铍键与分子间弱相互作用协同性的理论研究

【摘要】分子间弱相互作用在生物工程、晶体工程、材料科学、超分子自组装及分子识别等众多领域起到非常重要的作用，并成为人们研究的热点问题。本论文在前言部分概述了分子间弱作用中最为常见的几种类型：氢键、π-π堆积作用、CH/π作用、离子-π作用。两种或多种弱相互作用往往同时存在于同一体系并相互影响，共同决定了复合物体系的结构和功能，因而研究各种弱相互作用间的相互影响，即协同性，对于理解复杂分子体系的结构和功能且有重要的意义。本论文以铍键与其他弱相互作用的协同性为研究内容，采用高精度量子化学计算手段，揭示了分子间弱相互作用的本质和协同性的规律。本论文以Be与吡啶上的N原子和呋喃环上的O原子形成铍键的结构为模型，从理论上分别讨论了铍键与π-π堆积作用、CH/π作用、离子-π作用、孤对电子-π作用和氢键的协同性。根据不同的研究体系，我们采用了不同的研究手段和方法，具体如下：第一部分，在MP2/6-31+G*，MP2/aug-cc-pVDZ，B97-D/6-311++G*和M06-2x/6-311++G*方法水平上，对含有铍键分别与π-π堆积作用、CH/π作用、离子-π作用和孤对电子-π作用的共存的小分子模型体系进行了研究。为了详细分析协同性的大小和方向，在MP2大基组aug-cc-pVDZ水平上，采用了分子中原子理论(AIM)和电荷转移理论(Mulliken和Merz-Kollman(MK)理论)。研究结果表明，吡啶与BeH2、BeF2形成的铍键作用较强。在这些模型体系中，除了Li+-π与铍键是反协同之外，其他三种类型的相互作用都是正协同作用。AIM和电荷转移理论的分析都表明，铍键能够增强π-π、CH/π和lp-π作用，减弱cation-π作用。第二部分，在MP2/6-31++G**水平上，对大分子体系模型中铍键与氢键的协同性进行了研究。同样，计算了协同能的大小和采用了分子中原子理论(AIM)、电荷转移理论(Mulliken和Merz-Kollman(MK)理论)。结果表明，它们之间的协同性较弱，甚至不利于体系的稳定。随着环的增长，色散能增加，协同性有一定的增强；从氢化铍到氢氧化铍，协同能由正值趋近于负值，协同性增强。
【作者】臧雪君；
【导师】张厚玉；
【作者基本信息】吉林大学，物理化学，2014，硕士
【关键词】理论研究；分子间弱相互作用；铍键；协同作用；

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