极性溶剂分子与芳烃分子间的相互作用

摘要

本文运用密度泛函(DFT)方法中的B3LYP和从头算(Abinitio)方法中的MP2方法，从微观的角度对溶剂分子与芳烃分子间的弱相互作用机理进行了系统的分析讨论。 首先，我们选用6-31G(d)基组研究了芳烃中的苯、甲苯、苯氰二聚体的相互作用；然后，在6-311+G(d,p)基组下对二聚体体系进行了NBO与AIM理论分析；同时，在6-31++G(d，p)以及aug—cc—pVDZ基组下计算了二聚体的结合能。研究发现，在苯、甲苯、苯氰分子形成的自缔合体系中，苯、甲苯二聚体是π—π相互作用，而苯氰二聚体中主要是氢键作用，各体系中发生了电荷的转移。通过结合能的比较和NBO理论分析发现，苯氰分子之间更容易发生自缔合作用，形成二聚体。 接着选用6-31G(d)基组对N,N—二甲基甲酰氨(DMF)与芳烃(苯、甲苯、苯氰)形成的二元体系相互作用进行了系统的理论研究。通过计算发现，DMF与芳烃(苯、甲苯、苯氰)可以形成稳定的相互作用体系，得到势能面上对应的最小值的稳定构型。同时，我们还研究了DMF分子的二聚体，证实了DMF在纯态下基本是以聚合体的形式存在的。而且，各体系的分子间相互作用基本都是氢键作用，DMF—苯氰体系是最稳定的，结合能为-21.58kJ/mol(BSSE校正后)，其稳定性顺序为：DMF—苯氰>DMF—DMF>DMF—甲苯>DMF—苯。 同样地，我们还在6-31G(d)、6-311+G(d)以及aug—cc—pVDZ基组下，用B3LYP方法对环丁砜与芳烃(苯、甲苯、苯氰)之间的相互作用进行了理论研究，得到了不同基组下势能面上对应的最小值的稳定构型。通过NBO和AIM理论分析，氢键在我们所研究体系的稳定性中起着非常重要的作用，而且环丁砜分子在整个体系中是电荷受体，其相互作用强度顺序是：环丁砜—苯氰>环丁砜—甲苯>环丁砜—苯。

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状与趋势

1.3本课题研究目的和内容

1.4主要计算方法简介

1.4.1半经验分子轨道(MO)法

1.4.2从头算(Ab initio)方法

1.4.3密度泛函理论(Density Functional theory，DFT)

1.5分子间相互作用常用计算方法与基组

1.5.1常用计算方法

1.5.2基组简介

1.5.3基组重叠误差

1.5.4 Gaussian软件简介

第二章芳烃化合物的自缔合体系

2.1引言

2.2计算方法

2.3结果与讨论

2.3.1几何构型和结合能

2.3.2 NBO分析

2.3.3拓扑分析

2.4本章小结

第三章N，N-二甲基甲酰胺(DMF)与芳烃化合物的作用体系

3.1引言

3.2计算方法

3.3结果与讨论

3.3.1几何结构

3.3.2结合能

3.3.3电荷布居

3.3.4 AIM分析

3.4本章小结

第四章环丁砜与芳烃化合物的作用体系

4.1引言

4.2计算方法

4.3结果与讨论

4.3.1几何构型

4.3.2结合能

4.3.3电荷布居

4.3.4 AIM拓扑分析

4.4本章小结

结论

致谢

参考文献

附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文