量子化学研究X/HX和XY/HX二聚体中的氢键和卤键

摘要

在一些有卤化物的复合物中存在传统的氢键和卤键已经引起了实验化学家和理论化学家的关注。在1977年HideakiUmeyama首先用分子轨道理论在Hatree-Fock水平研究了ClF/HF二聚体中存在的氢键和卤键两种结构，Cl-F…H-F为氢键结构，H-F…Cl-F为卤键结构，指出卤键结构的结合能更大些，比传统氢键结构更稳定些，这能够很好地和Novick用实验的方法发现在ClF/HF二聚体中只存在卤键结构的实验相符合。这种在二聚体中存在传统氢键和卤键结构的研究对超分子的相互作用的研究非常重要，但到至今，还没有人对非极性的卤素X2(X2=F2、Cl2、Br2、I2)和卤化氢HX(X=F、Cl、Br、I)，极性的二卤化物XY(XY=ClF、BrF、BrCl、IF、ICl、IBr)和卤化氢相互作用，存在卤键与传统氢键的竞争进行过系统的理论研究。故本文的研究对人们认识X2/HX，XY/HX二聚体中存在氢键和卤键两种结构的结构参数，结合能，结合能的能量分解数据，总结复合物相互作用的规律，进一步揭示氢键和卤键作用的本质具有很重要的意义，并将为深入研究超分子的相互作用起到促进作用。　　本文主要是采用比较精确的量子化学从头计算方法研究卤素以及二卤化物和卤化氢之间的氢键Y…H-X和卤键X…Y的相互作用。本文在MP2/SadlejPVTZ水平对卤素、二卤化物和卤化氢形成的复合物进行几何结构优化，找到复合物的稳定结构，结果表明，在这些二聚体中都存在传统氢键和卤键二种结构。在MP2/SadlejPVTZ水平计算了二聚体的结合能，计算结果表明一般都是卤键结构比传统氢键结构更稳定。　　另外，本论文采用SAPT法(Symmetry-AdaptedPerturbationTheory)对X2/HX，XY/HX二聚体中的有些体系的分子间氢键和卤键作用进行了精确的量子化学计算，并对其作了物理意义非常明确的能量分解，将相互作用能分解为静电能，诱导能，色散能和交换能等。在这些体系中通过SAPT能量分解，分析可知，对于氢键复合物，静电能，诱导能，色散能对总的吸引作用的贡献都很重要。而对于卤键复合物H-X…Y，当X=F时是静电作用在吸引作用中占优势，当X=Cl，Br,I时，是诱导作用在总的吸引作用中占绝对优势，都大于40％，同时随着X周期地递增，所占的比例增大。

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

§1.1概述

§1.2研究现状

§1.3课题提出的意义及论文的主要内容

§1.3.1课题提出的意义

§1.3.2论文的主要内容

第二章理论基础和计算方法

§2.1分子轨道理论

§2.2电子相关问题

§2.3微扰理论方法

§2.4基组的选择

§2.5基函数重叠误差

§2.6对称匹配微扰理论及计算方法

§2.6.1对称微扰理论(SAPT)简介

§2.6.2 SAPT程序计算过程

§2.6.3 SAPT方法的主要特点

§2.7计算细节

第三章X2/HX二聚体中氢键和卤键的理论研究

§3.1 F2…HX体系的计算分析

§3.1.1结果与讨论

§3.1.2结论

§3.2 C12…HX体系的计算分析

§3.2.1结果与讨论

§3.2.2 SAPT能量分解分析

§3.2.3结论

§3.3 Br2…HX体系的计算分析

§3.3.1结果与讨论

§3.3.2 SAPT能量分解分

§3.3.3结论

§3.4 I2…HX体系的计算分析

§3.4.1结果与讨论

§3.4.2结论

§3.5 X2/HX体系的计算小结

第四章XY/HX二聚体中氢键和卤键的理论研究

§4.1 ClF…HX体系的计算分析

§4.1.1结果与讨论

§4.1.2 SAPT能量分解分析

§4.1.3结论

§4.2 BrF…HX体系的计算分析

§4.2.1结果与讨论

§4.2.2 SAPT能量分解分析

§4.2.3结论

§4.3 BrCl…HX体系的计算分析

§4.3.1结果与讨论

§4.3.2 SAPT能量分解分析

§4.3.3结论

§4.4 ICl…HX体系的计算分析

§4.4.1结果与讨论

§4.4.2 SAPT能量分解分析

§4.4.3结论

§4.5 IF…HX体系的计算分析

§4.5.1结果与讨论

§4.5.2结论

§4.6 IBr…HX体系的计算分析

§4.6.1结果与讨论

§4.6.2结论

§4.7 XY/HX体系的计算小结

结论

致谢

参考文献

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