乙烯、乙炔与双卤分子间π型卤键的电子密度拓扑研究

运用DFT和MP2(full)在6-311++G(d,p)和aug-cc-pvdz基组水平上,对一系列简单的分子间π型卤键体系C2H4(C2H2)-XY(XY=F2、Cl2、Br2、ClF、BrF、BrCl)进行构型全优化,得到了T型卤键复合物.结果表明MP2(full)/6-311++G(d,p)计算结果与实验结果较吻合.并在MP2水平上计算了分子间的相互作用能,用标准Counterpoiseprocedure(CP)方法对基函数迭加误差(BSSE)进行了校正.利用电子密度拓扑分析方法对卤键复合物的拓扑性质进行了分析研究.

CH2NH与O（^3P）反应的量子化学及电子密度拓扑研究

采用B3LYP、MP2(full)和QCISD三种方法在6-311G(d,p)和aug-cc-pVDZ基组水平上对三线态O(3P)原子与CH2NH(s)的反应进行了详细的理论研究.采用B3LYP和MP2(full)方法对反应势能面上的各驻点进行了几何构型优化,通过振动频率分析证实了过渡态的真实性,内禀反应坐标(IRC)跟踪验证了过渡态与反应物和产物的连接关系,用上述三种方法计算得到了各反应通道的反应势垒.对反应过程中的一些重要点进行了电子密度拓扑分析研究.研究结果表明,O(3P)原子进攻CH2NH(s)中的N2原子和C1原子生成CH2NHO(t)和OCH2NH(t),CH2NHO(t)中N2上的H5可迁移到C1上异构化为CH3NO(t).

CH3SH与CN·自由基的反应机理及电子密度拓扑分析

在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上研究了CH3SH与CN·自由基的反应机理.找到了三个可能的反应通道,得到了各反应通道的反应物、中间体、过渡态和产物的优化构型、谐振频率.通过内禀反应坐标(IRC)跟踪确认了稳定点与过渡态的连接关系.在CCSD/6-311++G(d,p)水平上进行能量校正,成功地解释了Brian等的实验结论.通过对反应进程中一些重要点的电子密度拓扑分析,讨论了反应进程中化学键的变化规律,发现了六元环状过渡结构.

HNCS与Cl原子的反应机理及电子密度拓扑分析

在QCISD(T)/6-311++G(d,p)和B3LYP/6-311++G(d,p)级别上研究了HNCS与Cl原子的反应机理.并应用经典过渡态理论和正则变分过渡态理论结合小曲率隧道效应,计算了200-2500K温度范围内各反应通道的速率常数.结果表明,HNCS与Cl原子反应存在3个反应通道.当温度低于294K时,生成HCl+NCS的夺氢反应(a)是优势通道,温度高于294K时,生成HNC(Cl)S的加成反应(c)为主反应通道,Cl进攻N的反应通道(b)因能垒较高而难以进行.

呋喃与双卤分子间卤键的电子密度拓扑研究

用DFT和MP2(full)方法研究了呋喃-XY(XY=ClF,BrF,BrCl)体系分子间的相互作用,讨论了两种卤键类型Y—X…O和Y—X…π的作用.研究表明:Y—X…π的相互作用比Y—X…O的作用强,计算得到的分子间相互作用能按照呋喃-BrF>呋喃-ClF>呋喃-BrCl的顺序依次降低.形成卤键后,两种类型卤键复合物中的电子受体X—Y键伸长,其振动频率发生红移.利用电子密度拓扑方法对卤键的电子密度拓扑性质进行了分析.

H2O，H2S与双卤分子间相互作用的电子密度拓扑研究

运用量子化学微扰理论MP2和密度泛函B3LYP方法,采用6-311++G(d,p)基组,对H2O,H2S与双卤分子XY(XY=F2,Cl2,Br2,ClF,BrF,BrCl)形成的卤键复合物进行构型全优化,并计算得到了这些体系的分子间相互作用能.利用电子密度拓扑分析方法对卤键复合物的拓扑性质进行了分析研究,探讨了该类分子间卤键的作用本质.结果表明,形成卤键后,作为电子受体的双卤分子X—Y键长增长,振动频率减小.复合物体系中的卤键介于共价键与离子键之间,偏于静电作用成分为主.

CH_3NO_2和CH_3ONO分解反应的量子化学和电子密度拓扑分析

采用B3LYP,MP2(full)和CCSD(T)方法在6-311G(d,p)水平上对三线态CH3NO2和异构体CH3ONO分解反应的微观机理进行了理论研究.优化得到了反应势能面上各驻点的几何构型,振动频率分析证实了过渡态的真实性,内禀反应坐标跟踪验证了过渡态与反应物和产物的连接关系.研究表明:CH3ONO通过TS1反应通道分解CH3和NO2,通过TS2通道生成CH3O和NO;CH3NO2通过TS3反应通道生成CH3和NO2.3个分解反应都是自然条件下较容易发生的分解反应.电子密度拓扑研究表明:TS1分解反应过程中存在一个三元环.

CH_3SH与ClO反应机理的量子化学及电子密度拓扑研究

采用B3LYP方法和6-311G(d,p)基组找到了CH3SH与ClO反应的6个可能的反应通道,得到了各反应通道的反应物、中间体、过渡态和产物的优化构型.对反应过程中若干关键点进行了电子密度拓扑分析,讨论了反应进程中键的断裂、生成和化学键的变化规律.找到了该反应的"结构过渡态"和"结构过渡区",非平面四元环状结构过渡态的发现拓展了原来对环状结构过渡态的定义.

RN_3解离反应中交叉点构型及电子密度拓扑分析

采用CASSCF(10,8)/3-21G方法优化了CH3N3,CH3CH2N3,(CH3)2CHN3和(CH3)3CN3单重态和三重态解离过程中交叉点的几何构型.4个反应中的交叉点的几何构型参数比较接近.采用电子密度拓扑分析方法计算了交叉点的电子密度拓扑性质.研究发现:交叉点在单重态和三重态途径上N(2)N(3)键的特性变化较大,在三重态反应途径上N(2)N(3)键更容易断裂.

5,7-′(亚甲胺基)-二-8-羟基喹啉及其金属有机配合物的密度泛函和自然键轨道及电子密度拓扑理论研究

采用密度泛函理论,在B3LYP/6-31G水平上对5,7′-(亚甲胺基)-二-羟基喹啉及其3种金属M(M=Zn,Mg,Be)有机配合物M(5,7′-Iminomethylq2)2的结构进行了全优化,并用TDDFT方法计算了吸收光谱.同时,利用自然键轨道理论(NBO)和电子密度拓扑分析(AIM)方法对分子内氢键进行了分析.结果表明,光谱计算值与实验值基本符合,该类化合物均具有较大的电子亲和能,改变中心金属原子对配合物吸收光谱性质的影响不大.和5,7′-Iminomethylq2相比,M(5,7′-Iminomethylq2)2的吸收光谱产生明显红移.5,7′-Imino-methylq2及其M(5,7′-Iminomethylq2)2分子内存在较强的氢键,可形成三元环,五元环和六元环.分子内氢键的存在使分子的稳定性增加.

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22ρ(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.

ClNCX(X=O,S,Se)异构化反应的电子密度拓扑研究

采用MP2/6-311++G(2df)和B3LYP/6-311++G(2df)方法讨论了ClNCX→ClXCN(X=O,S,Se)异构化过程,解释了实验上更容易探测到ClNCO,ClSCN和ClSeCN的原因.对异构化过程进行了电子密度拓扑分析,讨论了异构化过程中化学键的断裂和生成规律,找到了反应中的T-型和环型过渡结构.

PO2X…PX3/PH2X(X=F,Cl,Br,CH3,NH2)复合物中π-hole磷键作用的电子密度拓扑分析

磷键作为一种新型的分子键合力,因在晶体工程和超分子合成等方面的重要作用而越来越多地引起科研工作者的广泛关注。本文采用量子化学从头算和电子密度拓扑分析等方法,在MP2/aug-cc-pVTZ理论水平上,对PO_2X…PX_3和PO_2X…PH_2X(X=F,Cl,Br,CH_3,NH_2)π型复合物的结构和磷键性质进行了理论研究。研究表明:π-hole磷键复合物存在A和B两种稳定构型,分别以P…P和P…X磷键作用为主。分子中原子(AIM)、非共价作用(NCI)、电子定域函数(ELF)及适应性自然密度划分(AdNDP)分析表明,不同取代基对该类磷键作用的性质产生很大影响:当取代基为给电子基(CH_3,NH_2)时,磷键具有明显的共价作用特征;当取代基为吸电子基(F,Cl,Br)时,构型和取代基不同的磷键分别表现为非共价、部分共价或共价作用特征。自然键轨道(NBO)分析指出,分子间磷键的Wiberg键级的数值越大,磷键的共价性越强,磷键的作用强度越大。构型B的电荷转移主要是PX_3/PH_2X中X原子上的孤对电子转移到PO_2X中π*(P=O)反键空轨道。

HNCX(X=O,S)和F反应机理及电子密度拓扑分析

采用G3B3//B3LYP/6-311++G(d,p)方法研究了HNCX(X=O,S)与F原子的反应机理.找到了六条可能的反应通道,计算结果表明,该反应的主产物为HF+NCX(X=O,S).对反应过程进行了电子密度拓扑分析,讨论了反应过程中化学键的断裂和生成规律,找到了HNCX(X=O,S)和F反应过程中的T型结构过渡态、三元环状结构过渡区和四元环状结构过渡区.

BH2^＋与H2S反应机理的量子化学及电子密度拓扑研究

采用密度泛函方法B3LYP和耦合簇方法CCSD在6-311+G(d,p)条件中,研究BH_2^+与H_2S的气相离子-分子反应的微观反应机理。优化反应势能面上各驻点的几何构型,通过振动分析和IRC计算证实中间体和过渡态的真实性和相互连接关系。采用电子密度拓扑分析反应(1)进程中的若干关键点,讨论反应进程中化学键的断裂、生成和变化规律,找到了该反应的结构过渡区(结构过渡态)和能量过渡态。

CCl2与CH3CHO插入反应的量子化学及电子密度拓扑研究

利用密度泛函和自然键轨道理论及高级电子耦合簇和电子密度拓扑方法,对单、三重态CCl2与CH3CHO中C—H插入反应的微观机理进行了研究.在B3LYP/6-31G(d)水平上优化了反应通道各驻点的几何构型.在CCSD(T)/6-31G(d,p)水平上计算了各物种的单点能量,并对总能量进行了校正.计算表明,主反应通道均在单重态势能面中进行,单重态CCl2与CH3CHO中的Cα—H键[反应Ⅰ]及Cβ—H键[反应Ⅱ]均可发生插入反应,存在三条主反应通道,产物分别为P1[CH3COHCCl2],P2[CH2COHCHCl2]和P4[CHCl2CHCHOH],从能量变化和反应速控步骤能垒两方面考虑,反应Ⅱ更容易发生.对主反应通道中的关键点进行了电子密度拓扑分析,并讨论了被插入前后C—H键中H原子的积分能量变化.

CH_3SS与XO(X=F,Cl,Br)反应过程的电子密度拓扑研究

利用MP2/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-311++G(d,p)对CH3SS与XO(X=F,Cl,Br)的反应机理进行了研究.着重从电子密度拓扑分析角度讨论了化学键的生成和断裂.计算结果表明单线态反应为主要反应通道,且由于该通道的反应能垒低、放热明显,说明CH3SS与XO在大气中比较容易进行.电子密度拓扑分析表明,在单线态抽氢反应通道中存在着四元环状过渡结构,随着反应进行,此四元环状过渡结构通过一个T-型结构变为三元环状过渡结构,最后环状结构消失得到产物.

C_4H_6O,C_4H_6S与XF(X=F,Cl,Br)分子间卤键的电子密度拓扑研究

运用MP2/aug-cc-pVDZ方法对2,5-二氢呋喃,2,5-二氢噻吩与XF(X=F,Cl,Br)之间的卤键作用进行了理论研究.研究发现:C4H6O,C4H6S与XF之间不仅存在O(S)…XF n型卤键,C=C双键与XF分子亦可形成π型卤键;对于C4H6O与XF之间的n型和π型卤键以及C4H6S与XF之间的π型卤键,卤键键能ΔE、键鞍点处的电子密度ρ(rc)以及电子给体到受体之间的电子转移数Δq(XF)均按B…F2<B…ClF<B…BrF(B=C4H6O,C4H6S)的顺序依次增大;对于卤键键能较大的体系C4H6O…BrF(n),C4H6O…BrF(π),C4H6S…F2(n),C4H6S…ClF(n),C4H6S…BrF(n),C4H6S…BrF(π),卤键作用介于离子键和共价键之间;而对于其它的卤键键能较小的体系,卤键作用为闭壳层静电作用.

OCS,CO_2,N_2O与烯、炔烃之间π…π作用的电子密度拓扑研究

采用MP2/aug-cc-pVDZ方法对氧硫化碳(OCS)、二氧化碳(CO2)、一氧化二氮(N2O)与乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)、2-丁炔(C4H6)之间形成的平行构型复合物中的分子间相互作用进行了理论研究.复合物的相互作用能按照B…C2H4<B…C2H2<B…C4H6(B=OCS,CO2,N2O)的顺序依次增大,相互作用距离按照B…C2H4>B…C2H2>B…C4H6(B=OCS,CO2,N2O)的顺序依次减小.采用电子密度拓扑分析理论方法,讨论了复合物中π…π作用的成键特性.电子密度拓扑分析表明复合物中形成了弱的分子间相互作用,且以静电作用为主;π电子密度分子图与全电子密度分子图中键径方向是一致的,说明π…π作用在本文所讨论的体系中起着很重要的作用.NBO分析表明净电荷迁移从电子给体C2H4,C2H2,C4H6到电子受体OCS,CO2,N2O,迁移数按照B…C2H4<B…C2H2<B…C4H6(B=OCS,CO2,N2O)的顺序依次增大,与相互作用能的顺序一致.

B…HY/BrY(B=C_4H_4,C_6H_6,Y=F,Cl,Br)分子间作用的电子密度拓扑研究

运用MP2/aug-cc-pVDZ对B…HY氢键复合物和B…BrY卤键复合物(B=C4H4,C6H6,Y=F,Cl,Br)的几何构型及相互作用能进行了研究.研究发现对于相同的路易斯碱来说,B…HY和B…BrY的几何构型非常类似,B…BrY卤键键能大于B…HY氢键键能.电子密度拓扑分析表明C4H4(S)…BrY,C4H4(T)…BrF之间的卤键作用介于离子键和共价键之间,其余的氢键和卤键作用均为闭壳层相互作用.形成氢键和卤键后,卤化氢和双卤分子的原子积分性质都发生了变化,B…HY中H原子能量增加,而B…BrY中Br原子能量减少.