and Cs structures in the 2A2,2A2,and 2A" ground states,respectively. The calculated geometries of the cations and the parent molecules were compared. The natural population analysis calculations at the B3LYP level with different basis sets were performed on the three cations and the three parent molecules. The isotropic hyperfine coupling constants in the three cations（radicals）were calculated. The vertical and adiabatic ionization potential（VIP and AIP）values of the pentafluoropyridine,2,6-difluoropyridine,and 2-fluoropyridine molecules were calculated by using the B3LYP method,and the calculated VIP values are in excellent agreement with experiment.     

N,N-二甲基乙酰胺与醇分子间相互作用的理论研究

采用密度泛函理论在B3LYP/6-311＋G*水平上对乙醇、丙醇、丁醇、戊醇与N,N-二甲基乙酰胺形成的1∶1氢键复合物进行计算研究. 结果表明: 醇与N,N-二甲基乙酰胺形成的复合物存在强的氢键, 表现为羰基氧原子的孤对电子与醇羟基反键σ轨道的相互作用. 振动分析显示, 分子间C＝O…H—O氢键的形成使C＝O和H—O伸缩振动频率明显红移. 溶剂对氢键产生较大的影响, 随着溶剂极性的增加, 复合物氢键有蓝移趋势.     

4-羟甲基吡啶－水红移氢键的密度泛函理论研究

使用密度泛函理论B3LYP方法和6-311++G**基函数对4-羟甲基吡啶与水形成的1:1和1:2（摩尔比）氢键复合物进行了理论计算研究,分别得到稳定的4-羟甲基吡啶－H₂O和4-羟甲基吡啶－(H₂O)₂氢键复合物3个和8个。经基组重叠误差和零点振动能校正后,最稳定的1:1和1:2氢键复合物的相互作用能分别为-20.536和-44.246 kJ/mol。振动分析显示O-H···N(O)氢键的形成使复合物中O-H键对称伸缩振动频率红移(减小)。自然键轨道分析表明,4-羟甲基吡啶与水形成最稳定的1:1和1:2氢键复合物时,分子间电荷转移分别为0.02642 e 和0.03813 e 。含时密度泛函理论TD-B3LYP/ 6-311++G**计算显示,相对于4-羟甲基吡啶单体分子,氢键H-OH···N和H-OH···OH的形成分别使最大吸收光谱波长兰移8~16纳米和红移4~11纳米。     

阳离子-π体系相互作用的理论研究Ⅲ.碱金属阳离子-苯复合物体系的量子化学研究

运用ab initio Hartree-Fock从头算,微扰MP2和密度泛函B3LYP方法在不同的基组水平上对碱金属阳离子-苯复合物体系的可能构型进行了自由优化,得到了复合物的能量最低构型为碱金属阳离子位于苯环平面的正上方,频率计算结果表明该结构为稳定结构.复合物的键长、原子净电荷、分子轨道系数、前沿轨道能量、Mullicken键级等都表明,碱金属阳离子和苯环碳原子之间的作用包含p-π作用方式,碱金属阳离子与苯结合时电子从苯环向碱金属阳离子转移,形成电荷转移复合物.它们之间的结合方式和氢键的结合方式相似,但计算得到的热力学参数表明复合物中碱金属阳离子与苯之间的结合强度远远大于典型的氢键,尤其是锂离子-苯复合物的生成焓已和普通的化学键相当.复合物的红外特征振动频率位于200cm-1附近,对应于碱金属阳离子垂直于苯环平面的来回振动,同时形成复合物后,原来位于3200cm-1的苯的C-H振动红外活性消失.     

二甲胺与亚硝酸反应生成N,N-二甲基亚硝胺的理论研究

应用量子化学计算方法在CCSD/6-311＋G(d,p)//B3LYP/6-311＋G(d,p)水平上对二甲胺(DMA)与亚硝酸作用形成N,N-二甲基亚硝胺(NDMA)的反应机理进行了研究. 分别讨论了DMA与一分子亚硝酸直接反应的途径和两分子亚硝酸先反应生成活性中间体N₂O₃再与DMA作用的间接反应途径. 计算结果表明, DMA与亚硝酸间接反应的活化能比直接反应的低约55 kJ/mol, 由此可推断DMA与亚硝酸生成NDMA的反应是以两分子的亚硝酸先生成ONNO₂再亚硝化DMA为主要反应途径. 这一结论和NDMA的形成速率与亚硝酸的浓度的平方成正比的实验结果相一致.     

苯乙烯基吡啶类化合物几何结构与光谱的理论研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)方法分别在B3LYP/6-31G*, 6-31G**, 6-31＋G*水平上对苯乙烯基吡啶类化合物进行计算研究. 通过在相同水平下的振动频率分析发现苯乙烯基吡啶类化合物具有C₁对称性, 酯基的碳氧原子与苯环形成不同的离域大π键, 空间位阻和共轭效应使得两苯环处于两个不同平面, 二面角在60°与62°之间. 使用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法计算第一激发态的电子垂直跃迁能, 得到最大吸收波长λ_max. 计算结果表明末端烷基链的长度对该类化合物的几何结构与振动光谱、电子光谱无影响.     

C62及其吡啶衍生物结构与电子光谱的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法, 在TZP基组水平下计算C62及其吡啶衍生物几何与电子结构, 在全优化构型基础上, 采用TD-DFT方法对其低激发态进行计算, 预测其电子吸收光谱. 结果表明, 四种异构体的电子光谱中, 特征吸收来自C62内部的跃迁贡献, 也包括取代基到C62的电子转移. 取代基中N原子位置对490 nm左右吸收带的强度有影响, 两种顺式结构表现较为明显, 而两种反式结构衍生物光谱特征基本相同.     

阳离子-π体系相互作用的理论研究Ⅱ.铵离子-二苯复合物体系的密度泛函研究

运用密度泛函B3LYP/6-31G*方法对铵离子-二苯复合物体系的可能构型进行了结构优化,得到了复合物的能量最低构型为:铵离子位于两个苯环平面之间分别以两个氢原子和苯环作用,频率计算结果表明该构型为稳定结构.复合物的键长、原子净电荷、分子轨道系数、前沿轨道能量、Mullicken键级等都表明,铵氢原子和与之接近的苯环碳原子之间通过s-π相互作用而实现铵与两个苯环的结合,结合时电子从苯环向铵转移,形成电荷转移复合物.它们之间的结合方式和铵离子-苯复合物及典型氢键的结合方式相似,计算得到的热力学参数证明了这一点.复合物的红外特征振动频率位于230em-1附近,振动方式为铵平行于苯环平面来回振动.     

烷基咪唑型卤盐类离子液体的合成机理研究

用密度泛函理论考察了甲基咪唑和一系列的卤代烷烃(氯乙烷,氯丁烷,溴乙烷,溴丁烷)反应合成咪唑类离子液体的反应机理. 在B3LYP/6-31++G**//B3LYP/6-31G*基组水平上找到了两条反应路径：路径A(反应物→TS1→P1)和路径B(反应物→TS2→P2). 在路径A中, 卤素离子和咪唑环C2上的氢质子形成氢键；在路径B中, 卤素离子和咪唑环C5上的氢质子形成氢键. 计算发现, 氢键的形成在反应中起到了非常重要的作用, 特别是咪唑环C2上的氢质子在和卤素离子成氢键后形成了一个五员环结构的过渡态, 该过渡态能量较低. 经过渡态TS1的反应途径其活化能要低于经过渡态TS2的反应途径, 反应路径A为主要的反应通道. 计算结果表明, 经过渡态TS1的反应途径是一放热过程, 这和实验观察现象一致.     

阳离子-π体系相互作用的理论研究——Ⅰ.铵离子-苯复合物构型及相互作用的密度泛函研究

运用密度泛函B3LYP/6 31G 方法对铵离子 苯复合物的 6种可能构型进行了计算研究 ,发现铵离子的 2个氢指向苯环且不具对称性的结构为能量优势结构 .根据计算得到的复合物结构特点 ,分子间作用方式及热力学参数 ,得出铵离子和苯之间的作用是氢键相互作用的结论 .     

A Theoretical Study on the Inclusion Complexation of Cyclodextrins with Inorganic Cations and Anions

PM3 and B3LYP/3-21+g(d) calculations were performed on theinclusion complexation of- and -cyclodextrin with inorganic cationsand anions includingLi⁺, Na⁺, F^-, and Cl^-. Both the gas-phase interaction and solvent effect weretaken into consideration. The CD complex with an anionwas more stable than that with acation, which was in agreement with the experimentalfindings. It was proposed thathydrogen bonding between the anion and the cyclodextrincavity was the physical origin ofsuch behavior.     

有场和无场下高价乙炔阳离子的理论研究

使用(U)B3LYP方法,选用6-311++G(d,p)基组,研究了在无场和不同外加电场强度下高价乙炔阳离子[C2H2n+(n = 2, 3 4)]的结构、稳定性以及去质子化解离反应。我们的研究表明,在无场下,C2H22+和C2H23+是稳定的,但是C2H24+并不稳定,而是自发解离生成两个C+和两个H+,C2H24+的这种解离归因于库仑爆炸。当外加电场强度达到0.06 a.u.时,C2H22+自发解离生成C2H+ + H+,而对于C2H23+,当外加电场仅仅为0.0075 a.u.时,就自发解离生成C2H2+ + H+,C2H22+和C2H23+在场中的这种自发解离可以归结为场致解离。此外,使用(U)B3LYP方法计算了在无场和有场下由C2H2电离生成C2H22+、C2H23+和C2H24+的绝热电离能和垂直电离能。     

DFT Study for a Series of Less-Symmetrical Crown Ethers and Their Complexes with Alkali Metal Cations

A series of ring‐contracted (14‐crown‐5, 17‐crown‐6) and ring‐enlarged (16‐crown‐5, 17‐crown‐5, 19‐crown‐6, 20‐crown‐6) crown ethers and their complexes with alkali‐metal cations Na⁺ and K⁺ had been explored using density functional theory (DFT) at B3LYP/6‐31G* level in order to reveal the effects of the methylene‐chain length in a crown ether. The nucleophilicity of all crown ethers had been investigated by the Fukui functions. The quantum chemistry parameters, such as the energy gap (ΔE), the highest occupied molecular orbital energy (E_HOMO) and the lowest unoccupied molecular orbital energy (E_LUMO) for less‐symmetrical crown ethers and symmetrical frameworks (15‐crown‐5, 18‐crown‐6) had been calculated. In addition, the thermodynamic energies of complexation reactions had also been studied. The results of the DFT calculations show that the methylene‐chain length plays an important role in determining the structure characters of the crown ethers and also strongly influences the properties of the ethers. Some of the calculated results are in a good agreement with the experimental values.     

Sigma/pi Bonding Preferences of Solvated Alkali-Metal Cations to Ditopic Arylmethyl Anions

Arylmethyl anions allow alkali-metals to bind in a σ-fashion to the lateral carbanionic centre or a π-fashion to the aryl ring or in between these extremities, with the trend towards π bonding increasing on descending group 1. Here we review known alkali metal structures of diphenylmethane, fluorene, 2-benzylpyridine and 4-benzylpyridine. Next, we synthesise Li, Na, K monomers of these diarylmethyls using polydentate donors PMDETA or Me₆TREN to remove competing oligomerizing interactions, studying the effect that two aromatic rings has on negative charge (de)localisation via NMR, X-ray crystallographic and DFT studies. Diphenylmethyl and fluorenyl anions maintain C(H)−M interactions regardless of alkali-metal, although the adjacent arene carbons engage in interactions with larger alkali-metals. Introducing a nitrogen atom into the ring (at the 2- or 4-position) encourages relocalisation of negative charge away from the deprotonated carbon and onto nitrogen. Phenyl(2-pyridyl)methyl moves from an enamide formation at one extremity (lithium) to an aza-allyl formation at the other extremity (potassium), while C- or N-coordination modes become energetically viable for Na and K phenyl(4-pyridyl)methyl complexes.     

氟代苯阳离子的理论研究

用B3LYP方法及6-311G(d,p)和6-311 G(d,p)基组,对十二种氟代苯阳离子做了理论研究,优化了它们的电子基态的结构,计算了对应分子的垂直电离势(VIP)和绝热电离势(AIP)．依据Jahn．Teller理论,计算确定了1,3,5-C6H3F^ 3和C6F^ 6离子分别具有C2v(2↑B)和D2h(2↑B2g)结构(对应分子分别为D3h和D6h结构)．其余十个离子的构型的对称点群与对应分子相同,但构型参数值有明显差别．自然布居分析计算表明这些离子的正电荷主要分布在与F原子相连的C原子和各H原子上．B3LYP／6-311 G(d,p)级别上计算的各氟代苯分子的VIP和AIP值和实验值符合得很好．     

聚磷氮烯及其衍生物电子结构的理论研究

用分子轨道和晶体轨道方法,对聚磷氮烯及其衍生物的电子结构进行了研究,以期更深入地了解聚磷氮烯的结构和性能.研究发现,链状聚磷氮烯和环状三聚磷氮烯为平面结构,其它的环状聚磷氮烯则为巢式结构,吸电子基团取代有使环状聚磷氮烯主链环取平面结构的倾向.研究还发现,无论是链状还是环状聚磷氮烯,都表现为半导体.取代基效应表明,吸电子基团-F和-CN的取代,使聚合物的电子亲和势(EA)和电离能(IP)均增大,能隙减小,给电子基团-CH₃和-OCH₃的取代,使聚合物的IP减少;吸电子基团取代有利于n-型掺杂,给电子基团取代有利于p-型掺杂,但都不改变其半导体的特性.     

CH3与NO反应机理的理论研究

采用密度泛函B3LYP/6-311G**和高级电子相关耦合簇CCSD(T)/6-311G**方法计算研究了CH₃与NO反应机理, 全参数优化了反应势能面上各驻点的几何构型, 用内禀反应坐标(IRC)计算和频率分析方法, 对过渡态进行了验证. 研究结果表明: CH₃与NO是一多通道多步骤的复杂反应, 可以分别在单重态和三重态势能面上进行. 经过缔合, 氢转移和离解等复杂过程, 最终得到8种产物(P1～P8).