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《北京化工大学》 2007年
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一些分子间相互作用的本质研究

吴俊勇  
【摘要】: 本论文中,我们选择了几种典型的分子间相互作用体系,围绕分子间相互作用的理论研究方法、分子间相互作用的特征及本质进行了系统的研究。主要内容如下: 1、采用超分子方法和对称匹配微扰理论SAPT(Symmetry AdaptedPerturbation Theory)研究了XY(ClF,BrCl,BrF)与HF、H_2O和NH_3分子间存在的稳定的氢键和卤键构型复合物的分子间相互作用的特征及其作用本质。结果表明:卤键型复合物比相应的氢键型复合物更稳定。XY与HF、H_2O、和NH_3形成的氢键复合物或卤键型复合物的分子间相互作用能是按照BrClClFBrF的顺序增大,这和XY的偶极矩的增大顺序是一致的。SAPT能量分解结果表明:对于氢键复合物,静电和色散能对总的吸引相互作用能占主导地位,诱导能的贡献较小。对于卤键型复合物,是静电能对总的吸引相互作用能占主导地位。对于强的卤键型复合物XY…NH_3,其大的交换排斥能和诱导能说明了它们是一种强的部分共价键的作用。 2、通过AIM理论和SAPT能量分析说明了依靠两个带正电荷原子Cl和H间的氢键作用形成的二聚体FCl-HX和依靠两个带正电荷原子Cl和Cl间的卤键作用形成的二聚体FCI-CIF相互作用的本质。对于非传统氢键FCl-HX(HF、HCl和HBr)复合物和非传统卤键复合物FCl-ClF,是诱导能和色散能对总的吸引相互作用能占主导地位。 3、在MP2/aug-cc-pVDZ水平上对呋喃与一些不同的氢化物分子H_nX(HF、H_2O、NH_3、HCl、H_2S和PH_3)间可能存在的所有复合物进行了全自由度能量梯度优化,通过在相同水平上的频率验证分析发现了两类稳定的分子间相互作用形式:σ_o-氢键型(Ⅰ)和π-氢键型(Ⅱ)。分子间相互作用能的计算结果表明:呋喃和第一行氢化物(HF、H_2O和NH_3)形成的σ_o-型复合物是最稳定的结构。然而,对于呋喃和第二行氢化物(HCl、H_2S和PH_3)形成的π-氢键型复合物是最稳定的结构。能量分解结果显示:σ_o-型复合物的分子间相互作用中,静电作用占主导地位。在π-氢键型复合物的分子间相互作用中,色散能和静电能对复合物的形成过程中起到了关键作用。当X=F,O是静电作用稍占优势,而当X=N,Cl,S,P时是色散作用稍占优势。 4、在MP2/aug-cc-pVDZ水平上,对噻吩和一些不同的氢化物分子H_nX(HF、H_2O、NH_3、HCl、H_2S和PH_3)分子间相互作用的几何构型、相互作用能、电子特性及相互作用本质等进行了理论研究,通过频率验证分析发现在噻吩与氢化物分子H_nX间只形成了一种X-H…π型氢键相互作用。从噻吩的静电势图说明了只形成了π-氢键型复合物的原因,从理论上很好地解释了相关的实验现象。其次,能量分解结果显示:所有的复合物C_4H_4S-HnX(Ⅱ)和C_4H_4O-H_nX(Ⅱ)相似,也是静电能和色散能对总的吸引相互作用能占主导地位,诱导能对总的吸引相互作用能的贡献较小。当X=F,O是静电作用稍占优势,而当X=N,Cl,S,P时是色散作用稍占优势。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O641.1

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