二氢键及反转氢键本质的理论研究

摘要

本文用Gaussian03程序在MP2/6-311++G(3d，3p)水平对上述复合物进行几何构型优化，频率验证，找到复合物的稳定结构，在同样的水平下计算了复合物的结合能，并采用均衡校正法校正了基函数重叠误差，同时也在CCSD(T)水平计算了SiH4…HX复合物的结合能。采用MP2水平计算得到的波函数，用AIM2000作出了等电子密度图。结合能的分解采用SAPT2002程序在SAPT2级别完成。　　几何参数和拓扑性质都表明SiH4…HX、B2H6…HX复合物中都形成了二氢键，H…H键临界点的电子密度和拉普拉斯值与二氢键强度成线性相关。SiH4…HX和B2H6…HX中，从HF到HI，结合能逐渐减小，与从F到I电负性减小相一致。结合能分解的数据表明静电能、诱导能、色散能和交换排斥能对总结合能的贡献都是非常重要的。SiH4…HX体系中，静电能对总结合能的贡献小于28％，按从F到I的顺序静电能对总结合能的贡献相对稳定，诱导能对总结合能的贡献逐渐减小，色散能的贡献逐渐增大。X=F时，诱导能的贡献占优势；当X=Cl、Br、I时，色散能的贡献占优势。B2H6与HX形成二氢键时，是B2H6端基上的两个氢同时与HX作用，B2H6…HX体系中各种能量成分的变化规律与SiH4…HX体系相同，B2H6…HX体系中静电成分对总结合能的贡献比SiH4…HX体系稍大。此外，SAPT2得到的结合能与MP2/6-311++G(3d,3p)下经BSSE校正的结合能是一致的。　　本论文的第二部分是反转“氢键”本质的理论研究。我们通过全面的文献检索发现，反转氢键还研究得比较少，其相互作用的本质还没有人报道过。在本文中，我们选择SiH4…X1X2(X1，X2=F、Cl、Br、I)作为理论模型研究反转氢键的结构、能量及本质。计算结果显示H…X间的距离都大于H原子和X原子的共价半径之和而小于H原子和X原子的范德华半径之和，电荷是由Si-H键上向卤素原子上转移，即SiH4与卤素互化物间形成了反转氢键型复合物。能量分解显示，在所有体系中，诱导能对总吸引能的贡献是最重要的，在SiH4…IF体系中，诱导能对总吸引能的贡献达到72.2％。　　本论文的第三部分是讨论CH4、SiH4、GeH4二聚体的结构和作用本质方面可能存在的差异。由于H上的电荷种类不同，CH4、SiH4和GeH4的性质有很大的差别，那么，CH4、SiH4、GeH4的二聚体的结构会有什么不同?其相互作用的本质是什么?通过计算我们发现：①CH4二聚体得到三种稳定构型，SiH4和GeH4都只得到两种稳定构型。XH4(X=C、Si、Ge)二聚体最稳定的结构稍有不同，在CH4二聚体最稳定的结构中，键角H3X1X2和H4X2X1都接近180度；而SiH4和GeH4二聚体最稳定的结构中，键角H3X1X2和H4X2X1都仅为156度左右。②能量分解显示，三个最稳定的二聚体中，色散能的贡献都是最主要的，但是，CH4二聚体中，色散能对总吸引能的贡献占绝对优势，诱导能对总吸引能的贡献很小，仅占总吸引能的7.5％；而SiH4和GeH4二聚体中，诱导能对总吸引能的贡献要大得多，分别为18.7％和26.2％。

目录

摘 要

第一章前言

§1.1概述

§1.2研究现状

§1.3课题的意义及主要内容

§1.3.1课题意义

§1.3.2主要内容

§1.3.3计算细节

第二章理论基础

§2.1电子相关和多体微扰理论

§2.1.1电子相关

§2.1.2多体微扰理论

§2.2对称性匹配微扰理论

§2.3基函数的选择

§2.4分子间作用结合能的计算公式

§2.5基函数重叠误差和均衡校正法

§2.6拓扑理论

第三章二氢键体系的量子化学计算

§3.1 SiH4…HX(X=F，Cl，Br,I)二氢键体系的计算分析

§3.1.1结果与讨论

§3.1.2结论

§3.2 B2H6…HX(X=F，C，Br,I)二氢键体系的计算分析

§3.2.1结果与讨论

§3.2.2结论

§3.3 SiH4…HY(Y=CH3，CCH，CCF, CN)体系的计算分析

§3.3.1结果与讨论

§3.3.2结论

§3.4二氢键体系总结

第四章SiH4与X1X2(X1，X2=F，Cl，Br,I)反转“氢键”体系

§4.1计算目的

§4.2结果与讨论

§4.3结论

第五章CH4、SiH4、GeH4二聚体

§5.1研究目的

§5.2结果与讨论

§5.3结论

致 谢

参考文献

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