(NH3)2(H2O)3稳定结构的探究

用密度泛函方法(DFT/B3LYP)在6-31G(d)和6-311++G(d,p)基组水平上逐级对(NH3)2(H2O)3团簇进行结构优化和频率计算.(NH3)2(H2O)3的初始结构取自经验势模型的大量可能构型中的51个稳定性较好的构型,最终得到了B3LYP/6-311++G(d,p)水平上的15种稳定结构,用二级微扰方法(M(o)ller-Plessett/MP2)计算了这15种结构的能量.结果发现:(NH3)2(H2O)3的五边形环状平面结构的稳定性最好;同族构型中氨分子相距越远的结构能量越低越稳定.(NH3)2(H2O)3团簇中氨分子间形成的氢键平均键长较长,其次是氨与水分子间的氢键,水分子间的氢键平均键长较短,进一步证明氨分子问的氢键较弱,氨水分子间居中,水分间的氢键最强.     

C6H5O─H…X分子间氢键的理论研究

在B3LYP/6-311++G(3df,2p)理论水平上,对C6H5O─H…X(X=H2O、HCOH、CH3COCH3、NH3、CH2NH、HCN)氢键体系进行几何结构优化与振动频率计算,利用计算所得的稳定构型,在相同基组水平上进行自然键轨道(NBO)分析,同时应用AIM 2000程序计算6个复合物中氢键临界点的拓扑参数.结果表明,C6H5O─H…X体系存在较强的O─H…O与O─H…N氢键,氢键的形成使H─O伸缩振动频率明显红移.氢键相互作用的稳定化能主要来源于O、N原子的孤对电子和电子受体C6H5OH中参与形成氢键的O─H反键轨道相互作用.AIM分析得到C6H5O─H…X复合物中氢键相互作用以静电作用占主导地位.     

H2O与HX(X=F, Cl, Br)分子间氢键的相互作用

在B3LYP/6-311++g(d,p)水平上对H2O与HX(X=F, Cl, Br)分子间形成的(H2O)2HX六元环状氢键复合物的构型进行了全优化. 频率计算表明, 体系中O1-H3, O4-H6及X7-H8的伸缩振动频率均发生红移. 氢键H2O(1)…HCl, H2O(1)…HBr及H2O…H2O的振动频率与文献相符. 在MP2/6-311++g(d,p)水平上计算了体系的相互作用能, 并利用KitauraMorokuma方法对作用能进行了分解. 计算得到(H2O)2HCl和(H2O)2HBr体系     

乙酰胺-甲醇分子氢键团簇的理论研究

在MP2/6-31+G(d)水平上,对6种乙酰胺-甲醇分子氢键团簇构型进行几何全优化和振动频率计算,然后在MP2/6-311++G(2df,2p)水平上计算分子间相互作用能,并利用自然轨道理论探讨乙酰胺和甲醇相互作用的本质.通过自洽反应场理论中的Onsager溶剂模型,研究溶剂对乙酰胺-甲醇团簇几何构型、体系稳定性、电荷转移及偶极矩的影响.     

NH3（H2O）2氢键团簇稳定结构的理论研究

利用经验势与ab initio曲理论相结合的方法寻找团簇NH3(H2O)2的稳定结构.对由经验势所得的14个初始结构,进一步用I-IF、DFT和MP2理论,采用6-31 G(d,p)基组对它们进行几何优化,并在HF、DFI'和MP2理论水平下用6-311 G(2d,2p)基组对优化后得到的6种结构进行能量计算、频率分析,得到6种低能量的稳定结构.     

CH(X2Ⅱ)与NH3反应机理的量子化学研究

对CH(X2Ⅱ)自由基与NH3的反应进行了量子化学研究.分别在B3LYP/6-311++G(d,p),B3LYP/6-311++G(3df,3pd),MP2/6-311++G(d,p)和MP2/6-311++G(3df,3pd)水平优化了反应势能面上各驻点的几何结构,并在QCISD(T)/6-311++G(3df,3pd)水平上计算了各驻点的能量.通过IRC计算确认了过渡态,确定了反应的机理.     

丝氨酸与水相互作用的量子化学研究

在密度泛函B3LYP/6-311++G(d,p)水平上对丝氨酸分子与水分子的氢键体系进行了研究,得到6种可能存在的构型.用完全均衡方法对基函数重叠误差进行了校正,计算了分子间的相互作用能.结果表明,H2O与丝氨酸分子中的—OH,—COOH中的—OH以及与—NH2相连的C上的H形成的3个氢键结构的稳定性最强.电子密度拓扑分析结果表明,丝氨酸与水分子间的作用以静电作用为主,较强的化学键具有较强的离子性.     

锗亚胺及其相关分子的密度泛函计算研究

在B3LYP/6-311++G(d,p)、B3LYP/6-311++G(3df,2p)和B3P86/6-311++G(3df,2p)水平优化计算了锗亚按、磷杂烯、磷杂锗烯和砷杂硅烯以及标题物质子化正离子的平衡几何构型.用优化计算的平衡几何构型,在B3LYP/6-311++G(3df,2p)//B3LYP/6-311++G(3df,2p)计算了各标题物的旋转势垒.在B3LYP/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-311++G(d,p),B3LYP/6-311++G(3df,2p)//B3LYP/6-311++G(3df,2p)和B3P86/6-311++G(3df,2p)//B3P86/6-311++G(3df,2p)计算了各标题物的质子亲和能,质子化反应自由能(ΔG 298)和质子化反应的焓变(ΔH 298).计算结果表明标题物有较强的π键和负值较大的质子亲和能、ΔG 298和ΔH 298,有稳定的质子质子化正离子产物.计算的旋转势垒标表标题物分子有比较强的π键,质子化正离子的π键比对应的中性分子强.     

(CH3O)3PO3·(H2O)n(n=1,2)分子间氢键作用的理论研究

用密度泛函(DFT)B3LYP/6-31+G(d)方法研究(CH3O)3PO3.(H2O)n(n=1,2)的分子间氢键作用,对水分子可能与该化合物形成氢键的复合物及水分子作用下该化合物分解时所达到的过渡态,进行全优化,在B3LYP/6-311++G(d,p)的方法下进行单点能计算,并进行零点能校正,进一步探讨由于水分子作用所形成的分子间氢键对(CH3O)3PO3分解所需活化能的影响,比较不同情况下分解所需活化能的大小、几何参数和电荷分布的变化.     

应用ABEEMσπ/MM方法计算小分子肽的总能量

把分子力场(MM)和原子-键电负性均衡方法(ABEEMσπ)协调融合在一起,采用ABEEMσπ/MM方法的分子能量计算方法,选取直链烷烃(n=1~10)、丙酮、丁酮、3-戊酮、N-甲基乙酰胺(NMA)、丙氨酸二肽和若干种氨基酸作为模型分子,计算模型分子能量,从而得到不同类型原子价态能量参数.应用这些原子价态能量参数,计算小分子肽的能量.把所得结果与从头算(MP2/6-311++G(d,p))方法计算的结果相比,得出小分子肽能量的绝对偏差小于9.000 0 kcal/mol,相对偏差小于19.000 0×10-6,且均方根偏差3.450 0 kcal/mol,相对均方根偏差6.919 0×10-6.以上结果表明,ABEEMσπ/MM方法计算的分子能量结果与从头算(MP2/6-311++G(d,p))方法计算的结果具有较好的一致性,此外,用ABEEMσπ/MM方法计算分子能量要远远快于从头算(MP2/6-311++G(d,p))方法.     

密度泛函算法中基组效应对SiOSi链节的结构、能量和非共价键作用的影响

以二硅氧烷（H3 SiOSiH3）为聚硅氧烷中SiOSi骨架的模型分子，以它与水分子形成1∶1氢键复合物作为Si-OSi骨架参与非共价相互作用的模型分子，对二重裂分基组6-31G和三重裂分基组6-311G与不同极化函数和弥散函数组合下对二硅氧烷的几何结构、SiOSi线性化能垒及其非键相互作用的预测能力进行了测评。以B3LYP算法来测试基组效应对几何结构和SiOSi线性化能垒的影响，以PBE1PBE算法来考查基组对非共价相互作用的影响。结果表明：1）二硅氧烷的几何结构与线性化能垒对角动量的依赖性较强，至少要使用（3df ，p ）以上的角动量才会达到收敛；2）二硅氧烷的非共价相互作用同样也要使用（3df ，p）以上的角动量才会达到收敛，同时需要包含零点校正能才能得到合理的结合能，但基组叠加效应对结合能的影响则可忽略。     

系列小分子与碱基尿嘧啶间氢键相互作用的理论研究

核酸碱基尿嘧啶分子可以使用3个不同位点与其他分子形成多种类型的分子间氢键.笔者使用密度泛函理论B3LYP/6-31＋G（d,p）方法优化得到了系列小分子与尿嘧啶分子形成的31个氢键复合物的稳定结构,进而使用MP2/aug-cc-pVTZ方法计算了这些氢键复合物的结合能.研究结果表明,尿嘧啶分子更倾向作为氢键给体与小分子形成氢键.尿嘧啶分子最易使用1号位点与小分子形成氢键复合物,最不易使用2号位点形成氢键复合物.甲基取代小分子氢键受体上的氢原子会使氢键强度变强.为了深入理解这些氢键复合物体系中氢键作用的本质,还使用B3LYP/6-31G（d,p）方法进行了自然键轨道（NBO）分析计算.自然键轨道（NBO）分析表明,大部分氢键复合物满足二阶相互作用稳定化能之和越大,结合能绝对值越大,结合得越稳定的原则,说明共价作用在这些氢键作用中起重要作用.     

NCO自由基与H反应的机理和动力学

研究采用密度泛函理论中的B3LYP方法,在6-311G(d,p)基组水平下,优化反应物、产物、中间异构体和过渡态分子,得到可靠的几何构型和频率.通过内禀反应坐标计算,确认了四条反应通道,并且以通道中中间体、过渡态相对能量为基础,讨论了各反应通道的优先顺序.在反应中,H和NCO的初始连接有两种方式,H分别进攻NCO两端的N和O,进行无势垒加合,得到两个低能中间体HNCO和HOCN.HNCO中∠NCO从172.9°减小到69.0°,生成一个相对能量较高但N—C键较长的中间体,该中间体发生N—C键断裂生成主要产物P1(CO+NH).从HNCO和HOCN出发均可生成次要产物P2(CN+OH),而从HNCO出发还有另一条生成产物P3(CH+NO)的路径,反应沿该路径进行的可能性较小.     

C6H5NH-H□X分子间氢键的理论研究

在B3LYP／6-311＋＋G（3df,2p）理论水平上,对C6H5NH-H□X（X=H2O,HCOH,CH3COCH3,NH3,CH2NH和HCN）氢键体系进行几何结构优化与振动频率计算,在所得稳定构型的基础上进行自然键轨道分析和热力学性质研究．结果表明,C6H5NH-H□X体系存在较弱的N—H□O与N—H□N氢键,氢键的形成使H—N伸缩振动频率明显红移．在298．15K和标准状态下,C6H5NH-H□X体系分子在气相的形成过程是一个放热、熵减的非自发过程．     

大气中Cl原子与甲基乙烯基酮反应机理的理论研究

采用CCSD(T)/6-31+G(d,p)//BHHLYP/6-311++G(d,p)+0.9335×ZPE理论方法,构建了在O2/NO存在的情况下Cl原子与甲基乙烯基酮反应的势能面剖面图.该反应体系的势能面上存在多个可能的反应途径,包括直接氢抽提通道和加成-消除通道.计算结果表明:在初始反应通道中,最可行的反应途径是生成加合物CH3C(O)CHCH2Cl(IM1)和CH3C(O)CHClCH2(IM2).在大气条件下,新形成的加合物IM1和IM2可以进一步与O2/NO发生反应,生成最终的主要产物氯乙醛(CH2ClC(O)H)和甲醛(HC(O)H),这与实验中检测到的主要产物是一致的.     

应用ABEEM/MM方法对生物小分子CH3CONH2(H2O)n(n=1～3)团簇的理论研究

应用ABEEM/MM方法对由乙酰胺结合1～3个水分子形成的9种团簇进行研究,并把由该方法计算出的结果同从头算的结果进行比较.得出：在CH3CONH2（H2O）n（n=1～3）团簇中,氢键作用是主要的;随着水分子数的增加,团簇的稳定性随之增强;同时,对于结合相同水分子数的团簇而言,其稳定性也随着形成氢键的类型及数目的不同而有所差别.另外,ABEEM/MM方法在几何构型优化和相互作用能计算方面,也与从头算方法得到了较好的吻合.     

Theoretical characterization of electronic structures and properties of C-F···H-C pseudohydrogen bonds

The weak intermolecular interactions between 2-F-tetrahydrofuran and imidazole, pyrimidine, adenine, and guanine were studied theoretically using density functional B3LYP/6-311++G** and HF/6-311++G** methods. The results showed that both conven- tional N···H hydrogen bond and C-F···H-C pseudohydrogen bond (PHB) structures coexist in the four complexes. The weak intermolecular interaction energies indicate that the relative stabilities of the four complexes are in the order guanine···F > imidazole···F > adenine···F > pyrimidine···F. The characteristics of the four PHBs were determined using geometry optimizations, stretching vibrational frequencies, and natural bond orbital and electron density topological properties calculations. The most important result is that the F group of 2-F-tetrahydrofuran can activate the C-H to accept electrons from another molecule, and C-F···H-C PHB formation is relatively favorable.     

FOCl与（H2O）n（n=1～4）分子间相互作用的理论研究

采用wB97XD／6—311＋＋G（3df,2p）方法,对FOCl与H2O形成的复合物FOCI·（H2O）n（n=1～4）的分子结构和结合能进行了研究．结果表明,FOCl与H2O形成的复合物中既存在氢键,也存在氢键,结合能随着H2O分子数目n的增大而逐渐增加．自然键轨道（NBO）分析表明,结合能主要由强的O—H…O氢键和强的O-Cl…O卤键所贡献．由自然键轨道分析揭示了FOCl与（H2O）（n=1～4）相互作用的本质.     

水合锌（Ⅱ）团簇Zn2+（H2O）n（n=10~12）的理论化学研究

应用高水平量子化学方法 MP2/6-311++G(2d,2p)//M062X/6-311+G(d,p)对气相中的Zn2+(H2O)n(n=10~12)团簇进行优化,获得其多种稳定结构,计算并比较不同Zn2+的配位数下的结合能及电荷分布.结果表明:当n=10~12时,Zn2+的配位数可以为4、5或6,其中最稳定结构的Zn2+配位数为5或6.随着水分子数的增加,体系最稳定结构的氢键数和离子与内层水分子中氧的距离RZn-O都在不断增加.     

H^-＋H2体系的从头算势能面及准经典轨线研究

采用多参考组态相互作用（MRCI）方法对H^-＋H2体系进行了构型优化及8116个构型能量点的扫描,运用多体展开法对能量进行了解析拟合得到了该体系的从头算势能面,拟合得到的均方根误差为0.27kcal/mol.基于新势能面,采用准经典轨线方法计算了D^-＋H2和H^-＋D2两个反应碰撞能在0-2.4eV范围内的积分反应截面,并且对计算结果与实验结果进行了比较.