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直线型卤键及卤键对吡啶环振动模式影响的理论研究

张鹰  
【摘要】:本论文运用量子化学从头算(ab initio)方法,对H2O和H2S与双卤分子,卤离子与卤代甲烷形成分子,吡啶与卤代甲烷形成分子三个体系进行理论研究。分析了分子间卤键对碳卤键和吡啶环四种正则振动模式的影响,并用比较系统地研究了吡啶环振动频率发生蓝移的本质。本论文主要包括以下三部分: 1.用量子化学从头算方法对H2O和H2S与卤素分子(X-Y)形成的卤键O/S…X-Y进行了理论研究。计算结果表明卤键的形成导致X-Y键长增大与伸缩振动频率红移。电子密度拓扑(AIM)分析表明,复合物中的卤键为闭壳层相互作用。自然键轨道(NBO)分析表明,卤键O/S…X-Y形成时,强的分子间超共轭n(O/S)→σ*(X-Y)引起的电荷转移是X-Y键伸缩振动频率红移的重要原因。 2.在本文中我们使用五种理论水平研究了的卤键Y…XCZ3(Y,Z=F,Cl,Br;X=Cl, Br)。卤键的相互作用能很强,23~160 kJ/mol,且为闭壳层相互作用。在十八个体系中,一些体系形成了蓝移卤键。尽管静电相互作用很重要,然而分子间电荷转移引起的分子间超共轭效应n(Y)→σ*(CX)和分子内电荷转移引起的分子内超共轭效应n(Z)→σ*(CX)对卤键的形成起着关键的作用。 3.运用量子化学从头算MP2和密度泛函(B3LYP)方法,在AUG-cc-pVDZ、AUG-cc-PVTZ、6-311++G(d,p)与6-311++G(2df, 2p)四个基组下,计算了吡啶与卤代甲烷(F3CCl、F3CBr、Cl3CCl、Cl3CBr、Br3CCl、Br3CBr)之间形成的N...X-C卤键体系,并且探讨了卤键的形成对吡啶环伸缩振动频率的影响,吡啶环振动频率蓝移的本质,电荷转移对毗啶环伸缩振动频率位移的影响。计算结果表明,卤键的形成导致了吡啶的v1、v6a和v8a三种正则模式频率的蓝移。NBO分析表明,吡啶环振动模式频率的蓝移是由分子间电荷转移与分子内电荷重新分布共同作用的结果,其中,分子间超共轭n(N)→σ*(X-C)作用导致电荷转移,分子内超共轭n(N)→σ*(间位-CC)使得电荷重新分布。卤键的强度越强则频率蓝移幅度越大。


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