“分子中原子相互影响”观念的基础、养成、意义和应用

＂分子中原子相互影响＂观念从属于物质微粒观。概述了＂分子中原子相互影响＂观念的基础、意义,结合教学实例讨论了它的养成和应用等。

V-MCM-41杂原子中孔分子筛的合成及苯乙烯催化氧化

以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂、廉价的工业级硅酸钠为硅源,采用水热合成法制备了掺杂V的中孔分子筛V-MCM-41,考察其制备条件对苯乙烯催化氧化反应的影响。实验结果表明最佳制备条件为:采用先加钒源后加硅源,n(Si)∶n(CTAB)∶n(V)=1∶0.2∶0.08的配比,在pH=9.5条件下晶化48 h,制备的V-MCM-41对苯乙烯具有较好的催化活性,BET比表面积为1003 m2/g,平均孔径为3.944 nm,经800℃热处理12 h,其比表面积和孔径保留率分别为81.6%和58.6%,XRD谱图进一步证实此中孔分子筛具有较好的热稳定性。

氧化呋咱二聚体分子间相互作用的理论计算

在B3LYP/6-31++G**水平下,对氧化呋咱单体及二聚体进行了几何构型优化,发现在由单体结合形成二聚体的过程中,子分子的平面构型并没有发生改变。通过振动频率分析结果推测出,分子中形成较大的π-π共轭,对C-H键的振动频率有影响,使得C-H伸缩频率发生了略微的红移,强度也明显增强。分子中原子(atoms in molecular,AIM)理论得出C-H共价键键临界点处电子密度的Laplacian值■2ρ具有负值。而O…H与N…H键临界点处2ρ都是大于零的,表明氧化呋咱二聚体中的O…H与N…H符合一般氢键的拓扑特点。二聚体在C-H键临界点处聚积电子的能力增强。运用渐近修正的SAPT(DFT)方法(symmetry-adapted perturbationtheory employing density functional theory),对氧化呋咱二聚体分子间作用进行能量分割。其中二聚体的静电能分别为-30.10kJ.mol-1和-37.36kJ.mol-1,与总的作用能相当,这也从侧面反映了氧化呋咱二聚体中分子中氢键作用主要由静电能决定。

(CH_3)_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-24.16kJ·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.

多巴胺DA分子的构象异构及其一水复合物的结构与性质

采用密度泛函B3LYP/6-31+G~#方法对多巴胺DA的构象异构及其稳定性进行了研究.结果表明,势能面上存在6种稳定构象和8种构象转换过渡态,构象之间主要通过C1—O7[二面角T_1:H15O7C1C6],C2—O8[二面角T_2:H16O8C2C3]和C9一C10[二面角T_3;N11C10C9C5]单键旋转而相互转化.频率及NBO分析表明,分子内存在红移O…H-O及蓝移N…H—C两类氢键,氢键中电子转移类型均为LP_1(X)→σ~#(H—Y)[X=O,N;Y=O,C],二级稳定化能E^((2))对稳定构象有3.6 kJ·mol^(-1)～9.3 kJ·mol^(-1)的稳定化贡献.分子中的原子理论(AIM)分析表明,构象中O…H一O及N…H—C键的电子密度ρ(r)和Laplacian量▽~2ρ(r)分别在0.0094～0.0171和0.0307～0.0798之间.采用极化连续模型(polarized continuum model,PCM)对体系进行了溶剂化效应计算,结果表明,DA的构象转换主要在水相中进行.应用静电势模型(electrostatic potential map,EPM)对构象的活性位点进行了预测,并以此研究了多巴胺一水复合物的结构与性质.

气相中O_3与HSO自由基间的氢键复合物(英文)

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-4.55kJ·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.

气相中开壳型(CH_3)_2S(O)…HOO红移氢键复合物的结构与性质

在DFT-B3LYP/6-311++G**水平上分别求得(CH3)2S…HOO和(CH3)2O…HOO开壳型氢键复合物势能面上的稳定构型.频率分析表明,与单体HOO自由基相比,复合物中H10-O11键伸缩振动频率发生显著的红移,红移值分别为424.21和374.22cm-1.在MP2/6-311++G**水平计算得到,含基组重叠误差(BSSE)校正和零点振动能(ZPVE)校正的相互作用能分别为-24.68和-31.01kJ·mol-1.自然键轨道(NBO)理论分析表明,在(CH3)2S…HOO复合物中,引起H10-O11键变长的因素包括两种电荷转移:(1)LP(S1)1→σ*(H10-O11);(2)LP(S1)2→σ*(H10-O11),其中LP(S1)2→σ*(H10-O11)占主要作用,总的结果是使σ*(H10-O11)的自然布居数增加了37.27me;在(CH3)2O…HOO中也有相似的电荷转移的超共轭作用.AIM理论分析表明,S1…H10间和O1…H10间都存在键鞍点,▽2ρ(r)分别为0.06196和0.03745,说明这种相互作用介于共价键和离子键之间,偏于静电作用.

方酸与2,6-二苯并咪唑的超分子自组装及氢键实验与理论研究(英文)

在氘代的二甲基亚砜的溶剂中合成了方酸与2,6-二苯并咪唑的超分子的化合物,并用X射线单晶衍射对其结构进行了表征。晶体结构分析表明:超分子是通过π-π堆积和分子之间氢键所形成的一维链状的聚合物。探讨了不同温度和不同浓度CCl_4溶剂对聚合物中氢键的影响。此外,用密度泛函理论和分子中原子理论对其进行了理论分析,计算结果表明分子间的键能分别是135.65和49.40 J?mol^(-1)。

对乙酰氨基酚-水复合物中氢键作用的理论研究

为了解对乙酰氨基酚(AP)在水溶液中的构象,在MP2/6-311++G(d,p)水平上研究了AP与水分子通过不同种氢键作用形成的6种AP-H2O复合物.首先分析这些复合物的几何结构、能量和振动频率,然后运用分子中原子的量子理论(QTAIM)、自然键轨道理论(NBO)和定域分子轨道-能量分解分析(LMO-EDA)等理论和方法对AP-H_2O复合物中的氢键相互作用进行定性和定量分析.研究结果表明:(1)AP分子中的—CH基团与羰基氧原子之间形成的C8H8A···O2A分子内氢键在多数AP-H_2O复合物中被保留下来;(2)AW1和AW6中的分子间氢键强于其他氢键;(3)AP的羰基氧原子是最有可能与H_2O分子形成氢键的位点,第2个最有可能与H_2O分子形成氢键的位点是AP的酚羟基,前者中H_2O是质子供体,而后者中H_2O则是质子受体;(4)AP-H_2O的形成过程中,氢键作用与结构畸变都会在一定程度上决定AP-H_2O复合物的相对稳定性,但前者的作用更大.

烷基乙二胺-CF_3CO_2型质子化离子液体的分子间氢键作用

利用密度泛函理论M06-2X方法,在6-311G(d,p)水平下,对由N-烷基乙二胺阳离子[HAlkyl]^+(Alkyl=Hex,Oct,Et Hex)与三氟乙酸阴离子[TFA]^-形成的[HHex][TFA],[HOct][TFA]及[HEtHex][TFA]型质子化离子液体(PILs)的离子对进行了理论研究.通过几何优化和分子振动频率分析3种PILs均得到5种较稳定构型[HAlkyl][TFA]S1~S5.结果表明,[HAlkyl]^+与[TFA]^-间发生了质子转移形成了O—H…N型氢键.3种PILs的基组重叠误差校正后的分子间相互作用能(ΔE_(int)^(BSSE))在-449.91^-522.87 kJ/mol范围内.由于分子间形成了较强的O—H…N氢键作用,引起N—H振动频率消失,在2200~2700 cm^(-1)范围内出现了较强的O—H键振动.通过自然键轨道(NBO)及分子中原子(AIM)理论计算,研究了分子间氢键作用的相对强度及其对分子构型稳定性的影响.NBO分析结果表明,其稳定化能主要源自于[HAlkyl]的氨基中孤对电子LP(N)与[TFA]中O—H反键轨道σ*(H—O)间的相互作用,即LP(N)→σ*(H—O).并探讨了阳离子部位[HAlkyl]^+的质子化位置以及烷基链长、支链的引入对[HAlkyl]与[TFA]间氢键作用强度的影响.

CL-20/MDNI混合炸药分子间作用的分子动力学

为研究混合炸药分子间相互作用,从分子水平确定两组分的力学性能和安全性最佳的混合质量比,采用分子动力学方法和密度泛函理论,模拟不同配比下六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-CL-20)主要生长面和1-甲基-4,5-二硝基咪唑(MDNI)混合炸药的结合能、力学性能和径向分布函数(RDF)等,并计算了其理论爆轰性能。结果表明,当CL-20质量分数为60%~65%时,CL-20/MDNI的结合能最大,两组分的相容性和稳定性最好,且CL-20的(1 0 1)面与MDNI分子间作用最强;CL-20和MDNI质量比为65∶35时,混合炸药体积模量(K)、剪切模量(G)和拉伸模量(E)最小,K/G值最大,此时混合炸药的力学性能最好;CL-20和MDNI分子间作用主要是CL-20中H和MDNI中O以及CL-20中O和MDNI中H形成的氢键;电子密度拓扑分析进一步证明,CL-20/MDNI之间存在氢键作用。CL-20质量分数为65%时,该混合炸药理论爆速和爆压分别为8 382m/s和31.87GPa。

12种脂肪酸的分子连接性指数与其气相色谱保留值的相关关系研究

对月桂酸、豆蔻酸、棕榈酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生酸、花生烯酸、山嵛酸、芥酸、α-桐酸、蓖麻油酸等12种脂肪酸的气相色谱保留值与其化学结构的关系进行了探讨。计算了这些脂肪酸的部分分子连接性指数。采用多元线性拟合法,求出了各脂肪酸分子中各种碳原子的个数及分子连接性指数与其气相色谱保留关系的回归方程,得到了复相关系数≥0.99,F检验值远高于临界值的回归方程,方程预测的色谱保留值与文献值一致。

多元胺-TFSA型质子化离子液体吸收CO_(2)的理论分析

开展了以质子化的正己胺(HHexam^(+))、己基乙二胺(HHexen^(+))及己基二亚乙基三胺(HHexdien^(+))为阳离子的TFSA[==(CF_(3)SO_(2))_(2)N^(-)]型质子化离子液体(PILs),即[HHexam][TFSA]、[HHexen][TFSA]及[HHexdien][TFSA]型PILs吸收CO_(2)的研究。首先,选择密度泛函理论,在M06-2X/6-311G(d,p)水平下,对上述3种PILs的构型进行优化,分别得到了其较稳定构象,结果显示,PILs的阳离子中N—H和阴离子中N原子间主要形成N—H···N型较强氢键。然后,分别利用其中最稳定构象,创建并优化PILs-nCO_(2)构型,PILs和nCO_(2)分子间主要形成N—H···O型弱或中等强度氢键。主要氢键部位N—H···O中N—H键的振动频率的变化值、电子密度值及二阶微扰能的计算结果显示,[HHexam][TFSA]、[HHexen][TFSA]及[HHexdien][TFSA]分别与2、3、4分子CO_(2)结合时将不再形成氢键网络。采用COSMOtherm软件计算的CO_(2)在3种PILs中的亨利常数(kPa)大小为[HHexam][TFSA](1.91×10^(4))>[HHexen][TFSA](1.68×10^(4))>[HHexdien][TFSA](1.51×10^(4)),即3种PILs对CO_(2)的溶解能力大小为极性头部具有3个氨基的[HHexdien][TFSA]>2个氨基的[HHexen][TFSA]>1个氨基的[HHexam][TFSA]。以上结果中可以看出,PILs结构中氨基数目的多少对其吸收CO_(2)的能力有较显著影响,即随着PILs结构中氨基数目的增多,其对CO_(2)的溶解能力随之增大。

槲皮素与尿嘧啶和胸腺嘧啶氢键的结合位点(英文)

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.

HOCl…HCOCl复合物的结构和电子性质(英文)

在DFT-B3LYP/6-311++G**水平上求得HOCl+HCOCl复合物势能面上的四种稳定构型(S1,S2,S3和S4).其中,在复合物S1和S3中,HOCl单体的5H原子作为质子供体,与HCOCl单体中作为质子受体的1O原子相互作用,形成红移氢键复合物;在复合物S4中,HOCl单体的7Cl原子作为质子供体,与HCOCl单体中作为质子受体的1O原子相互作用,形成红移卤键复合物;而在复合物S2中,同时存在2C—3H…6O蓝移氢键和4Cl…5O相互作用.在MP2/6-311++G**水平上计算的单体间的相互作用能考虑了基组重叠误差(BSSE)和零点振动能(ZPVE)校正,其值在-5.05与-14.76kJ·mol-1之间.采用自然键轨道理论(NBO)对两种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)分析了复合物中氢键和卤键键鞍点处的电子密度拓扑性质.

含钼过氧配气物催化硫醚和烯烃氧化反应机理理论研究

在B3LYP/Aug-cc-pvdz-pp水平下,对双过氧钼配合物Mo(O)(O2)2(pz)2(pz=pyrazolyl)氧化二甲硫醚,二甲亚砜和乙烯分别形成二甲亚砜,二甲砜和环氧乙烷的反应机理进行详细理论研究并进行了分子中原子理论拓扑分析。计算结果表明,三种氧化反应均只经历一个过渡态,即底物中的反应中心原子(硫醚和亚砜为硫原子,乙烯为C=C双键平面)向[Mo(O)(O2)2(pz)2]中过氧的一个原子靠拢形成过渡态,从而形成产物。过渡态均为协同过渡态,由底物向[Mo(O)(O2)2(pz)2]中过氧原子转移电子而发生氧化反应。二甲硫醚氧化反应的自发性最小,二甲亚砜和乙烯氧化反应热自发性相当,三个反应在热力学上均可行。二甲硫醚的氧化和二甲亚砜的氧化在常温下可以达到99%选择性。如果有过量氧化剂的存在,亚砜就会进一步氧化为砜。在相同条件下,硫醚和亚砜的氧化不会影响烯烃,烯烃氧化需要另外条件以降低活化能,与钼配合物和多钼酸盐氧化硫醚,亚砜和烯烃反应的实验研究结果趋势相同。

HNO二聚体蓝移氢键的理论研究(英文)

利用分子轨道从头算理论和密度泛函理论结合不同理论基组对于N-H…O蓝移氢键进行了详细的研究.利用标准方法和均衡校正方法对二聚体进行了几何优化,振动频率和相互作用能的计算.拓扑学和自然键轨道理论对于蓝移氢键的本质进行分析.自然键轨道(NBO)分析表明,σ*(N-H)轨道上电子密度降低是电子密度重排效应的结果.分子内电子重排、轨道再杂化和电子受体内部结构重组共同作用结果导致了N-H的振动频率大幅蓝移现象的出现.